УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ (ВАРИАНТЫ)
FLUID FLOW RATE CONTROL DEVICE (VERSIONS)

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к системам управления расходом текучей среды и более конкретно к объемным бустерам для улучшения рабочих характеристик регулирующего клапана в системах управления расходом текучей среды.
Уровень техники
Известны системы управления расходом текучей среды, такой как сжатый воздух, природный газ, нефть, пропан или тому подобное. Такие системы часто содержат по меньшей мере один регулирующий клапан для управления различными параметрами расхода текучей среды. Типичные регулирующие клапаны содержат регулирующий элемент, такой как затвор клапана, например, расположенный с возможностью перемещения в пути потока для управления расходом текучей среды. Положением такого регулирующего элемента может управлять позиционер посредством пневматического привода, такого как известный поршневой привод или мембранный привод. Известные позиционеры подают приводу пневматические сигналы посредством питающей текучей среды с командами на выполнение, например, рабочего хода регулирующего элемента регулирующего клапана между открытым и закрытым положениями. Скорость, с которой регулирующий клапан может выполнить рабочий ход, частично зависит от размера привода и расхода питающей текучей среды, содержащейся в пневматическом сигнале. Например, большие приводы/регулирующие клапаны обычно занимают больше времени для выполнения рабочего хода, если используется позиционер, имеющий равный выходной поток.
Таким образом, в указанных системах дополнительно используется по меньшей мере один объемный бустер, расположенный между позиционером и приводом. Объемные бустеры используются для увеличения объема питающей текучей среды относительно пневматического сигнала, переданного от позиционера, и таким образом увеличения скорости, с которой привод выполняет рабочий ход регулирующего элемента регулирующего клапана. В частности, следует понимать, что объемный бустер соединен между источником рабочей текучей среды и приводом клапана. Использование пневматического дросселирования в объемном бустере обеспечивает возможность присутствия
более значительных изменений входного сигнала на входной мембране бустера по сравнению с приводом. Большое быстрое изменение входного сигнала вызывает перепад давлений между входом и выходом бустера. При таких изменениях мембрана бустера перемещается и открывает либо питающее отверстие, либо выпускное отверстие, в зависимости от того, какое действие должно привести к уменьшению перепада давлений. Отверстие остается открытым, пока разность между давлениями на входе и на выходе бустера не возвратится в пределы заданных порогов бустера. Регулировочное устройство бустера может быть использовано для достижения устойчивого режима работы (т.е. когда сигналы, имеющие небольшую величину и изменение скорости, проходят через объемный бустер в привод, не инициируя работу бустера).
Однако, известный дроссель бустера восприимчив к вибрации, вызванной протекающей средой. Эта вибрация дестабилизирует работу бустера и часто приводит к акустическому "гудящему" шуму, который испускает бустер. Обычно указанный шум возникает при небольшом подъеме затвора над седлом, причем вибрация может происходить одновременно по трем осям. Указанная неустойчивость может возникать, когда бустер подает или выпускает воздух. Указанная вибрация или неустойчивость ухудшают точность, с которой бустер обеспечивает необходимый расход и вызывает ускоренный износ дроссельных компонентов бустера. Указанный неустойчивый расход приводит к крайне нежелательным флуктуации или изменению скорости привода.
Кроме того, известны различные случаи применения, в которых должны использоваться объемные бустеры, имеющие высокую производительность (т.е. системы, в которых должны использоваться объемные бустеры, имеющие по меньшей мере максимальную пропускную способность Cv=7.0). Указанные системы с большой производительностью могут быть оснащены несколькими объемными бустерами. Кроме того, для поддержки большой пропускной способности требуется трубопровод большого диаметра (т.е. трубопровод, диаметр которого составляет по меньшей мере 1 дюйм (25,4 мм)).
Известные объемные бустеры соединяются с приводом посредством трубопроводной арматуры, такой как штуцеры, Т-образные соединители и крестообразные соединители. В узлах регулирующих клапанов для высокопроизводительных систем также могут использоваться наружные кронштейны для монтажа объемного бустера к приводу. В известных указанных системах (т.е. системах, в которых используются трубная арматура, монтажные или установочные элементы) несколько объемных бустеров часто бывают соединены трубопроводами, имеющими большую длину. В большинстве таких случаев применения возникает вибрация. Таким образом, при большом количестве бустеров и известных способах их соединения часто происходят отказы типичных узлов приводов, имеющих высокую пропускную способность, из-за вибраций, вызванных циклическим перемещением элементов во время работы привода. Таким образом, имеется потребность в применении больших приводов, в которых используются несколько объемных бустеров и/или высокопроизводительные объемные бустеры, поскольку текущий уровень техники является недостаточным для стабилизирования объемных бустеров в условиях сейсмической активности (т.е. конфигурация расположения зависит от прочности конструкции трубопровода и в целом не минимизирует момент объемного бустера относительно привода).
Таким образом, длинные секции трубопроводов, соединяющие большое количество объемных бустеров, а также известные способы монтажа или прокладки трубопроводов, делают систему чрезвычайно восприимчивой к циклическим напряжениям, возникающим при вибрации в системе. Кроме того, в случаях применения, в которых требуется высокая пропускная способность, традиционные трубопроводы большого диаметра являются тяжелыми и с трудом поддаются сгибанию, необходимому для выполнения эффективных соединений, что приводит к удлинению трубопроводных секций и дополнительному увеличению количества отказов, вызванных вибрацией монтажных кронштейнов.
Раскрытие изобретения
Согласно одному варианту реализации настоящего изобретения предложено устройство для регулирования расхода текучей среды, содержащее:
корпус, содержащий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие;
питающий канал, проходящий между входным штуцером и выходным штуцером;
бустерный узел, расположенный в корпусе, содержащий регулирующий элемент и исполнительный элемент и образующий выпускной канал, проходящий между выходным штуцером и разгрузочным отверстием, и питающее отверстие, расположенное в бустерном узле вдоль питающего канала между входным штуцером и выходным штуцером; и
по меньшей мере первое демпфирующее средство, функционально соединенное с бустерным узлом.
Согласно одному варианту реализации устройство для регулирования расхода текучей среды дополнительно содержит второе демпфирующее средство, функционально соединенное с бустерным узлом.
Согласно одному варианту реализации первое демпфирующее средство содержит по меньшей мере первое эластомерное кольцо или первый воздушный успокоитель.
Согласно одному варианту реализации второе демпфирующее средство содержит по меньшей мере второе эластомерное кольцо или второй воздушный успокоитель.
Согласно одному варианту реализации первое демпфирующее средство соединено с исполнительным элементом посредством крепежного устройства.
Согласно одному варианту реализации исполнительный элемент содержит мембранный узел, образующий выпускное отверстие, расположенное вдоль выпускного канала между выходным отверстием и разгрузочным отверстием, причем указанный мембранный узел выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором выпускной затвор регулирующего элемента находится в герметичном взаимодействии с выпускным отверстием для закрытия выпускного канала, и открытым положением, в котором выпускной затвор регулирующего элемента расположен на некотором расстоянии от выпускного отверстия для открытия выпускного канала, при этом указанный регулирующий элемент содержит шток, подающий затвор и выпускной затвор, причем указанный регулирующий элемент выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором подающий затвор находится в герметичном взаимодействии с питающим отверстием для закрытия питающего канала, и открытым положением, в котором подающий затвор расположен на некотором расстоянии от питающего отверстия для открытия питающего канала, при этом шток регулирующего элемента содержит центральную часть, проходящую между подающим и выпускным затворами, и направляющую часть, проходящую от подающего затвора в направлении, противоположном выпускному затвору, причем направляющая часть штока расположена с возможностью скольжения в направляющем отверстии, которое выполнено в корпусе и сообщается с входной камерой корпуса, образованной между входным отверстием и питающим отверстием.
Согласно одному варианту реализации смещающий узел расположен между мембранным узлом и корпусом и содержит посадочную чашку и пружину, причем указанная посадочная чашка расположена с возможностью скольжения в посадочном отверстии, образованном в корпусе и имеющем кольцевое пространство вокруг посадочной чашки, при этом указанная пружина, расположенная в посадочной чашке, смещает указанную посадочную чашку и мембранный узел в направлении от корпуса.
Согласно одному варианту реализации устройство для регулирования расхода текучей среды дополнительно содержит подающий дроссельный компонент, который соединен с корпусом посредством резьбового соединения в области, противоположной управляющему элементу относительно мембранного узла, причем указанный подающий дроссельный компонент образует глухое отверстие, представляющее собой направляющее отверстие для приема с возможностью скольжения направляющей части штока регулирующего элемента.
Согласно одному варианту реализации первое эластомерное кольцо расположено между посадочной чашкой и посадочным отверстием.
Согласно одному варианту реализации посадочное отверстие сообщается к сигнальной камерой, расположенной между мембранным узлом и корпусом, посредством кольцевого пространства, причем указанная посадочная чашка образует по меньшей мере одно отверстие, формирующее вентиляционный канал между посадочным отверстием и сигнальной камерой.
Согласно одному варианту реализации посадочная чашка содержит нижнюю стенку и боковую стенку, причем в указанной боковой стенке имеется по меньшей мере одно сквозное отверстие.
Согласно одному варианту реализации в боковой стенке посадочной чашки выполнено по меньшей мере одно сквозное отверстие в области между нижней стенкой посадочной чашки и вторым эластомерным кольцом.
Согласно одному варианту реализации первое эластомерное кольцо расположено между направляющей частью штока и направляющим отверстием.
Согласно одному варианту реализации устройство для регулирования расхода текучей среды дополнительно содержит подающий дроссельный компонент, соединенный резьбовым соединением с корпусом в области, противоположной управляющему элементу относительно мембранного узла, причем подающий дроссельный компонент образует глухое отверстие, представляющее собой направляющее отверстие приема с возможностью скольжения направляющей части штока регулирующего элемента.
Согласно одному варианту реализации подающий дроссельный компонент, соединенный резьбовым соединением с корпусом в области, противоположной управляющему элемент относительно мембранного узла, причем подающий дроссельный компонент образует глухое отверстие, представляющее собой направляющее отверстие для приема с возможностью скольжения направляющей части штока регулирующего элемента.
Согласно другому варианту реализации устройство для регулирования расхода текучей среды содержит:
корпус, содержащий входной штуцер, выходной штуцер и разгрузочное отверстие;
питающий канал, проходящий между входным штуцером и выходным штуцером;
бустерный узел, расположенный в корпусе, содержащий регулирующий элемент и исполнительный элемент и образующий выпускной канал, проходящий между выходным штуцером и разгрузочным отверстием, и питающее отверстие, расположенное в бустерном узле вдоль питающего канала между входным штуцером и выходным штуцером, причем указанный бустерный узел действует из состояния покоя, в котором подающий и выпускной каналы по существу являются закрытыми.
Согласно одному варианту реализации устройство для регулирования расхода текучей среды содержит по меньшей мере первое демпфирующее средство, функционально соединенное с бустерным узлом.
Согласно одному варианту реализации устройство для регулирования расхода текучей среды дополнительно содержит второе демпфирующее средство, функционально соединенное с бустерным узлом.
Согласно одному варианту реализации первое демпфирующее средство содержит по меньшей мере первое эластомерное кольцо или первый воздушный успокоитель.
Согласно одному варианту реализации второе демпфирующее средство содержит по меньшей мере второе эластомерное кольцо или второй воздушный успокоитель.
Согласно одному варианту реализации первое демпфирующее средство соединено с исполнительным элементом посредством крепежного устройства.
Согласно одному варианту реализации исполнительный элемент содержит мембранный узел, образующий выпускное отверстие, расположенное вдоль выпускного канала между выходным отверстием и разгрузочным отверстием, причем указанный мембранный узел выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором выпускной затвор регулирующего элемента находится в герметичном взаимодействии с выпускным отверстием для закрытия выпускного канала, и открытым положением, в котором выпускной затвор регулирующего элемента расположен на некотором расстоянии от выпускного отверстия для открытия выпускного канала, при этом регулирующий элемент содержит шток, подающий затвор и выпускной затвор, причем указанный регулирующий элемент выполнен с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором подающий затвор находится в герметичном взаимодействии с питающим отверстием для закрытия питающего канала, и открытым положением, в котором подающий затвор расположен на некотором расстоянии от питающего отверстия для открытия питающего канала, при этом шток регулирующего элемента содержит центральную часть, проходящую между подающим и выпускным затворами, и направляющую часть, проходящую от подающего затвора в направлении, противоположном выпускному затвору, причем направляющая часть штока расположена с возможностью скольжения в направляющем отверстии, которое выполнено в корпусе и сообщается с входной камерой корпуса, образованной между входным отверстием и питающим отверстием.
Согласно одному варианту реализации узел привода содержит:
привод текучей среды;
позиционер;
объемный бустер; причем
указанный объемный бустер имеет несколько установочных поверхностей главным образом прямоугольной формы, расположенных вокруг продольной ось Z и выполненных с возможностью функционального соединения указанного объемного бустера с приводом.
Согласно одному варианту реализации несколько установочных поверхностей образуют кубический объем в нижней части объемного бустера.
Согласно одному варианту реализации монтажная пластина выполнена с возможностью скользящего соединения объемного бустера с приводом.
Согласно одному варианту реализации монтажная пластина по существу уменьшает крутящий момент соединения объемного бустера с приводом.
Согласно одному варианту реализации трубопроводный кронштейн функционально соединен по меньшей мере с одной из установочных поверхностей.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 схематически показан узел пружины одностороннего действия и мембранного привода, содержащего объемный бустер, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения.
На фиг.2 показан разрез вида сбоку одного варианта реализации объемного бустера, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
На фиг.3 показан подробный вид части объемного бустера, показанного на фиг.2, взятой из круга III, показанного на фиг.2.
На фиг.4 показан подробный вид части объемного бустера, показанного на фиг.2, взятой из круга IV, показанного на фиг.2.
На фиг.5 показан подробный вид унифицированного узла объемного бустера, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
На фиг.6А показан перспективный вид одного варианта реализации объемного бустера, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
На фиг.6 В показан перспективный вид объемного бустера, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
На фиг.7 схематически показан узел поршневого привода двухстороннего действия, содержащий несколько объемных бустеров, выполненных в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Примеры, т.е. варианты реализации, описанные в настоящей заявке, не являются исчерпывающими или ограничивающими объем настоящего изобретения точной формой или формами, описанными в настоящей заявке. Скорее, следующее далее описание содержит примеры по меньшей мере одного из предпочтительных вариантов реализации.
На фиг.1 схематически показана пружина одностороннего действия и узел 10 мембранного привода, выполненных в соответствии с принципами настоящего изобретения. В частности, узел 10 привода содержит привод 12, позиционер 14 и объемный бустер 16. В описанном варианте реализации узел 10 привода также показан как сообщающийся с регулятором 18. Привод 12 выполнен с возможностью функционального соединения с регулирующим клапаном (не показан), который оборудован подвижным регулирующим элементом для управления потоком текучей среды посредством системы, такой как система для распределения текучей среды или, например, другая система управления текучей средой.
Как показано на фиг.1, объемный бустер 16 содержит входной штуцер 30, выходной штуцер 32, управляющий штуцер 34 и разгрузочное отверстие 36. Позиционер 14 содержит входное отверстие 38 и выходное отверстие 40. Привод 12 содержит питающее отверстие 42. Привод 12, позиционер 14, объемный бустер 16 и регулятор 18 связаны друг с другом посредством нескольких пневматических линий. В частности, регулятор 18 пневматически связан с позиционером 14 и объемным бустером 16 посредством питающей линии L1, которая разделена на первую питающую линию L1' и вторую питающую линию L1''. Выходное отверстие 40 позиционера 14 пневматически связано с управляющим штуцером 34 объемного бустера 16 посредством выходной сигнальной линии L2. Выходной штуцер 32 объемного бустера 16 пневматически связан с питающим отверстием 42 привода 12 посредством управляющей линии L3.
Как будет описан более подробно далее, первая питающая линия L1' выполнена с возможностью подачи питающего давления во входное отверстие 38 позиционера 14, и вторая питающая линия L1'' выполнена с возможностью подачи питающего давления во входной штуцер 30 объемного бустера 16. Питающее давление может быть подано в питающую линию L1 посредством регулятора 18 источника давления, например, такого как компрессор. Кроме того, позиционер 14 выполнен с возможностью подачи пневматического управляющего сигнала в объемный бустер 16 посредством выходной сигнальной линии L2 для управления работой привода 12.
Например, на основании электрического сигнала, принятого от контроллера 20 посредством электрического соединения Е1, позиционер 14 передает пневматический сигнал в управляющий штуцер 34 объемного бустера 16 посредством выходной сигнальной линии L2. Указанный пневматический сигнал проходит через объемный бустер 16 и приводит в действие привод 12 для активирования регулирующего клапана (не показан). Как правило, позиционер 14 выполнен с возможностью генерирования пневматического сигнала с относительно небольшим потоком. Таким образом, в зависимости от размера привода 12 и/или необходимой скорости, с которой привод 12 должен управлять рабочим ходом регулирующего клапана, объемный бустер 16 может усиливать пневматический сигнал с использованием дополнительного потока текучей среды из питающей линии L1, как будет описано ниже.
Согласно одному варианту реализации, показанному на фиг.1, привод 12 представляет собой поднимающийся при отказе привод, содержащий мембрану 22 и пружину 24, размещенную в корпусе 26 мембраны. Корпус 26 мембраны состоит из верхнего корпуса 26а и нижнего корпуса 26b, образующих верхнюю полость 25а и нижнюю полость 25b вокруг мембраны 22 соответственно. Пружина 24 расположена в нижней полости 25b корпуса 26 и смещает мембрану 22 в верхнем направлении. Таким образом, если позиционер 14 передает пневматический сигнал в объемный бустер 16 посредством выходной сигнальной линии L2, пневматический поток входит в верхнюю полость 25а привода 12 и таким образом смещает мембрану 22 вниз. Затем указанное нисходящее перемещение преобразуется в соответствующее перемещение регулирующего элемента соответствующего регулирующего клапана (не показан) известным в данной области техники способом.
Предпочтительно корпус 26 содержит по меньшей мере одно вентиляционное отверстие 28, так что текучая среда, содержащаяся в нижней полости 25b выходит из корпуса 26 при смещении мембраны 22 в нижнем направлении. Указанные вентиляционные отверстия облегчают перемещение мембраны 22 в верхнем или нижнем направлениях. Для рабочего перемещения привода 12 в верхнем направлении позиционер 14 передает пневматический сигнал объемному бустеру 16, так что пружина 24 перемещает мембрану 22 в верхнем направлении. При перемещении мембраны 22 в верхнем направлении давление, созданное в верхней полости 25а корпуса 26, сбрасывается в атмосферу посредством управляющей линии L3, разгрузочного отверстия 36 объемного бустера 16 и вентиляционного отверстия 28 с одновременным всасыванием воздуха в нижний корпус 26b. Указанный сброс давления в атмосферу облегчает перемещение мембраны 22 в верхнем направлении.
Далее будет описан показанный на фиг.2 вариант реализации объемного бустера 16, показанного на фиг.1. В целом, объемный бустер 16 содержит корпус 44, бустерный узел 45 и регулировочное устройство 52. Корпус 44 в целом содержит нижнюю часть 54, крышку 56 и разделяющую часть 58. Бустерный узел 45 в целом содержит дроссельное устройство 46, регулирующий элемент 48, мембранный узел 50 и смещающий узел 49. Нижняя часть 54 корпуса 44 образует входной штуцер 30 и выходной штуцер 32. Кроме того, нижняя часть 54 имеет подающее дроссельное отверстие 60, входную камеру 62, выходную камеру 64, промежуточную область 66, выпускную камеру 68 и байпасный канал 69. Промежуточная область 66 расположена между входной камерой 62 и выходной камерой 64 и в целом образует цилиндрическую полость, содержащую нижнюю полку 70 и верхнюю полку 72. Верхняя полка 72 имеет снабженное резьбой цилиндрическое отверстие, принимающее соответствующую часть дроссельного устройства 46, как будет описано ниже. Схожим образом, подающее дроссельное отверстие 60 содержит резьбовое цилиндрическое отверстие, принимающее часть дроссельного устройства 46. Крышка 56 корпуса 44 расположена на разделяющей части 58, отделяющей указанную крышку от нижней части 54, и таким образом разделяющая часть 58 закреплена между нижней частью 54 и крышкой 56, как показано на чертеже. Как показано на фиг.3, крышка 56 частично образует посадочное отверстие 51 для приема с возможностью скольжения по меньшей мере части смещающего узла 49.
Как показано на фиг.2, дроссельное устройство 46 содержит подающий дроссельный компонент 74 и выпускной дроссельный компонент 76. В описанном варианте реализации подающий дроссельный компонент 74 содержит цилиндрическую втулку, ввинченную с возможностью отсоединения в подающее дроссельное отверстие 60 в нижней части 54 корпуса 44 объемного бустера 16. Согласно другим вариантам реализации подающий дроссельный компонент 74 может быть выполнен в форме отдельной от выпускного дроссельного компонента 76 (как подробно описано ниже) или унифицированной части корпуса 44 объемного бустера 16. Как показано на фиг.2, подающий дроссельный компонент 74 содержит юбочную часть 80, шестигранную гайку 82 и пружинное гнездо 84. Кроме того, как показано на фиг.4, подающий дроссельный компонент 74 содержит направляющее отверстие 85, имеющее первое кольцевое пространство 71. Направляющее отверстие 85 принимает с возможностью скольжения часть регулирующего элемента 48 внутрь первого кольцевого пространства 71 для направления регулирующего элемента 48 и стабилизации работы устройства.
Как показано на фиг.4, направляющее отверстие 85 сообщается с подающей камерой 62 посредством отверстия 87, выполненного в подающем дроссельном компоненте 74. Отверстие 87, как показано на чертеже, является сквозным и проходит от направляющего отверстия 85 к подающей камере 62 под углом относительно продольной оси направляющего отверстия 85. Согласно другим вариантам реализации отверстие 85 может быть выполнено иначе. Как показано на фиг.4, подающий дроссельный компонент 74 дополнительно образует кольцевой желоб 89, сформированный во внутренней боковой стенке 85а направляющего отверстия 85. В желобе 89 размещено эластомерное кольцо 91, которое, например, может быть смазывающим резиновым уплотнительным кольцом. Как дополнительно описан ниже, отверстие 87 и эластомерное кольцо 91 взаимодействуют друг с другом и таким образом стабилизируют работу объемного бустера 16, демпфируя нежелательные вибрации.
Как показано на фиг.2, юбочная часть 80 содержит в целом полый цилиндрический элемент, проходящий от шестигранной гайки 82 в подающую камеру 62 нижней части 54 корпуса 44. Юбочная часть 80 образует несколько каналов 86, проходящих радиально через нее. В показанном варианте реализации каналы 86 представляют собой цилиндрические отверстия. Таким образом, каналы 86 проходят вдоль ось, которая в целом перпендикулярна оси юбочной части 80. Благодаря такой конструкции, юбочная часть 80 подающего дроссельного компонента 74 дросселирует поток текучей среды, протекающей через корпус 44 из подающей камеры 62 к выходной камере 64, когда питающее отверстие является открытым (не показано). Выпускной дроссельный компонент 76 содержит цилиндрическую втулку, ввинченную с возможностью отсоединения в цилиндрическое отверстие в верхней полке 72 промежуточной области 66 корпуса 44. Согласно другим вариантам реализации выпускной дроссельный компонент 76 может быть выполнен за одно целое с корпусом 44. Выпускной дроссельный компонент 76 также может содержать шестигранную гайку 88, ограничитель 90, юбочную часть 92 и седельную часть 94.
Шестигранная гайка 88 выпускного дроссельного компонента 76 расположена в выпускной камере 68 корпуса 44 и взаимодействует с верхней полкой 72. Ограничитель 90 содержит в целом твердый цилиндрический элемент, расположенный в цилиндрическом отверстии верхней полки 72 и образующий несколько выпускных каналов 96 и управляющее отверстие 97. В показанном на чертеже варианте реализации каналы 96 в ограничителе 90 имеют форму цилиндрических отверстий, проходящих в осевом направлении сквозь выпускной дроссельный компонент 76. Юбочная часть 92 проходит от ограничителя 90 в промежуточную область 66 и образует несколько окон 98. Выполненные таким образом, указанные каналы 96 в ограничителе 90 обеспечивают постоянную пневматическую связь между выходной камерой 64 и выпускной камерой 68.
Седельная часть 94 выпускного дроссельного компонента 76 содержит в целом цилиндрический элемент, расположенный в цилиндрическом отверстии в нижней полке 70 корпуса 44. Седельная часть 94 образует центральное отверстие 100 и седло 102. Центральное отверстие 100 согласно данному варианту реализации действует в качестве "питающего канала" объемного бустера 16. Согласно описанному варианту реализации седельная часть 94 также содержит наружную круговую выемку 104 для приема уплотнения 106, такого как уплотнительное кольцо. Уплотнение 106 обеспечивает надежную герметизацию текучей среды между седельной частью 94 выпускного дроссельного компонента 76 и нижней полкой 70.
Как показано на фиг.2, согласно описанному варианту реализации объемный бустер 16 содержит регулирующий элемент 48, содержащий подающий затвор 108, выпускной затвор 110 и шток 112. Шток 112 содержит центральную часть 112а и направляющую часть 112b. Центральная часть 112а проходит между подающим затвором 108 и выпускным затвором 110 и соединяет их, причем указанная центральная часть 112а расположена с возможностью скольжения в управляющем отверстии 97 в ограничителе 90 выпускного дроссельного компонента 76. Выполненный таким образом, выпускной затвор 110 расположен внутри выпускной камеры 68 корпуса 44, а подающий затвор 108 расположен внутри подающей камеры 62 корпуса 44. Более конкретно, подающий затвор 108 расположен в юбочной части 80 подающего дроссельного компонента 74 и смещен в направлении от подающего дроссельного компонента 74 пружиной 114. Пружина 114 размещена в пружинном гнезде 84 подающего дроссельного компонента 74. Пружина 114 смещает подающий затвор 108 регулирующего элемента 48 и принуждает его к взаимодействию с седлом 102 в седельной части 94 выпускного дроссельного компонента 76, таким образом закрывая "питающий канал" 100. Согласно описанному варианту реализации каждый из подающего и выпускного затворов 108, 110 имеет конический цилиндрический корпус, образующий усеченную коническую опорную поверхность. Для выполнения назначенных функций также могут быть использованы другие формы.
Как показано на фиг.4, направляющая часть 112b штока 112 расположена с возможностью скольжения в направляющем отверстии 85 подающего дроссельного компонента 74, так что эластомерное кольцо 91 расположено между направляющей частью 112b и направляющим отверстием 85. Расположенное таким образом эластомерное кольцо 91 создает трение между направляющей частью 112b штока 112 и направляющем отверстием 85 для устранения возможных небольших вибраций, генерируемых в объемном бустере 16 и влияющих на осевое положение регулирующего элемента 48. Кроме того, эластомерное кольцо 91 может быть сжато в радиальном направлении между направляющей частью 112b штока 112 и направляющим отверстием 85, и таким образом указанное эластомерное кольцо 91 способствует центрированию направляющей части 112b и устранению вибраций, генерируемых в объемном бустере 16, которые также влияют на боковое положение штока 112. Первое или нижнее вентиляционное отверстие 87, которое сообщается с направляющим отверстием 85, дополнительно способствует демпфированию вибраций и обеспечивает выход любого газа, который в противном случае может сжиматься и расширяться в направляющем отверстии 85, причем указанные неуправляемые сжатие и расширение из-за вибрации, возникающей в системе, могут прикладывать нежелательные силы к штоку 112.
Таким образом, первое вентиляционное отверстие 87 и первое кольцевое пространство 71 образуют ограниченное вентиляционное отверстие, которое функционирует в качестве первого пневматического амортизатора или воздушного успокоителя, обеспечивающего дополнительное демпфирование регулирующего элемента 48. Нижнее вентиляционное отверстие 87 и первое кольцевое пространство 71 формируют заданное дросселирование текучей среды между направляющим отверстием 85 и подающей камерой 83 седла. Например, диаметр нижнего вентиляционного отверстия 87 может составлять 0,035 дюйма (0,9 мм), и диаметральный зазор первого кольцевого пространства 71 может составлять 0,024 дюйма (0,6 мм). Заданное дросселирование текучей среды создает задержку передачи (т.е. устанавливает временную константу) текучей среды, перетекающей между направляющим отверстием 85 и подающей камерой 83 седла. Указанная задержка создает первый пневматический амортизатор, который может противодействовать вибрациям, возбужденным в регулирующем элементе 48. Не смотря на то, что согласно настоящему варианту реализации подающий дроссельный компонент 74 описан как содержащий эластомерное кольцо 91 и нижнее вентиляционное отверстие 87, другие варианты реализации могут содержать либо эластомерное кольцо 91, либо нижнее вентиляционное отверстие 87, поскольку каждый из указанных элементов способствует уменьшению влияния вибраций на положение регулирующего элемента 48.
Как показано на фиг.2 и описано выше, разделяющая часть 58 корпуса 44 объемного бустера 16 расположена между крышкой 56 и нижней частью 54. В целом, разделяющая часть 58 содержит круговое кольцо с радиальным сквозным отверстием, которое является разгрузочным отверстием 36 объемного бустера 16. Кроме того, разделяющая часть 58 образует осевое сквозное отверстие 116, выровненное с байпасным каналом 69 нижней части 54 корпуса 44. Разгрузочное отверстие 36 обеспечивает пневматическую связь между выпускной камерой 68 нижней части 54 корпуса 44 и атмосферой посредством мембранного узла 50, как будет описано ниже.
Мембранный узел 50 содержит плавающий коллектор 120, расположенный между первой и второй мембранами 122, 124. Первая мембрана 122 представляет собой гибкую мембрану, выполненную из известного мембранного материала, и содержит периферийную часть 122а и центральную часть 122b. Периферийная часть 122а зажата между крышкой 56 и разделяющей частью 58 корпуса 44 объемного бустера 16. Периферийная часть 122а дополнительно образует отверстие 126, выровненное с осевым сквозным отверстием 116 разделяющей части 58. Вторая мембрана 124 схожим образом представляет собой гибкую мембрану, выполненную из известного мембранного материала, и содержит периферийную часть 124а и центральную часть 124b. Периферийная часть 124а второй мембраны 124 зажата между разделяющей частью 58 и нижней частью 54 корпуса 44. Периферийная часть 124а дополнительно образует отверстие 129, выровненное с осевым сквозным отверстием 116 в разделяющей части 58. Центральная часть 124b дополнительно образует центральное отверстие 131. Коллектор 120 расположен между центральными частями 122b, 124b первой и второй мембран 122, 124, так что между коллектором 120 и разделяющей частью 58 корпуса 44 образован кольцевой канал 127.
Коллектор 120 содержит дискообразный элемент, расположенный с возможностью перемещения в разделяющей части 58 корпуса 44. Коллектор 120 образует осевое отверстие 128, внутреннюю полость 130 и несколько радиальных каналов 132. Осевое отверстие 128 выровнено с центральным отверстием 131 во второй мембране 124 и согласно данному варианту реализации действует в качестве "выпускного канала" объемного бустера 16. Осевое отверстие 128 снабжено седельным элементом 135, образующим седло 137. Осевое отверстие 128 обеспечивает пневматическую связь между выпускной камерой 68 нижней части 54 корпуса 44 и внутренней полостью 130 коллектора 120. Радиальные каналы 132 обеспечивают пневматическую связь между внутренней полостью 130 коллектора 120 и кольцевым каналом 127, расположенным между коллектором 120 и разделяющей частью 58 корпуса 44. Крышка 56 корпуса 44 объемного бустера 16 содержит управляющий штуцер 34 и резьбовое отверстие 138, связанное с каналом 140 для текучей среды.
Кроме того, крышка 56 образует сигнальную камеру 142, расположенную над мембранным узлом 50 и пневматически связанную с управляющим штуцером 34. В снабженном резьбой отверстии 138 размещено регулировочное устройство 52 бустера, которое согласно одному варианту реализации может содержать регулировочный винт. Таким образом, регулировочное устройство 52 бустера может быть отрегулировано для регулирования потока текучей среды, протекающей из управляющего штуцера 34 в выходную камеру 64. Таким образом, регулировочное устройство 52 бустера создает пневматическое дросселирование между управляющим штуцером 34 и выходной камерой 64. Благодаря дросселированию большие изменения входного сигнала в управляющем штуцере 34 наблюдаются на мембранном узле 50 объемного бустера 16 быстрее, чем на мембране 22 привода 12. Например, большое резкое изменение входного сигнала вызывает перепад давлений между управляющим штуцером 34 и выходной камерой 64 и активирует объемный бустер для выхода из состояния покоя. Когда это происходит, мембранный узел 50 перемещается против действия соответствующего смещающего элемента, как будет описано ниже, и открывает либо питающее отверстие, либо выпускное отверстие, создавая либо "впускное" положение, либо "выпускное" положение в объемном бустере 16, в зависимости от того, какое действие необходимо выполнить для уменьшения перепада давлений.
Как показано на фиг.2 и описано выше, согласно настоящему варианту реализации объемный бустер 16 содержит смещающий узел 49, расположенный между мембранным узлом 50 и крышкой 56 корпуса 44. В целом, смещающий узел 49 смещает мембранный узел 50 в направлении от крышки 56, так что седло 137 седельного элемента 135, расположенное в осевом отверстии 128 коллектора 120, взаимодействует с выпускным затвором 110 регулирующего элемента 46. Благодаря указанному взаимодействию выпускное отверстие 128 закрывается.
Как показано на фиг.3, смещающий узел 49 содержит пружинное гнездо 53 и пружину 55. Пружинное гнездо 53 содержит посадочную чашку 57, имеющую нижнюю стенку 59 и боковую стенку 61, которые образуют полость 63 между ними. Нижняя стенка 59 дополнительно содержит крепежное устройство 47, такое как заклепка, прочно соединяющее посадочную чашку 57 с мембранным узлом 50 через сквозное отверстие 77. Согласно одному варианту реализации боковая стенка 61 может быть цилиндрической боковой стенкой, образующей цилиндрическую полость 63. Посадочная чашка 57 расположена между крышкой 56 корпуса 44 и мембранным узлом 50, так что нижняя стенка 59 находится в контакте с частью мембранного узла 50, а боковая стенка 61 расположена с возможностью скольжения в посадочном отверстии 51 крышки 56. Пружина 55 представляет собой цилиндрическую пружину, расположенную в полости 63 посадочной чашки 57 и взаимодействующую с нижней стенкой 59 посадочной чашки 57 и горизонтальной поверхностью 51 а глухого конца посадочного отверстия 51 в крышке 56 корпуса 44, как показано на чертеже. Выполненная таким образом пружина 55 смещает посадочную чашку 57 и мембранный узел 50 в направлении от крышки 56.
Как показано на фиг.3, смещающий узел 49 содержит эластомерное кольцо 65, расположенное между боковой стенкой 61 посадочной чашки 57 и внутренней боковой стенкой 51b посадочного отверстия 51 крышки 56 корпуса 44. Более конкретно, боковая стенка 61 посадочной чашки 57 образует периферийный желоб 67 в своей наружной поверхности 61а. Желоб 67 удерживает эластомерное кольцо 65 и может содержать смазочное резиновое уплотнительное кольцо. Согласно другим вариантам реализации желоб 67 может быть сформирован в боковой стенке 51 а посадочного отверстия 51 для удерживания эластомерного кольца 65.
Выполненное таким образом эластомерное кольцо 65 обеспечивает трение между посадочной чашкой 57 и посадочным отверстием 51 и таким образом устраняет вибрацию небольшой амплитуды, генерируемую мембранным узлом 50 во время работы.
Кроме того, как показано на фиг.3, пружинное гнездо 53 имеет второе или верхнее вентиляционное отверстие 69, выполненное в боковой стенке 61 посадочной чашки 57. Верхнее вентиляционное отверстие 69 сообщается с полостью 63 в посадочной чашке 57, так что посадочное отверстие 51 обеспечивает вентиляцию посадочного отверстия 51, которое также сообщается с сигнальной камерой 142, образованной над мембранным узлом 50 посредством второго кольцевого пространства 70 между наружной поверхностью 61а боковой стенки 61 посадочной чашки 57 и внутренней боковой стенкой 51b посадочного отверстия 51. Верхнее вентиляционное отверстие 69 и второе кольцевое пространство 70 образуют дроссельное вентиляционное отверстие, которое функционирует в качестве второго пневматического амортизатора или воздушного успокоителя, обеспечивающего дополнительное демпфирование регулирующего элемента 48, как описано подробно ниже.
Согласно описанному варианту реализации верхнее вентиляционное отверстие 69 выполнено сквозь боковую стенку 61 посадочной чашки 57 в области между нижней стенкой 59 и желобом 67, в котором размещено эластомерное кольцо 65. Таким образом, верхнее вентиляционное отверстие 69 также может быть описано как выполненное сквозь боковую стенку посадочной чашки 57 в области между нижней стенкой 59 и эластомерным кольцом 65. Как описано ниже, такая конфигурация верхнего вентиляционного отверстия 69 в соединении с эластомерным кольцом 65 обеспечивает дополнительную стабилизацию мембранного узла 50, создавая путь для выхода воздуха, который в противном случае может быть захвачен в полости 63.
Подобно описанному выше, верхнее вентиляционное отверстие 69 в соединении со вторым кольцевым пространством 70 создает заданное дросселирование текучей среды между полостью 63 и сигнальной камерой 142. Например, диаметр верхнего вентиляционного отверстия 69 может составлять 0,035 дюйма (0,9 мм), и диаметральный зазор второго кольцевого пространства 70 может составлять 0,004 дюйма (0,1 мм). Заданное дросселирование текучей среды создает задержку передачи (т.е. устанавливает временную константу) для текучей среды, перекачивающейся между полостью 63 и сигнальной камерой 142. Указанная задержка передачи создает второй пневматический амортизатор, который может противодействовать движению узла смещения и таким образом обеспечивает демпфирующую силу, которая сопротивляется такому движению и таким образом демпфирует движение мембранного узла 50 и, следовательно, регулирующего элемента 48.
Дополнительно следует отметить, что крепежное устройство 47 прочно соединяет посадочную чашку 57 и, таким образом, второй пневматический амортизатор с мембранным узлом. Прямое соединение второго пневматического амортизатора с мембранным узлом по существу устраняет отсоединение пневматического амортизатора и мембранного узла 50 при вибрации и таким образом улучшает демпфирование во время нестабильных эксплуатационных режимов (т.е. частичный вакуум, созданный в полости 63, может оторвать посадочную чашку 57 от мембранного узла 50). Кроме того, жесткое соединение посадочной чашки 57 и мембранного узла 50 обеспечивает управляемость и дополнительную устойчивость при перемещении мембранного узла 50 вдоль продольной оси, заданного регулирующим элементом 48 посредством боковой стенки 61 посадочной чашки 57 и внутренней боковой стенки 51b посадочного отверстия 51.
Несмотря на то что согласно настоящему варианту реализации смещающий узел 49 содержит и эластомерное кольцо 65, и верхнее вентиляционное отверстие 69, и второе кольцевое пространство 70, которые все вместе обеспечивают устойчивость мембранного узла 50, согласно дополнительным вариантам реализации может быть использовано только эластомерное кольцо 65, либо только верхнее вентиляционное отверстие 69, либо только второе кольцевое пространство 70.
Как описано выше, для активирования перемещения привода 12 в нисходящем направлении позиционер 14 передает пневматический сигнал объемному бустеру 16. В зависимости от потока пневматического сигнала, указанный пневматический сигнал или активирует привод 12 непосредственно, или пневматический сигнал активирует объемный бустер 16 с добавлением текучей среды из регулятора 18.
Например, если самого пневматического сигнала недостаточно для активирования объемного бустера 16, то, как описано ниже, рабочая текучая среда перемещается из управляющего штуцера 34 по каналу 140 для текучей среды в крышке 56 из регулировочного устройства 52 бустера к выходной камере 64 в нижней части 54 корпуса 44 через осевое сквозное отверстие 116 в разделяющей части 58 и байпасный канал 69 в нижней части 54 корпуса 44. Оттуда текучая среда выходит из корпуса 44 через выходной штуцер 32, входит в питающее отверстие 42 привода 12 и перемещает мембрану 22 в нисходящем направлении.
В то время как пневматический сигнал активирует привод 12, одновременно он также поступает в сигнальную камеру 142, образованную крышкой 56 корпуса 44. Кроме того, стабильная пневматическая подача постоянно обеспечивается в подающую камеру 62 в нижней части 54 корпуса 44 из регулятора 18 (как показано на фиг.1).
Для наглядности описания, перепад давлений в объемном бустере 16 формируется как перепад давлений на мембранном узле 50, т.е. между сигнальной камерой 142 и выпускной камерой 68. Поскольку выпускная камера 68 находится в непрерывной пневматической связи с выходной камерой 64 нижней части 54 корпуса 44 (посредством выпускных каналов 96, выполненных в выпускном дроссельном компоненте 76), также может быть сказано, что перепад давлений в объемном бустере 16 формируется как перепад давлений между сигнальной камерой 142 и выходной камерой 64.
Если указанный перепад давлений в объемном бустере 16 является незначительным, бустер остается в неподвижном или нейтральном положении, причем подающий и выпускной затворы 108, 110 регулирующего элемента 48 остаются по существу в положении нулевого потока или закрытом положении, как показано на фиг.2, в результате чего каждый из них герметично взаимодействует с седлами 102, 137 соответствующих подающего и выпускного отверстий 100, 128. В указанном положении мембранный узел 50 остается в статическом ненагруженном или нейтральном состоянии. Сохранению этого состояния также способствует пружина 114, которая смещает подающий затвор 108 и вынуждает его взаимодействовать с питающим отверстием 100, в то время как пружина 136 смещает мембранный узел 50 и вынуждает его взаимодействовать с выпускным затвором 110. Напротив, если перепад давлений в объемном бустере 16 является достаточно большим, он действует на мембранный узел 50 в верхнем или нижнем направлениях и вынуждает его перемещать регулирующий элемент 48 относительно ориентации объемного бустера 16, показанной на фиг.2.
Если контроллер 20 дает команду позиционеру 14 для выполнения рабочего хода привода 12 в верхнем направлении, как показано на фиг.1 и 2, позиционер 14 отвечает изменением перепада давлений на мембранном узле 50, которое выводит объемный бустер 16 из состояния покоя. Например, пневматический сигнал, передающийся объемному бустеру 16, уменьшается. Указанное уменьшение вызывает снижение давления в сигнальной камере 142 ниже давления в выходной камере 64. Мембранный узел 50 смещается в верхнем направлении, в то время как пружина 114 смещает регулирующий элемент 48 в верхнем направлении, так что подающий затвор 108 герметично взаимодействует с седлом клапана 102 питающего отверстия 100 и таким образом удерживает питающий канал закрытым.
Если питающий канал закрыт, регулирующий элемент 48 не может перемещаться в верхнем направлении, но обратное давление выходной камеры 64 дополнительно перемещает мембранный узел 50 в верхнем направлении против силы пружины 136. При этом мембранный узел 50 перемещается в направлении от выпускного затвора 110 регулирующего элемента 48 и открывает выпускное отверстие 128, создавая "выпускное" положение. Если выпускное отверстие 128 является открытым, объемный бустер 16 образует "выпускной канал" между выходной камерой 64 и разгрузочным отверстием 36. Таким образом, рабочая текучая среда под действием давления в выходной камере 64 перемещается в выпускную камеру 68 по каналам 96, выполненным в выпускном дроссельном компоненте 76, затем в центральную полость 130 коллектора 120 через выпускное отверстие 128, через радиальные каналы 132 в коллекторе 120 и из разгрузочного отверстия 36 в атмосферу.
Если контроллер 20 дает команду позиционеру 14 для выполнения рабочего хода привода 12 в нижнем направлении, позиционер 14 отвечает изменением перепада давлений на мембранном узле 50, которое выводит объемный бустер 16 из состояния покоя. Например, во время работы достигается положительное условие перепада давлений, когда давление в сигнальной камере 142 значительно больше давления в выпускной камере 68, например, когда позиционер 14 подает большой поток рабочей текучей среды в управляющий штуцер 34. Это может иметь место, когда контроллер 20 дает позиционеру 14 команду на выполнение рабочего хода приводом 12 в нижнем направлении, как показано на фиг.1 и 2. Большая поток рабочей текучей среды вынуждает мембранный узел 50 смещаться в нижнем направлении, в результате чего регулирующий элемент 48 перемещается в нижнем направлении и таким образом удерживает выпускной затвор 110 в герметичном взаимодействии с выпускным отверстием 128 и перемещает подающий затвор 108 в направлении от питающего отверстия 100.
Таким образом, объемный бустер 16 работает во "входном" положении и следовательно открывает "питающий канал", который обеспечивает протекание текучей среды из регулятора 18 к приводу 12 через объемный бустер 16. В частности, текучая среда из регулятора 18 протекает в подающую камеру 62, затем через питающее отверстие 100 и выходную камеру 64 к приводу 12 через выходной штуцер 32. Опять же, поскольку выходная камера 64 также находится в постоянной пневматической связи с выпускной камерой 68 посредством выпускных каналов 96, выполненных в выпускном дроссельном компоненте 76, давление в общей камере 64 также действует на вторую мембрану 124 мембранного узла 50.
Если объемный бустер 16 работает с открытым питающим каналом или выпускным каналом, текучая среда протекает через устройство. После завершения действия в соответствии с полученной командой, такого как выполнение рабочего хода в верхнем направлении или в нижнем направлении, объемный бустер 16 возвращается в свое состояние покоя или нейтральное положение, в котором подающий и выпускной затворы 108, 110 регулирующего элемента 48 остаются по существу в положении нулевого потока или закрытом положении, как показано на фиг.2. Однако во время работы объемный бустер может быстро и временно перейти от "впускного" положения в "выпускное" положения. Такие быстрые изменения потока текучей среды часто сопровождаются изменениями давления, которые могут вызвать нежелательную вибрацию различных компонентов объемного бустера 16. Например, как указано выше, поток текучей среды через объемный бустер 16 может вызвать небольшие флуктуации положения мембранного узла 50 и/или регулирующего элемента 48. Указанные флуктуации положения дополнительно могут привести к генерированию потоком текучей среды нежелательного звукового шума в некоторых эксплуатационных режимах. Таким образом, описанный в настоящей заявке объемный бустер 16 предпочтительно может быть оборудован эластомерными кольцами 65, 91, расположенными вокруг посадочной чашки 57 смещающего узла 49 и направляющей части 112b штока 112 соответственно. Эти эластомерные кольца 65, 91 служат для выравнивания соответствующих компонентов, демпфирования вибраций в системе и стабилизации системы.
Кроме того, описанный в настоящей заявке объемный бустер 16 может содержать первый или второй пневматические амортизаторы, состоящие из верхнего и нижнего вентиляционных отверстий 69, 87 и первого и второго кольцевых зазоров 70, 71 в посадочной чашке 57 смещающего узла 49 и подающего дроссельного компонента 74 соответственно. Как описано выше, указанные первый и второй пневматические амортизаторы действуют в качестве воздушного успокоителя в отношении посадочного отверстия 51 и направляющего отверстия 85 для дополнительного демпфирования вибраций в объемном бустере 16. Кроме того, объемный бустер 16, описанный в настоящей заявке, предпочтительно демпфирует вибрации, возникающие в мембранном узле 50 и/или регулирующем элементе 48, и таким образом существенно уменьшает и/или устраняет нежелательные звуковые шумы во время работы.
Несмотря на то что объемный бустер 16, описанный в настоящей заявке, содержит эластомерные кольца и вентиляционные отверстия для расположения с возможностью скольжения смещающего узла 49 и направляющей части 112b штока 112, согласно дополнительному варианту реализации объемный бустер 16 может содержать только эластомерное кольцо и/или только вентиляционное отверстие в одном из смещающего узла 49 и штока 112. Например, согласно одному дополнительному варианту реализации объемный бустер 16 может содержать эластомерное кольцо 65 и/или отверстие 69 в смещающем узле 49, но не содержать эластомерное кольцо 91 и/или отверстие 87 в подающем дроссельном компоненте 74. Согласно еще одному дополнительному варианту реализации объемный бустер 16 может содержать эластомерное кольцо 91 и/или отверстие 87 в подающем дроссельном компоненте 74, но не содержит эластомерное кольцо 65 и отверстие 69 в смещающем узле 49. Любой из описанных выше вариантов способствует уменьшению вибрации, обеспечивая по меньшей мере некоторую степень демпфирования объемного бустера 16, которое отсутствует в противном случае.
Кроме того, несмотря на то что посадочная чашка 57 и подающий дроссельный компонент 74 описаны как имеющие по одному вентиляционному отверстию 69, 87 соответственно, согласно дополнительным вариантам реализации указанные компоненты могут содержать по меньшей мере два отверстия, выполняющие вентиляционную функцию. Схожим образом, любой или оба из смещающего узла 49 и подающего дроссельного компонента 74 могут содержать по меньшей мере два одиночных эластомерных кольца 67, 91, показанных на чертеже.
Согласно другому варианту реализации, показанному на фиг.5, дроссельное устройство 246 содержит унифицированный подающий выпускной дроссельный компонент 276. Согласно данному варианту реализации подающий выпускной дроссельный компонент 276 содержит цилиндрическое пружинное гнездо 274, ввинченное с возможностью отсоединения в подающее выпускное дроссельное отверстие 260. Кроме того, как показано на фиг.5, подающий выпускной дроссельный компонент 276 содержит направляющее отверстие 285, образующее кольцевое пространство 271. Направляющее отверстие 285 принимает с возможностью скольжения часть регулирующего элемента 248 в кольцевое пространство 271 для направления регулирующего элемента 248 и стабилизирования работы устройства. Пружинное гнездо 274 предпочтительно содержит сквозное отверстие 251 для устранения пневматического сопротивления, вызванного перемещением регулирующего элемента 248 в пределах направляющего отверстия 285. Кроме того, на чертеже показан дополнительный вариант реализации для верхнего пневматического амортизатора.
Как показано на фиг.5, смещающий узел 249 расположен между мембранным узлом 250 и крышкой 256 корпуса 244. В целом, смещающий узел 249 смещает мембранный узел 250 в направлении от крышки 256, так что седло 237 седельного элемента 235, расположенное в осевом отверстии 228, взаимодействует с выпускным затвором 210 регулирующего элемента 246. Указанное взаимодействие вызывает закрывание выпускного отверстия 228.
Как показано на фиг.5, смещающий узел 249 содержит пружинное гнездо 253 и пружину 255. Пружинное гнездо 253 содержит посадочную чашку 257, имеющую нижнюю стенку 259 и боковую стенку 261, которые образуют полость 263 между ними. Посадочная чашка 257 прочно соединена с мембранным узлом 250. Согласно одному варианту реализации боковая стенка 261 может быть цилиндрической и таким образом образует цилиндрическую полость 263. Посадочная чашка 257 расположена между крышкой 256 корпуса 244 и мембранным узлом 250, так что нижняя стенка 259 находится в контакте с частью мембранного узла 250, а боковая стенка 261 расположена с возможностью скольжения в посадочном отверстии 251 крышки 256. Пружина 255 представляет собой цилиндрическую пружину, расположенную в полости 263 посадочной чашки 257 и взаимодействующую с нижней стенкой 259 посадочной чашки 257 и горизонтальной торцевой поверхностью 251а глухого посадочного отверстия 251 в крышке 256 корпуса 244, как показано на чертеже. Выполненная таким образом, пружина 255 смещает посадочную чашку 257 и мембранный узел 250 в направлении от крышки 256.
Как показано на фиг.5, смещающий узел 249 содержит эластомерное кольцо 265, расположенное между боковой стенкой 261 посадочной чашки 257 и внутренней боковой стенкой 251b посадочного отверстия 251 крышки 256 корпуса 244. Более конкретно, боковая стенка 261 посадочной чашки 257 образует периферийный желоб 267, выполненный в наружной поверхности 261а. Желоб 267 удерживает эластомерное кольцо 265, которое может быть смазочным резиновым уплотнительным кольцом. Согласно другим вариантам реализации желоб 267 может быть выполнен в боковой стенке 251а посадочного отверстия 251 для удерживания эластомерного кольца 265. Выполненное таким образом, эластомерное кольцо 265 обеспечивает трение между посадочной чашкой 257 и посадочным отверстием 251, устраняя тем самым вибрацию небольшой амплитуды, генерируемую мембранным узлом 250 во время работы.
Кроме того, как показано на фиг.5, посадочное отверстие 251 образует второе или верхнее вентиляционное отверстие 269, выполненное в боковой стенке 261 посадочного отверстия 251. Верхнее вентиляционное отверстие 269 сообщается с полостью 263 в посадочной чашке 257 и обеспечивает вентиляцию посадочного отверстия 251 над мембранным узлом 250. Верхнее вентиляционное отверстие 269 образует дроссельное вентиляционное отверстие, которое функционирует в качестве пневматического амортизатора или воздушного успокоителя и тем самым обеспечивает дополнительное демпфирование регулирующего элемента 248, как подробно описано ниже.
Согласно описанному варианту реализации верхнее вентиляционное отверстие 269 проходит сквозь боковую стенку 261 посадочного отверстия 251 в области выше посадочной чашки 257 и желоб 267, который удерживает эластомерное кольцо 265. Указанная конструкция верхнего вентиляционного отверстия 269 действует в соединении с эластомерным кольцом 265 и таким образом обеспечивает дополнительную стабилизацию мембранного узла 250, выпуская воздух, который в противном случае может быть захвачен в полости 263.
Подобно описанному выше, верхнее вентиляционное отверстие 269 создает заданное дросселирование текучей среды, пригодное для стабилизации объемного бустера. Например, диаметр верхнего вентиляционного отверстия 269 может составлять 0,035 дюйма (0,9 мм). Заданное дросселирование текучей среды создает задержку передачи (т.е. устанавливает временную константу) для текучей среды при ее перекачивании между полостью 263 и сигнальной камерой 142. Указанная задержка передачи формирует второй пневматический амортизатор, который может противодействовать движению смещающего узла и таким образом создавать демпфирующую силу, которая препятствует указанному движению и, следовательно, демпфирует движение мембранного узла 250 и таким образом регулирующего элемента 248, что обеспечивает дополнительную устойчивость объемного бустера 216.
Как показано на фиг.6А и 6В и описано выше, нижняя часть 54 объемного бустера 16 дополнительно содержит несколько установочных поверхностей 27а, 27b, 27с, 27а в целом прямоугольной формы, расположенных вокруг продольной оси Z, таким образом формирующих кубический объем в нижней части 54. Установочные поверхности 27a-27d выполнены с возможностью соединения в рабочем положении с монтажной пластиной 23, которая соединяет с возможностью скольжения объемный бустер 16 с приводом 12, как подробно описано ниже. Нижняя часть 54 может содержать несколько сквозных отверстий (не показаны) для соединения объемного бустера 16 с монтажной пластиной 23. Например, монтажная пластина 23 может содержать снабженные резьбой отверстия 31a-31d для соединения посредством резьбы объемного бустера 16 с монтажной пластиной с использованием крепежных элементов 29a-29d. Как показано на фиг.6А, монтажная пластина 23 обеспечивает различные установочные положения или различные типы приводов благодаря удлиненным отверстиям 33а и 33b, выполненным в монтажной пластине 23. В частности, удлиненные отверстия 33а и 33b обеспечивают сборку узла объемного бустера/привода, так что подающий трубопровод может быть близко присоединен с минимальными изгибами для существенного уменьшения длины трубопровода и уменьшения крутящего момента соединения объемного бустера 16 с приводом. Кроме того, монтажная пластина может иметь различные формы, такие как квадратная, прямоугольная, Г-образная, которые могут зависеть от типа привода или места установки, поскольку указанная монтажная пластина выполнена с возможностью существенного снижения крутящего момента соединения объемного бустера относительно привода. Следует понимать, что объемный бустер 16 также может быть непосредственно соединен с приводом без необходимости использования монтажной пластины, описанной выше. Например, привод может содержать монтажную панель, которая позволяет прикрепить объемный бустер к приводу непосредственно или посредством болтового соединения.
Кроме того, как показано на фиг.6В, по меньшей мере одна из установочных поверхностей 27a-27d может содержать трубопроводный кронштейн 39 для направления и фиксации дополнительного трубопровода, такого как инструментальный или управляющий трубопровод. Трубопроводный кронштейн 39 может содержать зажимное или замковое устройство для непосредственного соединения управляющего трубопровода с приводом посредством установочных поверхностей 27a-27d через сквозные отверстия. Показанный на чертеже вариант реализации обеспечивает трубные соединения, по существу имеющие минимальную длину. Такие трубопроводные приспособления снижают стоимость и количество отказов, вызванных вибрацией, и могут быть выполнены с обеспечением возможности направления одиночных трубопроводов или групп трубопроводов, расположенных рядом с объемным бустером 16.
На фиг.7 показан перспективный вид узла 210 поршневого привода двухстороннего действия, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения. В частности, узел 210 привода содержит привод 212, позиционер 214 и объемный бустер или объемные бустеры 216a-216f. Привод 212 выполнен с возможностью функционального соединения с регулирующим клапаном (не показан), который оборудован подвижным регулирующим элементом для управления расходом текучей среды, протекающей в системе, такой как, например, система распределения трубопроводной продукции или другая система управления текучей средой. Объемные бустеры 216a-216f содержат соответствующие входные штуцеры 230а, 230b, 230с (не показан), 230d, 230e, 230f, выходные штуцеры 232а (не показан), 232b, 232с (не показан), 232d, 232e, 232f, управляющие штуцеры 234а, 234b, 234с (не показан), 234d, 234e, 234f и разгрузочные отверстия 236а (не показан), 236b, 236с (не показан), 236d, 236e, 236f. Позиционер 214 содержит входное отверстие для подачи текучей среды (не показано) и два выхода 240а и 240b для приведения в действие поршневого привода 212 двухстороннего действия посредством объемных бустеров 216a-216f. Привод 212 содержит нижние питающие отверстия 242а, 242b и 242с и верхние питающие отверстия 242d, 242e и 242f для приема или передачи пневматического сигнала для объемных бустеров 216a-216f. Привод 212, позиционер 214, объемные бустеры 116a-116f сообщаются посредством нескольких пневматических линий. Выходы 240а-240b позиционера 214 пневматически связаны с управляющими штуцерами 234a-234f объемных бустеров 216a-216f посредством выходных сигнальных линий L2' и L2''. Выходные штуцеры 232a-232f объемных бустеров 216a-216f пневматически связаны с питающими отверстиями 242a-242f привода 212 посредством выходных линий L3', L3'', L3''' (не показана) и L4', L4'', L4''' для текучей среды. Объемные бустеры 216a-216f могут быть соединены с подачей текучей среды посредством подающих штуцеров 221а, 221b и 221с. Как описано выше, для управления большими клапанами требуются бустеры с высокой производительностью, которые в свою очередь требуют, чтобы использовались трубопроводы большого диаметра, поддерживающие большую пропускную способность Cv. Согласно описанному варианту реализации предложено высокопроизводительное бустерное устройство с надежной связью, которое соединено с возможностью скольжения с приводом для существенного снижения количества отказов, связанных с вибрацией.
Таким образом, в описанной выше конфигурации бустер предпочтительно соединен с приводом, так что выходной штуцер бустера может быть расположен соосно с трубопроводом большого диаметра и отверстием привода, соединяющим бустер с верхним или нижним отверстиями привода. Следует понимать, что такое соединение минимизирует общую длину трубопровода, необходимого для соединения объемных бустеров с приводом, и по существу устраняет изгибы трубопровода и таким образом обеспечивает сильную связь объемного бустера с приводом. Это значительно уменьшает общий момент объемного бустера относительно привода и таким образом значительно снижает влияние циклических напряжений, вызванных вибрацией, на объемный бустер и его соответствующий трубопровод.
Ввиду вышесказанного следует понимать, что объем изобретения не ограничивается конкретным вариантом реализации, описанным в настоящей заявке и показанным на чертежах, ни различными дополнительными описанными в настоящей заявке вариантами реализации, но напротив любыми вариантами реализации, которые охватывают идею изобретения, определенную пунктами приложенной формулы.