КОРПУС МЕХАНИЗМА УПРАВЛЕНИЯ КЛАПАНАМИ (ВАРИАНТЫ)

Настоящая заявка выделена из заявки №2007104787 на выдачу патента РФ на изобретение, поданной 20.07.2005 с испрашиванием приоритета по дате подачи первой заявки US 60/590, 741, поданной в Патентное ведомство США 23.07.2004.
Область техники, к которой относится полезная модель
Настоящая полезная модель относится главным образом к устройствам управления текучими средами, более конкретно, к штампованному алюминиевому корпусу управляющего механизма (механизма управления клапанами), используемому совместно с регулятором расхода текучей среды, который установлен в корпусе клапана.
Уровень техники
В установках или системах для управления производственными процессами часто используются устройства управления потоками текучих сред (управляющие клапаны, регуляторы давления и т.д.). Эти устройства регулируют поток или давление промышленных текучих сред, например, жидкостей, газов и т.д. Одним из важных применений регулирующих клапанов является область распределения и транспортировки природного газа. Обычно большинство систем распределения природного газа спроектировано таким образом, чтобы транспортировать или распределять относительно большие объемы газа, который находится под высоким давлением. Относительно высокое давление, под которым транспортируется газ, снижает скорость потока, необходимую для доставки требуемых объемов газа, минимизируя, таким образом, эффективность распределения (падение давления) из-за дросселирования трубопроводов, клапанов и т.д.
В дополнение к управлению потоками газа под относительно высоким давлением, следует заметить, что регулирующие клапаны, используемые в системах распределения природного газа, также должны проектироваться должным образом с целью минимизации и исключения утечек природного газа в окружающую среду или атмосферу. Утечка природного газа в клапанах может создавать опасные условия с катастрофическими последствиями, например, взрыв, пожар, удушение обслуживающего персонала и т.д.
Таким образом, механизмы управления клапанами, которые используются для управления потоком природного газа, проходящим через корпус клапана, должны проектироваться так, чтобы они могли выдерживать высокое избыточное давление, обычно используемое при распределении природного газа. К тому же, эти механизмы следует проектировать так, чтобы они практически не допускали просачивания и выбросов газа в окружающую среду или атмосферу. В результате корпуса, используемые для механизмов управления клапанами, обычно проектируют так, чтобы обеспечить высокую прочность и минимизировать или исключить совсем выброс или просачивание газа в атмосферу.
Одним из примеров такого корпуса является решение, раскрытое в документе JP2002132532A, которое можно рассматривать в качестве наиболее близкого аналога заявленного корпуса механизма управления клапанами. В известном корпусе механизма управления клапаном имеется первая часть корпуса с первым фланцем и вторая часть корпуса со вторым фланцем. Во фланцах предусмотрен ряд отверстий, при этом отверстия первого фланца соответствуют отверстиям первого фланца. Соответствующие отверстия обеспечивают прием крепежных элементов для соединения частей корпуса. При этом, однако, известному решению присущи общие недостатки, присущие стальным корпусам.
Вообще, корпуса, спроектированные для использования в устройствах управления природным газом (снижающие давление регуляторы), изготавливают из штампованных или кованых стальных половин. Стальные корпуса для управляющих механизмов отличаются относительно высокой прочностью и могут выдерживать предельно высокие уровни избыточного давления в течение относительно длительного срока эксплуатации. Более того, стальные корпуса не имеют пор и, как результат, предотвращают просачивание или утечки газа в атмосферу. Хотя стальные корпуса обеспечивают превосходную безопасность и надежность в широком диапазоне давлений, все же они достаточно дороги и слишком тяжелы для многих систем распределения газа низкого давления. Например, в конечной точке доставки или потребления системы управления распределением природного газа, управление потоком газа обычно осуществляется при низком давлении.
Отлитые из алюминия корпуса управляющих механизмов обычно используются для регулирующих клапанов, которые управляют потоком газа низкого давления в газораспределительной системе. Литые алюминиевые корпуса относительно недороги, но обладают определенной пористостью и могут иметь пустоты и раковины в стенках. Пористость и раковины требуют более высокого коэффициента безопасности (отношение максимального или разрывного давления к номинальному рабочему давлению) и, таким образом, требуют утолщения стенок корпуса. Некоторые отлитые из алюминия корпуса управляющих механизмов требуют такой высокий фактор безопасности, как, например, четыре к одному. Чем толще стенки корпуса, тем больше материала требуется, что увеличивает как вес, так и стоимость алюминиевого корпуса.
В дополнение к этому, пористость отлитого из алюминия корпуса требует герметизации половин корпуса во вторичном процессе. Один из таких процессов использует химическое пропитывание литого алюминиевого корпуса, например, связывающими веществами или герметиком. Однако, такие вторичные процессы достаточно дороги и уменьшают процент выхода годных изделий (некоторые участки корпуса не герметизированы надлежащим образом для использования в клапанах).
Раскрытие полезной модели
В соответствии с настоящей полезной моделью предлагается корпус механизма управления клапанами, выполненный по существу непористым из цветного металла и используемый совместно с клапаном. Данный корпус содержит первую штампованную алюминиевую часть корпуса, имеющую первый фланец по своему периметру; и вторую штампованную алюминиевую часть корпуса, имеющую второй фланец по своему периметру. В первом и втором фланцах предусмотрен ряд отверстий, выполненных таким образом, что, по меньшей мере, часть отверстий первого фланца соответствует, по меньшей мере, части отверстий второго фланца, при этом соответствующие отверстия обеспечивают прием крепежных элементов для соединения указанных первой и второй частей корпуса с образованием корпуса механизма управления клапанами.
Кроме того, в соответствии с настоящей полезной моделью предлагается корпус механизма управления клапанами, выполненный по существу непористым из цветного металла и используемый совместно с клапаном. Данный корпус содержит первую алюминиевую часть корпуса, имеющую первый фланец по своему периметру; и вторую алюминиевую часть корпуса, имеющую второй фланец по своему периметру. В каждом из первого и второго фланцев выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, и предусмотрено, по меньшей мере, одно крепежное устройство для соединения первого и второго фланцев через их соответствующие отверстия таким образом, что в соединенном положении указанных частей корпус механизма управления клапанами имеет коэффициент безопасности менее двух.
Предложенный штампованный алюминиевый корпус управляющего механизма (механизма управления клапанами), далее называемый «штампованный алюминиевый корпус» или «корпус», имеет значительно меньший вес по сравнению с обычными литыми алюминиевыми корпусами. В частности, материал и технология, которые использовались для изготовления штампованного алюминиевого корпуса, позволили получить корпус, который по существу не имеет пор, выполнен из цветного металла и лучше поддается обработке, нежели литые алюминиевые корпуса. Существенная пластичность штампованного алюминиевого корпуса, а также отсутствие пор, значительно снижает проектный коэффициент безопасности (отношение максимального безопасного давления к номинальному рабочему давлению, при котором обычно эксплуатируется корпус). Например, коэффициент безопасности порядка четырех к одному обычно применяется при расчете литого алюминиевого корпуса, тогда как в примере с корпусом из штампованного алюминия коэффициент безопасности можно принять порядка полутора к одному.
Сниженный коэффициент безопасности, свойственный описываемому штампованному алюминиевому корпусу, дает возможность при изготовлении таких корпусов значительно уменьшить толщину стенок, по сравнению с литыми алюминиевыми корпусами. Уменьшенная толщина стенок, в свою очередь, приводит к значительной экономии материала (и снижению веса, соответственно), нежели у сравнимых по характеристикам литых алюминиевых корпусов. В дополнение к меньшему весу по сравнению с литыми корпусами, штампованные алюминиевые корпуса по существу не имеют пор и, таким образом, не требуют вторичных процессов герметизации, которые обычно необходимы для известных литых корпусов.
Далее, штампованный алюминиевый корпус можно изготовить из материала, соответствующего стандарту SB247 CL.T4 Американского Общества Инженеров Механиков (ASME), в частности, из стандартного алюминия А92014, согласно Универсальной Системы Обозначений Металлов и Сплавов (UNS). Применение такого согласованного с ASME материала может намного упростить процедуру получения разрешения на использование данного штампованного алюминиевого корпуса управляющего механизма (механизма управления клапанами) на многих мировых рынках. Например, вышеупомянутый материал (согласно ASME SB247 CL.T4) соответствует ASME в части котлонадзора, что упрощает процедуру получения разрешения для описываемого штампованного алюминиевого корпуса.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 изображает пример штампованного алюминиевого корпуса управляющего механизма, используемого совместно с клапанами регулирования потоков текучих сред.
Фиг.2 показывает сечение газового клапана, в котором установлен корпус управляющего механизма по сриг.1.
Фиг.3 изображает верхнюю половину штампованного алюминиевого корпуса по фиг.1.
Фиг.4 показывает подробный вид в плане верхней половины корпуса по фиг.3.
Фиг.5 показывает в деталях сечение верхней половины корпуса по фиг.3.
Фиг.6 показывает нижнюю половину штампованного алюминиевого корпуса по фиг.1.
Фиг.7 показывает подробный вид в плане нижней половины корпуса по фиг.6.
Фиг.8 показывает в деталях сечение нижней половины корпуса по фиг.6.
Осуществление полезной модели
На фиг.1 показан штампованный алюминиевый корпус 100 для механизма управления клапанами регулирования потоков текучих сред. Корпус 100 включает в себя верхнюю половину 102 и нижнюю половину 104. Термины «нижняя» и «верхняя» используются лишь для того, чтобы отличать первую половину корпуса 100 от второй, и не ограничивают использование корпуса 100. Например, корпус 100 можно устанавливать в любом положении, лишь бы он удовлетворял требованиям данного конкретного применения, и в нашем примере половины 102 и 104 корпуса 100 обозначены как «верхняя» и «нижняя», соответственно, исключительно с иллюстративными целями.
Половины 102 и 104 корпуса герметично соединены вместе на фланцах 106 и 108 крепежными элементами 110. Крепежные элементы 110 могут представлять собой любые подходящие крепежные детали, например, болты, гайки, шайбы и т.д.
Нижняя половина 104 корпуса включает монтажный фланец 112, который позволяет крепить, например, болтами корпус 100 на корпусе клапане, как показано на фиг.2. Монтажный фланец 112 имеет отверстия 114, с помощью которых корпус 100 крепится к одному из ряда корпусов клапанов. Нижняя половина 104 также включает в себя втулку 116, которая, как показано на фиг.2, служит для совмещения и соединения корпуса 100 с корпусом клапана, направляет действие механизма клапана и способствует плотному и герметичному соединению корпуса 100 с корпусом клапана.
Фиг.2 показывает сечение газового клапана 200, в котором используется корпус 100, изображенный на фиг.1. Фиг.2 изображает в общем виде взаимосвязь между корпусом 100, корпусом 202 клапана и механизмом 204 клапана. Корпус 202 клапана и механизм 204 клапана могут быть любой известной конструкции, подходящей для данной цели, и потому далее не описываются. Как показано на фиг.2, диафрагма 206 и пластина 208 диафрагмы расположены внутри корпуса 100.
Фиг.3 изображает верхнюю половину 102 корпуса 100 по фиг.1. Как показано на фиг.3, верхняя половина 102 корпуса имеет множество отверстий 302, которые расположены по окружности на фланце 106. Первая наклонная стенка 304 проходит между фланцем 106 и буртиком 306. Буртик 306 выполняет функцию механической поддержки или упора, на котором удерживается или в который упирается пластина 208 диафрагмы и/или диафрагма 206. Глубина и угол наклонной стенки 304 выбираются такими, чтобы обеспечить требуемое смещение диафрагмы и/или управлением давлением, прикладываемым к диафрагме 206 во время работы управляющего механизма (фиг.1). Верхняя половина 102 корпуса также включает в себя втулку 308, которая направляет действие механизма 204 клапана и/или пружину смещения (не показана).
Фиг.4 показывает подробный вид в плане верхней половины 102 корпуса по фиг.3, а фиг.5 показывает в деталях сечение верхней половины 102 корпуса по фиг.3.
Фиг.6 изображает нижнюю половину 104 корпуса 100 по фиг.1, изготовленного из штампованного алюминия. Нижняя половина 104 корпуса включает множество отверстий 602 для приема крепежных элементов 110, как показано на фиг.1.
Фиг.7 показывает подробный вид в плане нижней половины 104 корпуса по фиг.6, а фиг.8 показывает в деталях сечение нижней половины 104 корпуса по фиг.6.
В некоторых применениях, таких, например, как котлованы или шахты, половины 102 и 104 корпуса анодируют для защиты от коррозии.
Хотя выше были описаны определенные способы, устройства и изделия, тем не менее, рамки полезной модели ими не ограничиваются. Напротив, полезная модель покрывает все способы, устройства и изделия, охватываемые прилагаемой формулой, либо буквально, либо с учетом принципа эквивалентов.