ПАТРОН ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ РАСХОДА РЕГУЛЯТОРА ГАЗА
CARTRIDGE TO INCREASE GAS REGULATOR CAPACITY

Испрашивается приоритет по каждой из следующих предварительных заявок на патент США: 60/913,115, дата подачи 20 апреля 2007 года, 60/913,109, дата подачи 20 апреля 2007 года и 60/913,135, дата подачи 20 апреля 2007 года, содержание которых полностью включено в данный документ.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к регуляторам газа и, в частности, к регуляторам газа, имеющим исполнительные механизмы с замкнутой системой регулирования.
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 регулятора газа. Поэтому в этих распределительных системах используются регуляторы газа, обеспечивающие соответствие подводимого газа требованиям установок конечных потребителей. Традиционные регуляторы газа включают исполнительный механизм замкнутой системы регулирования для восприятия и регулирования давления подводимого газа.
В дополнение к замкнутой системе регулирования некоторые традиционные регуляторы газа включают предохранительный клапан. Предохранительный клапан предназначен для обеспечения защиты от избыточного давления при выходе из строя, например, регулятора или какого-либо другого элемента системы распределения текучей среды. Соответственно при превышении давления подводимой текучей среды заданного порога давления предохранительный клапан открывается и выпускает по меньшей мере часть газа в атмосферу, таким образом, уменьшая давление в системе.
На фиг.1 и 1А показан традиционный регулятор 10 газа. 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 13 регулятора дополнительно включает клапанное окно 36, расположенное между впускным и выпускным отверстиями. 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 содержит узел 22 регулирования для восприятия и регулирования давления на выпуске клапана 14 регулятора. Более конкретно, узел 22 регулирования включает мембрану 24, поршень и регулирующий рычаг 26, имеющий клапанную тарелку 28. Традиционная клапанная тарелка 28 включает в целом цилиндрический корпус 25 и уплотнительный вкладыш 29, прикрепленный к корпусу 25. Корпус 25 клапана может также включать круговой фланец 31, выполненный в нем как единое целое, как показано на фиг.1А. Мембрана воспринимает давление на выпуске клапана 14 регулятора. Узел 22 регулирования дополнительно включает регулирующую пружину 30, находящуюся в контакте с верхней частью мембраны 24 для компенсации воспринимаемого 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, и, следовательно, клапанная тарелка 28 через поршень 32 регулирует открытие клапана 14 на основе воспринимаемого давления на выходе. Например, при работе конечного потребителя, например, печи, появляется расход в газораспределительной системе после регулятора 10, расход на выпуске увеличивается, соответственно, 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 32 вниз в соответствии с ориентацией, показанной на фиг.1. Это смещение регулирующего рычага 26 перемещает клапанную тарелку 28 от клапанного окна 36 для открытия клапана 14 регулятора. На фиг.1А показана клапанная тарелка 28 в нормальном, открытом рабочем положении. При этом к потребителю может подводиться газ через клапанное окно 36 по направлению к выпускному отверстию 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.
В традиционном регуляторе 10, показанном на фиг.1, узел 22 регулирования дополнительно служит в качестве предохранительного клапана, указанного выше. 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 к уплотнительной манжете 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 клапанной тарелкой 28, и поток на впуске перемещает клапанную тарелку 28 в положение полного открытия. 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 и вызывает перемещение мембраны от уплотнительной манжеты 38, тем самым открывая отверстие 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.2. 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.
При выборе регулятора для конкретного применения перед специалистами стоит задача увеличения пропускной способности при установленном давлении в системе регулирования и уменьшения количества газа, выпускаемого в атмосферу при неисправности. Обычно данная задача выполняется путем расчета или выбора различных аспектов регулятора 10, например, клапанного окна, для обеспечения некоторого соотношения этих противоречащих требований. Для ограничения количества газа, выпускаемого в атмосферу предохранительным клапаном, специалисты часто выбирают самое маленькое доступное окно, обеспечивающее требуемую пропускную способность.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предложен регулятор, содержащий клапан регулятора и исполнительный механизм. Клапан регулятора содержит корпус клапана и патрон. Корпус клапана имеет впускное и выпускное отверстия. Исполнительный механизм соединен с корпусом клапана и содержит регулирующий элемент, включающий клапанную тарелку. Клапанная тарелка расположена с возможностью скольжения в корпусе клапана и может перемещаться между закрытым положением и рабочим положением. Патрон расположен в корпусе клапана и содержит по существу полый цилиндрический элемент, имеющий проход в его стенке. Более конкретно, патрон включает первую часть, содержащую боковую стенку первого диаметра, и вторую часть, содержащую боковую стенку второго диаметра, большего, чем первый диаметр. Дополнительно в одном примере осуществления переходная часть, в целом в форме усеченного конуса, проходит между первой и второй частями. Проход в одном примере осуществления расположен в первой части патрона и направлен к выпускному отверстию клапана.
Согласно другому аспекту регулятора корпус клапана включает горловину, ограничивающую отверстие, перпендикулярное впускному и выпускному отверстиям. В этом примере осуществления вторая часть патрона расположена в отверстии горловины.
Дополнительно по меньшей мере в одном примере осуществления вторая часть патрона может быть расположена с возможностью извлечения в отверстии горловины.
В другом примере осуществления патрон может включать часть с каналом, расположенную смежно с проходом для направления текучей среды к выпускному отверстию корпуса клапана.
Другой аспект настоящего изобретения включает патрон для использования с регулятором газа, имеющим клапан регулятора исполнительного механизма, соединенного с горловиной клапана регулятора. Патрон выполнен с возможностью направления потока текучей среды через регулятор к выпускному отверстию клапана регулятора и из исполнительного механизма в первом или нормальном режиме работы. В одном примере осуществления патрон содержит первую и вторую части, отверстие и впускное отверстие. Первая часть имеет первый диаметр. Вторая часть выровнена по оси с первой частью и имеет второй диаметр, больший, чем первый диаметр. Вторая часть выполнена с возможностью расположения в горловине клапана регулятора. Отверстие расположено в первой части, так что, когда патрон установлен в регуляторе газа, данное отверстие направляет поток через клапан регулятора к выпускному отверстию.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид бокового поперечного разреза традиционного регулятора.
Фиг.1А представляет собой вид бокового поперечного разреза клапана регулятора, показанного на фиг.1.
Фиг.2 представляет собой вид бокового поперечного разреза регулятора, выполненного в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения, на котором клапанная тарелка показана в закрытом положении.
Фиг.3 представляет собой вид бокового поперечного разреза регулятора, показанного на фиг.2, на котором клапанная тарелка показана в нормальном рабочем положении.
Фиг.3А представляет собой вид бокового поперечного разреза клапана регулятора, показанного на фиг.3.
Фиг.4 представляет собой вид бокового поперечного разреза клапана регулятора, показанного на фиг.2 и 3, на котором клапан регулятора показан в полностью открытом положении.
Фиг.5 представляет собой вид бокового поперечного разреза клапана регулятора, показанного на фиг.2 и 3, выполненного в соответствии с другим примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 представляет собой вид бокового поперечного разреза клапана регулятора, показанного на фиг.2 и 3, выполненного в соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.7 представляет собой вид бокового поперечного разреза клапана регулятора, показанного на фиг.2 и 3, выполненного в соответствии с еще одним примером осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.2 и 3 показан регулятор 100 газа, выполненный 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 и 1А.
Как показано на фиг.2, 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 (показано на фиг.3А и 4), 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 тарелки и перепускной клапан 142. Узел 121 мембраны включает 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.2, 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 тарелки для обеспечения соединения узла 121 мембраны с узлом 123 тарелки, 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 объединенного 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. Как указано, это давление равно давлению в выпускном отверстии 108 клапана 104 регулятора. 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 тарелки, как указано выше, через часть 172 вилки поршня 132 и соединитель 135.
Более конкретно, узел 123 тарелки 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 клапанную тарелку 128. Дополнительно в описанном примере осуществления клапанная тарелка 128 включает уплотнительную тарелку 129 для уплотнения клапанного окна 136, как показано на фиг.2. Уплотнительная тарелка 129 может быть прикреплена к остальной части клапанной тарелки 128 с помощью, например, клейкого вещества или других средств. Уплотнительная тарелка 129 может быть выполнена из того же материала, что и остальная часть клапанной тарелки 128, или другого. Например, в одном примере осуществления уплотнительная тарелка 129 может включать полимерную уплотнительную тарелку 129.
Стержень 178, плечо 180 и клапанная тарелка 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 тарелки 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.
Как показано на фиг.3А и 4, клапанная тарелка 128 регулирующего элемента 127 включает хомут 193, выполненный с возможностью защелкивания на выступе 178а стержня 178. Клапанная тарелка 128 имеет уплотнительную поверхность 188. В описанном примере осуществления уплотнительная тарелка 129 включает уплотнительную поверхность 188.
Как показано на фиг.3А и 4, пример осуществления регулятора 100 включает патрон 200, расположенный в клапане 104 регулятора. Патрон 200 включает первую часть 202, вторую часть 204, переходную часть 206 и часть 208 с каналом. Первая и вторая части 202, 204 в целом цилиндрические и выровнены по оси. Первая часть 202 имеет внутренний диаметр D1, обеспечивающий возможность размещения клапанной тарелки 128 узла 122 регулирования в пределах жестких допусков. В одном примере осуществления клапанная тарелка 128 может быть размещена с возможностью скольжения в первой части 202 патрона 200. Использованный здесь термин "размещен с возможностью скольжения" не обязательно требует вхождения клапанной тарелки 128 в контакт с внутренним диаметром D1 первой части 202, а скорее подразумевает включение всех вариантов без контакта или с периодическим контактом, слабым контактом и т.п. между тарелкой 128 и первой частью 202. Тем не менее, когда клапанная тарелка 128 размещена с возможностью скольжения в первой части 202, только небольшая доля текучей среды, проходящей через клапанное окно 136, проходит между клапанной тарелкой 128 и патроном 200. Клапанная тарелка 128 служит для блокирования, ограничения или по существу предотвращения потока текучей среды в исполнительный механизм 102. Вторая часть 204 имеет внутренний диаметр D2, больший, чем внутренний диаметр D1 первой части 202, и, таким образом, клапанная тарелка 128 не размещена с возможностью скольжения во второй части 204.
Переходная часть 206 расположена в продольном направлении между первой и второй частями 202, 204. Переходная часть 206 также выровнена в продольном направлении между первой и второй частями 202, 204. Более того, переходная часть 206 в описанном примере осуществления в целом имеет форму усеченного конуса, которая может быть также описана как конусообразная форма, и сходится от второй части 204 к первой части 202.
В описанном примере осуществления первая часть 202 патрона 200 ограничивает проход 210 в его боковой стенке. Таким образом, часть 208 с каналом расположена смежно с проходом 210 и проходит от остальной части патрона 200. Проход 210 и часть 208 с каналом приблизительно равны по диаметру, который обозначен D3 на фиг.3А и 4. В описанном примере осуществления диаметр D3 прохода 210 и части 208 с каналом меньше, чем диаметры D1, D2 первой и второй частей 202, 204 патрона 200 соответственно.
Как показано, вторая часть 204 патрона 200 расположена в горловине 112 клапана 104 регулятора. Более конкретно, внешняя цилиндрическая поверхность второй части 204 патрона 200 находится в контакте с отверстием 114 горловины 112. Таким образом, патрон 200 может быть расположен с возможностью извлечения в клапане 104 регулятора, так что он может быть заменен другим патроном, или регулятор 100 может работать без патрона.
С установленным патроном 200, как показано, первая, вторая и переходная части 202, 204, 206 ограничивают первый путь потока в направлении, показанном стрелкой F1 между клапанным окном 136 и горловиной клапана 104 регулятора. Кроме того, проход 210 и часть 208 с каналом патрона 200 ограничивают второй путь потока в направлении, показанном стрелкой F2 между клапанным окном 136 и выпускным отверстием 108 клапана 104 регулятора. В описанном примере осуществления первый и второй пути F1, F2 потока перпендикулярны друг другу.
На фиг.2 показан регулятор 100 в соответствии с настоящим изобретением с регулирующим элементом 27 в закрытом положении. В таком положении регулирующий элемент 127 расположен с возможностью скольжения в первой части 202 патрона 200, так что уплотнительная поверхность 188 герметично входит в контакт с выпускным отверстием 152 клапанного окна 136. При этом газ не проходит через клапанное окно 136 и клапан 104 регулятора. 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, то есть 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 регулирующий элемент 127 перемещаются от выпускного отверстия 152 клапанного окна 136, открывая клапан 104 регулятора.
На фиг.3 и 3А показан узел 121 мембраны, включая регулирующий элемент 127 в примере нормального рабочего положения. Более конкретно, регулирующий элемент 127 смещается от клапанного окна 36 в область прохода 210 патрона 200. Однако регулирующий элемент 127 остается по меньшей мере частично в первой части 202 патрона 200.
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 регулирующий элемент 127 в одном положении. Однако, если расход на выпуске, то есть потребление уменьшается, тем самым увеличивая давление на выпуске сверх давления в системе регулирования, установленном 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 регулирующего элемента 127.
По мере растягивания регулирующей пружины 130, смещения регулирующего элемента 127 и открытия клапанного окна 136, усилие, создаваемое пружиной, и площадь мембраны 124 уменьшаются. В традиционном регуляторе 10, описанном выше со ссылкой на фиг.1. и 1А, такое уменьшение усилия пружины и уменьшение площади мембраны приводят к уменьшению значения давления на выпуске, необходимого для уравновешивания мембраны 24, что тем самым приводит к тому, что мембрана 24 воспринимает давление, меньшее, чем фактическое давление на выпуске. Это, в свою очередь, приводит к дальнейшему открытию клапанного окна 36 узлом 22 регулирования, что уменьшает давление на выпуске клапана 14 регулятора ниже давления в системе регулирования. Как указано выше, это явление известно как "провал".
Однако клапан 104 регулятора в соответствии с описанным примером осуществления включает патрон 200. Патрон 200 выполнен с возможностью уменьшения "провала" путем обеспечения "повышения" в системе. Более конкретно, как указано выше, в первом режиме работы или состоянии регулирующий элемент 127 находится в положении в первой части 202 патрона 200, как показано на фиг.3 и 3А. В этом положении из-за того, что диаметр регулирующего элемента 127 лишь немного меньше диаметра D1 первой части 202 патрона 200, регулирующий элемент 127 и патрон 200 по существу закрывают отверстие 114 в горловине 112, предотвращая поток газа через горловину 112 и в исполнительный механизм. Напротив, первая часть 202 патрона 200 и регулирующий элемент 127 направляют поток газа в проход 210 и часть 208 с каналом патрона 200 и, в конце концов, в выпускное отверстие 108 клапана 104 регулятора. При этом понятно, что патрон 200 может искусственно вызывать уменьшение давления или неверное измерение давления мембраной 24 из-за ограничения, создаваемого первой частью 202 патрона 200. Меньшее воспринимаемое давление мембраны 124 вызывает смещение мембраны регулирующей пружиной 130 вниз, еще более открывая клапанное окно 136. Это приводит к увеличению расхода газа из клапана 104 в выпускное отверстие 108 и увеличению давления в системе регулирования. Соответственно патрон 200 в описанном примере осуществления настоящего изобретения обеспечивает "повышение" для компенсации "провала", образующегося в противном случае.
В случае возникновения неисправности в системе патрон 200 в описанном примере осуществления не влияет на функцию предохранения регулятора 100. Напротив, как показано на фиг.4, во втором режиме работы или режиме неисправности регулирующий элемент 137 перемещается полностью ко второй части 204 патрона 200, обеспечивая уменьшение давления в регуляторе 100. Диаметр второй части 204 больше диаметра первой части 202 патрона, а также регулирующего элемента 127. Поэтому газ проходит через вторую часть 204 патрона 200, обтекая регулирующий элемент 127, в исполнительный механизм 102. Больший диаметр второй части 204 патрона обеспечивает по существу неограниченный поток в исполнительный механизм и измерение мембраной давления, по существу равного давлению на выпуске клапана 104. Соответственно это вызывает перемещение поршня 132 и уплотнительной манжеты 138 в крайнее нижнее положение. При этом больший размер второй части 204 патрона 200 сводит к минимуму ограничение потока, создаваемое исполнительным механизмом в положении, показанном на фиг.3А, например, для обеспечения сброса давления в выпускном отверстии клапана 104 регулятора, заданного конструкцией предохранительного клапана 104.
Например, при увеличении давления в регулирующей полости 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.2 и 3. 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.
На основе вышеизложенного регулятор и/или патрон, выполненные в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно компенсируют или предотвращают образование "провала" путем направления потока газа через клапанное окно 136 в выпускное отверстие 108 клапана 10 регулятора без ухудшения предохранительного сброса давления в регуляторе 100. Более того, множество взаимозаменяемых патронов могут преимущественно обеспечивать возможность настройки регулятора для различных конкретных требований. Например, каждый из взаимозаменяемых патронов может быть выполнен с разными размерами первой части, второй части и/или прохода и части с каналом. Таким образом, изобретение не ограничено описанными здесь регулятором 100 и/или патроном 200, а скорее включает варианты и другие конструкции, соответствующие объему и сущности представленной ниже формулы изобретения.
Например, несмотря на то, что описанный здесь со ссылкой на фиг.2-4 патрон 200 описан как отдельный от клапана 104 регулятора элемент, в другом примере осуществления клапан 304 регулятора может включать встроенную часть 300 патрона, как показано на фиг.5, причем клапан 304 регулятора и часть 300 патрона могут быть выполнены как единое целое. То есть часть 300 патрона может быть встроена в клапан 304 регулятора. Клапан 304 регулятора, показанный на фиг.5, подобен клапану 104 регулятора, описанному выше, за исключением того, что он включает цельную часть 300 патрона, выполненную в нем. Таким образом, встроенная часть 300 патрона в целом идентична патрону 200, описанному выше, и, следовательно, обеспечивает те же преимущества в комбинации с регулирующим элементом 127, обеспечивая уменьшение "провала" и "повышение".
Кроме того, несмотря на то, что регулятор 100 описан выше как содержащий только патрон для уменьшения "провала" путем обеспечения "повышения", в других примерах осуществления регулятор 100 может включать дополнительные средства для обеспечения "повышения". Например, на фиг.6 показан другой пример осуществления клапана 104 регулятора, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения. Клапан 104 регулятора включает патрон 400 и трубку 418 Пито. Патрон 400, так же как и патрон 200, описанный выше со ссылкой на фиг.2-4, включает первую часть 412, вторую часть 414 и переходную часть 416, расположенную между первой и второй частями 412, 414. Дополнительно вторая часть 414 ограничивает проход 420, расположенный в ее боковой стенке. В проходе 420 во второй части 414 патрона 400 размещена трубка 418 Пито. Например, трубка 418 Пито включает первый конец 422 и конец 424 определения. Первый конец 422 расположен в проходе 420 во второй части 414 патрона 400. Конец 424 определения расположен после патрона 400 и, более конкретно, смежно с выпускным отверстием 408 клапана 404 регулятора. При этом трубка 418 Пито в примере осуществления, показанном на фиг.6, воспринимает давление у выпускного отверстия 408 и передает его во вторую часть 414 патрона 400, откуда оно затем передается в исполнительный механизм 102 и, более конкретно, к мембране 124 исполнительного механизма 102 для регулирования узла 122 регулирования.
На фиг.7 показан еще один пример осуществления клапана 504 регулятора для использования с регулятором в соответствии с настоящим изобретением. Клапан 505 регулятора включает патрон 500, подобный любому из патронов 200, 300, 400, описанных выше, а также включает насадку 582 и измененное клапанное окно 536 для обеспечения "повышения". Клапан 504 регулятора и патрон 500 в целом идентичны клапану 104 регулятора и патрону 200, описанным выше со ссылкой на фиг.3 и 3А, и, следовательно, подобные элементы обозначены подобными ссылочными номерами позиций.
Насадка 582 проходит по окружности и в осевом направлении выступает над уплотнительной поверхностью 188 клапанной тарелки 128, так что, когда регулирующий элемент 127 находится в нормальном рабочем положении, как показано, насадка 582 способствует направлению патроном 500 потока газа от клапанного окна 136 от мембраны и к выпускному отверстию 108 клапана 504 регулятора. При этом понятно, что насадка 582 может искусственно вызывать уменьшение давление или неверное измерение давления мембраной 124 из-за создаваемого ограничения. Соответственно, насадка 585 в описанном примере осуществления дополняет патрон 500 для обеспечения "повышения" и компенсации "провала", образующегося в противном случае.
В одном примере осуществления насадка 582 может быть прикреплена с возможностью регулирования к клапанной тарелке 128. Соответственно, регулирующий элемент 127 может быть настроен, например, для разных требований путем регулирования осевого положения насадки 582 относительно него, что, в свою очередь, изменяет величину, на которую насадка 582 выступает над уплотнительной поверхностью 188, и направляет поток газа к выпускному отверстию 188 клапана 504 регулятора. Более подробные характеристики насадки 582 описаны в предварительной заявке 60/913,109 на патент США "Регулируемый механизм тарелки для регулятора газа", дата подачи 20 апреля 2007 года, содержание которой полностью включено в данный документ.
Как показано на фиг.7, в данном примере осуществления клапан 500 регулятора имеет измененное клапанное окно 536. Измененное клапанное окно 536 выполнено с возможностью извлечения из клапана 500 регулятора, так что оно может быть заменено другим клапанным окном для оптимизации пропускной способности и эффективности для конкретных требований. Например, как описано в предварительной заявке 60/913,135 на патент США, дата подачи 20 апреля 2007 года, "Регулятор с улучшенной пропускной способностью", содержание которой полностью включено в данный документ, различные клапанные окна, выполненные в соответствии с принципами настоящего изобретения, выполняются для включения различных клапанных седел, имеющих конкретные высоты для увеличения эффективности потока газа от клапанного окна и через выпускное отверстие клапана регулятора, например. В одном примере осуществления высоты седел могут быть в целом обратно пропорциональны диаметрам проходов или каналов в клапанных окнах. Однако в других примерах осуществления высоты седел могут зависеть от любого другого фактора, например, пропускной способности конкретного клапанного окна, требуемого давления на выпуске или в целом любого другого фактора. При этом клапанные окна с измененными высотами седел могут использоваться преимущественно для оптимизации пропускной способности и, более конкретно, эффективности потока для различных требований.
На основе описания фиг.7 понятно, что патрон 500, насадка 582 и измененное клапанное окно 536 отдельно или в комбинации друг с другом или другими элементами, в явной форме здесь не описанными, могут рассматриваться как "ограничитель потока" в соответствии с настоящим изобретением.
В соответствии с вышеизложенным понятно, что настоящее изобретение предлагает преимущественные средства компенсации и/или предотвращения эффектов "провала" в регуляторах газа. 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.