МОДУЛЬНЫЙ РЕГУЛИРОВОЧНЫЙ УЗЕЛ
MODULAR CONTROL UNIT

Связанные заявки
Приоритет данной заявки определяется по дате подачи предварительной патентной заявки США №60/913,463 от 23.04.2007, содержание которой полностью включено в данное описание посредством ссылки на нее.
Область техники
Изобретение относится к регуляторам потока текучей среды и, более конкретно, к модульному регулировочному узлу (регулировочной платформе), который (которая) облегчает конфигурирование регулятора для глобальных применений.
Уровень техники
Для управления параметрами процесса системы управления процессами используют различные полевые устройства. Обычно, чтобы управлять давлениями различных текучих сред (т.е. жидкостей и газов), в различных точках систем управления процессом устанавливаются регуляторы текучей среды. Регуляторы текучей среды обычно применяются, чтобы поддерживать давление текучей среды, по существу, на постоянном уровне. Более конкретно, регулятор текучей среды имеет вход, на который текучая среда, как правило, поступает под относительно высоким давлением, при этом регулятор обеспечивает на своем выходе более низкое и, по существу, постоянное давление. Так, газовый регулятор, ассоциированный с компонентом оборудования (например с котлом), может принимать от газораспределительного пункта газ, имеющий относительно высокое давление, и регулировать давление для получения более низкого постоянного давления, пригодного для безопасного и эффективного использования газа оборудованием.
Регуляторы текучей среды обычно регулируют расход и давление текучей среды, используя диафрагму (мембрану), к одной из сторон которой прикладывается с помощью настроечной пружины заданное (контрольное) усилие. Диафрагма также функционально связана, непосредственно или через соответствующие звенья (например рычаг), с клапанным диском, который перемещается относительно выполненного в седле клапана отверстия, связывающего по потоку вход регулятора с его выходом. Диафрагма перемещает клапанный диск, реагируя на разность между выходным и заданным давлениями, чтобы изменить ограничения, создаваемые данным диском для потока текучей среды, и обеспечить тем самым, по существу, постоянное выходное давление. Это давление соответствует уравновешивающему усилию, которое действует на другую сторону диафрагмы и которое равно или пропорционально заданному (контрольному) давлению.
Различные рынки в разных частях мира часто требуют различных комбинаций технических и/или эксплуатационных характеристик регулятора текучей среды, Так, желательные или необходимые комбинации эксплуатационных или технических характеристик, например, таких как тип затвора, принцип действия диафрагменного узла регулятора (например прямое действие, нагружение давлением или применение пилота), защита от избыточного давления, тип мониторинга давления (например внутреннего, наружного или внутреннего и наружного), могут варьироваться в широких пределах в масштабах мирового рынка. Однако многие из желательных или необходимых эксплуатационных или технических характеристик являются взаимоисключающими. Как следствие, многие изготовители регуляторов текучей среды производят большое количество серий (семейств) регуляторов, имеющих различные конструкции. При этом каждая такая серия специально конфигурируется так, чтобы отвечать конкретным потребностям определенного глобального рынка. Подобный подход к удовлетворению потребностей рынка вынуждает изготовителей производить и технически поддерживать большое количество различных продуктов, что приводит к логистическим трудностям и значительным затратам.
Раскрытие изобретения
В одном описываемом примере направляющая штока для использования с регулятором текучей среды содержит тело, имеющее отверстие для ввода, с возможностью перемещения со скольжением, штока клапана, и наружную поверхность, на которой размещены периферийные уплотнения. Данные уплотнения обеспечивают установку, с возможностью извлечения, тела направляющей в канал корпуса регулятора и согласование указанного тела по положению с корпусом регулятора или с клапаном.
В другом описываемом примере регулятор текучей среды содержит первый диафрагменный узел, помещенный в корпус привода, и клапанный корпус, соединенный с корпусом привода. Направляющая штока установлена, с возможностью извлечения, в корпус привода и имеет первое отверстие, служащее для направления штока клапана, функционально связанного с первым диафрагменным узлом. Уплотнения, размещенные между наружной поверхностью направляющей штока и внутренней поверхностью корпуса привода, обеспечивают согласование направляющей штока по положению, по меньшей мере, с корпусом привода или с клапанным корпусом.
Еще в одном описываемом примере регулятор текучей среды содержит корпус привода и клапанный корпус, соединенный с корпусом привода. Первый диафрагменный узел выбран из группы диафрагменных узлов и помещен в корпус привода с возможностью функциональной связи с другими компонентами. Первый диафрагменный узел выполнен взаимозаменяемым со вторым диафрагменным узлом, выбранным из группы диафрагменных узлов. Регулятор текучей среды содержит также первую направляющую штока, установленную в корпус привода с возможностью извлечения. Первая направляющая штока имеет отверстие, служащее для ввода, с возможностью перемещения со скольжением, штока клапана, функционально связанного с первым диафрагменным узлом. Данная направляющая выбрана из группы направляющих штока и является взаимозаменяемой со второй направляющей штока, выбранной из указанной группы направляющих штока. Между наружной поверхностью первой направляющей штока и внутренней поверхностью корпуса привода размещены уплотнения для обеспечения согласования по положению первой направляющей штока, по меньшей мере, с корпусом привода или клапанным корпусом.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен вариант модульного регулятора текучей среды согласно изобретению.
На фиг.2 показана в разрезе часть регулятора текучей среды по фиг.1, иллюстрирующая вариант сменной направляющей штока согласно изобретению.
Фиг.3 в увеличенном масштабе иллюстрирует части (обозначенные, как 3 на фиг.2) показанных на фиг.1 регулятора текучей среды и направляющей штока.
На фиг.4А, 4В и 4С иллюстрируется другой вариант направляющей штока согласно изобретению, имеющий селективно блокируемый канал, что позволяет сконфигурировать регулятор текучей среды для мониторинга внутреннего или наружного давления.
На фиг.5 направляющая штока по фиг.4А, 4В и 4С показана в осевом сечении.
На фиг.6 показан еще один вариант направляющей штока, который может быть использован с регуляторами по изобретению.
На фиг.7 показан следующий вариант направляющей штока, который может быть использован с регуляторами по изобретению.
На фиг.8 иллюстрируется вариант диафрагменного узла, который может быть использован для построения регуляторов по изобретению без внутреннего сброса давления.
На фиг.9 приведен другой вид диафрагменного узла по фиг.8.
На фиг.10 показан другой вариант диафрагменного узла, который может быть использован для построения регуляторов по изобретению, обеспечивающих условно внутренний сброс давления.
На фиг.11 показан еще один вариант диафрагменного узла, который может быть использован для построения регуляторов по изобретению, обеспечивающих полностью внутренний сброс давления.
На фиг.12 показан следующий вариант диафрагменного узла, который может быть использован для построения регуляторов по изобретению с диафрагмой, нагруженной давлением.
На фиг.13 иллюстрируется диафрагменный узел высокого давления, который может быть использован для построения регуляторов по изобретению.
На фиг.14 иллюстрируется диафрагменный узел низкого давления, который может быть использован для построения регуляторов по изобретению.
На фиг.15-18 иллюстрируются варианты седел для предохранительного клапана, которые могут взаимозаменяемым образом использоваться в регуляторах по изобретению.
На фиг.19 и 20 представлены варианты толкателей, которые могут взаимозаменяемым образом использоваться в регуляторах по изобретению.
На фиг.21 представлен вариант подузла толкатель/седло предохранительного клапана, пригодный для использования в регуляторах по изобретению.
На фиг.22-24 иллюстрируются варианты узлов клапанного рычага, которые могут быть использованы в регуляторах по изобретению.
Фиг.25 иллюстрирует пример сбалансированного по давлению регулятора текучей среды, который может быть реализован на основе вариантов изобретения.
На фиг.26 представлен пример сбалансированного и нагруженного давлением регулятора текучей среды, который может быть реализован на основе вариантов изобретения.
На фиг.27 иллюстрируется пример конфигурации для отслеживания и защиты от превышения давления, которая может быть реализована на основе описанных вариантов изобретения.
На фиг.28 иллюстрируется пример быстродействующего предохранительного устройства, которое может использоваться в регуляторах по изобретению.
Осуществление изобретения
Предлагаемый регулировочный узел позволяет изготовителю регуляторов текучей среды реализовать единую архитектуру подобных узлов (т.е. создать регулировочную платформу), удовлетворяющую требованиям в отношении технических и эксплуатационных характеристик со стороны различных глобальных рынков. Более конкретно, данный узел существенно повышает модульность компонентов регулятора и за счет этого позволяет изготовителям и потребителям сократить количество компонентов, необходимых для получения регулировочных узлов (регуляторов текучей среды), отвечающих различным потребностям многочисленных глобальных рынков. Повышение модульности, обеспечиваемой благодаря предлагаемому регулятору текучей среды, и соответственное уменьшение общего количества компонентов регулятора снижает затраты, связанные со сборкой, обслуживанием, хранением, контактами с поставщиками, обучением и т.д. Кроме того, повышение модульности (например способность сформировать, благодаря взаимозаменяемости компонентов регулятора, практически любую их комбинацию) позволяет изготовителю поставлять регуляторы текучей среды на большее количество глобальных рынков при уменьшенных общих затратах.
Как более подробно описывается далее, регуляторы текучей среды согласно изобретению могут использовать сменные (взаимозаменяемые) направляющие штока и/или взаимозаменяемые диафрагменные узлы. Это позволяет, используя тот же корпус привода и/или клапанный корпус, реализовать различные конфигурации регулятора текучей среды. Так, описанные далее варианты сменной направляющей штока позволяют обеспечить, при использовании одного и того же корпуса привода и/или клапанного корпуса, взаимодействие с различными вариантами затвора, в том числе сбалансированными и не сбалансированными по давлению. Аналогично, варианты направляющей штока по изобретению позволяют реализовать, при использовании одного и того же корпуса привода и/или клапанного корпуса, различные режимы работы клапана, в том числе режимы прямого действия, прямого действия с нагруженном давлением и/или работы с пилотом.
Многие известные регуляторы текучей среды используют направляющую штока, выполняемую заодно с нижним корпусом привода, чтобы обеспечить приемлемое согласование по положению штока и клапанного диска относительно седла или отверстия клапана. Однако такое выполнение существенно ухудшает гибкость применения корпусов привода и клапана и других деталей. Например, чтобы обеспечить требования нескольких различных применений, могут потребоваться различные нижние корпуса привода, поскольку для каждого применения могут быть необходимы свойства или конфигурации, требующие несколько отличающиеся конструкции направляющей штока. Однако если направляющую штока можно заменять (например различными взаимозаменяемыми направляющими), корпус (или корпуса) привода можно сделать существенно более универсальным (универсальными), т.е. пригодным (пригодными) для многих различных применений и конструктивных конфигураций.
В отличие от многих известных регуляторов текучей среды предлагаемые сменные направляющие штока могут выполняться отдельно от корпуса и устанавливаться в него, с возможностью извлечения, с использованием периферийных уплотнений (например уплотнительных колец), расположенных между наружной поверхностью направляющей штока и внутренней стенкой или поверхностью корпуса привода. Как более подробно описано далее, уплотнения создают усилия, обеспечивающие согласованность по положению (например соосность) направляющей штока относительно корпуса привода и, таким образом, согласованность по положению направляющей штока и проходящего сквозь нее штока клапана с корпусом привода и/или с клапаном, присоединенным к данному корпусу. Кроме того, уплотнения обеспечивают герметизацию зазора между корпусом привода и направляющей штока, а также фрикционный контакт, способствующий удерживанию направляющей штока в корпусе привода во время сборки и/или разборки, и прикладывают к направляющей штока начальную нагрузку, чтобы уменьшить или, по существу, исключить возможность рассогласования (например несоосности) между направляющей штока и корпусом привода в поперечном направлении.
Один вариант направляющей штока по изобретению может быть дополнительно снабжен сквозным отверстием (каналом), которое может быть селективно блокировано или открыто, чтобы сконфигурировать регулировочный узел для мониторинга наружного или внутреннего давления соответственно. Чтобы облегчить указанное конфигурирование в производственных и/или полевых условиях, направляющая штока может содержать вставной элемент (например винт), который может селективно вводиться в указанный канал, чтобы блокировать его и тем самым сконфигурировать регулятор для мониторинга наружного давления. Вставной элемент может храниться в гнезде, выполненном (например в виде глухого отверстия) в направляющей штока. Такое выполнение позволяет легко конфигурировать регулятор (например, в полевых и/или производственных условиях) для мониторинга наружного или внутреннего давления в зависимости от требований конкретного применения.
Вариант регулятора текучей среды по изобретению содержит также диафрагменные узлы, которые обладают высокой модульностью и, следовательно, могут конфигурироваться в соответствии с широким набором технических и/или эксплуатационных требований. Более конкретно, первый диафрагменный узел, выбранный из группы диафрагменных узлов, является взаимозаменяемым со вторым диафрагменным узлом, выбранным из той же группы диафрагменных узлов, чтобы регулятор мог иметь первую функциональную характеристику, отличную от второй функциональной характеристики, придаваемой ему вторым диафрагменным узлом.
Как будет более подробно описано далее, предлагаемые модульные диафрагменные узлы могут использовать взаимозаменяемые седла и штоки предохранительного клапана, а также подузлы толкателя и клапанные рычаги. В частности, могут использоваться различные комбинации седел и толкателей, чтобы обеспечить различные варианты защиты от избыточного давления (ЗИД), включающие, например, условный (в частности условно внутренний) сброс для обеспечения наружной ЗИД и отсутствие сброса применительно к средам, чувствительным к выбросу газа (например, в случае регуляторов, устанавливаемых в помещениях вблизи источника зажигания). Дополнительно или альтернативно, комбинации штоков предохранительного клапана, подузлов толкателя и клапанных рычагов могут обеспечить изменение режима функционирования диафрагмы на противоположный для ее использования в применениях, соответствующих нагружению давлением или использованию пилота, а также обеспечить возможность работы подузлов толкателя с рычагами, имеющими различное соотношение плеч. Такие рычаги могут, например, применяться для обеспечения возможности сконфигурировать регулятор текучей среды для использования с не сбалансированными и сбалансированными по давлению затворами, которые обычно требуют применения рычагов с большим и с меньшим передаточными отношениями соответственно.
Другой вариант регулятора по изобретению может быть сконфигурирован для использования сбалансированного (например по давлению) или несбалансированного затвора, рассчитанного на определенный размер клапанного корпуса и/или порта. В результате конкретный клапанный порт определенного размера может применяться в более широком интервале входных давлений, что существенно уменьшает общее количество компонентов, требуемых для построения регуляторов, отвечающих различным требованиям многочисленных глобальных рынков.
При этом варианты регуляторов по изобретению могут быть сконфигурированы для обеспечения различных типов ЗИД, например ЗИД с внутренним сбросом давления (упомянутой выше), с монитором, интегрированным с основным регулятором, или с быстродействующим предохранительным клапаном.
Перед подробным рассмотрением сменных направляющих штока, седел и штоков предохранительного клапана, подузлов толкателя, клапанных рычагов и других компонентов, которые могут быть использованы для построения модульных регуляторов по изобретению, будет дано, со ссылкой на фиг.1, описание регулятора 100 текучей среды. Как показано на фиг.1, представленный в качестве примера регулятор 100 текучей среды содержит привод (исполнительный механизм) 102, функционально связанный с клапаном 104. У привода 102 имеются верхний корпус 106 и нижний корпус 108, внутри которых находится модульный (т.е. взаимозаменяемый с другими подобными узлами) диафрагменный узел 110, который функционально связан со штоком 116 клапана через рычаг 117. В частности, диафрагменный узел 110 может быть выполнен взаимозаменяемым с диафрагменным узлом 800, описанным далее со ссылками на фиг.8 и 9.
Нижний корпус 108 привода присоединен к клапанному корпусу 118, имеющему вход 120 и выход 122. В клапанном корпусе 118 установлено седло 124, которое задает отверстие, через которое текучая среда может течь от входа 120 к выходу 122. Затвор 128 клапана, прикрепленный к концу штока 116, содержит запирающий диск 130, который может быть выполнен из эластомерного материала и который взаимодействует с уплотняющей поверхностью седла 124, образуя с ней герметичное уплотнение, когда шток 116 с затвором 128 подводится к седлу 124. Как будет более подробно описано со ссылками на фиг.2 и 3, данный регулятор 100 текучей среды содержит сменную направляющую 132 штока. Эта направляющая снабжена периферийными уплотнениями, обеспечивающими согласование по положению данной направляющей и, следовательно, штока 116 и запирающего диска 130, по меньшей мере, с нижним корпусом 108 привода или с клапанным корпусом 118, или с седлом 124.
Сменная направляющая 132 штока установлена внутри нижнего корпуса 108 привода (например, с помощью периферийных уплотнений) с возможностью извлечения и является взаимозаменяемой со второй, выбранной из группы подобных направляющих, направляющей штока, например с направляющей 400 штока, описанной далее со ссылками на фиг.4А, 4В, 4С и 5. В частности, первая направляющая штока может быть выбрана из группы направляющих так, чтобы обеспечить первую функциональную характеристику, отличную от второй функциональной характеристики, обеспечиваемой второй направляющей штока, выбранной из группы направляющих штока. В одном варианте первая направляющая штока сконфигурирована для взаимодействия с затвором, сбалансированным по давлению, а вторая - с затвором, не сбалансированным по давлению.
На фиг.2 и 3 сменная направляющая 132 штока по фиг.1 показана более детально. Как видно из фиг.2 и 3, она расположена в отверстии (в канале) 200 в нижнем корпусе 108 привода. В этой направляющей имеется отверстие 202, в которое, с возможностью перемещения со скольжением, введен шток 116 клапана. Между наружной поверхностью 208 направляющей 132 штока и внутренней поверхностью 210 корпуса 108 привода установлены уплотнения 204 и 206. Эти уплотнения 204 и 206 находятся во фрикционном контакте с внутренней поверхностью 210 корпуса 108 привода, фиксируя тем самым, съемным образом, направляющую 132 штока в отверстии 200 в корпусе 108 привода. Уплотнения 204 и 206 создают начальную нагрузку, приложенную к внутренней поверхности 210 корпуса 108 привода, приводящую, например, к смещению или деформированию этих уплотнений, чтобы обеспечить согласование по положению (например соосность) направляющей 132 штока внутри отверстия (канала) 200 в корпусе 108 привода относительно клапанного корпуса 118 и седла 124.
Более конкретно, уплотнения 204 и 206, которые могут быть выполнены на основе уплотнительных колец, могут служить для создания, по существу, равных усилий, приложенных к направляющей 132 штока и направленных внутрь (например в сторону штока 116), обеспечивая тем самым ее соосность (или иное согласование по положению) с отверстием 200. Тем самым уплотнения 204 и 206 могут компенсировать дополнительные погрешности (например погрешности установки), обусловленные использованием конфигурации со сменной направляющей штока (т.е. с направляющей, которая не образует интегральную часть корпуса 108 привода). Так, упругие свойства уплотнений 204 и 206 способны компенсировать даже наихудшую ситуацию (сложение погрешностей направляющей 132 штока и корпуса 108). Другими словами, сменная направляющая 132 штока может быть самоустанавливающейся в отношении указанных погрешностей (или соответствующих допусков) и/или других отклонений характеристик тела направляющей 132 штока, штока 116 и/или корпуса 108 от идеальных.
В дополнение к приложению к направляющей 132 штока усилия для согласования по положению (например соосности), уплотнение 204 обеспечивает герметичное уплотнение между отверстием 200 в корпусе 108 привода и средой, окружающей корпус 108 привода, а также выходной полостью 212 клапанного корпуса 118. Аналогично, уплотнение 206 обеспечивает герметичное уплотнение между выходной полостью 212 (а также средой, окружающей корпус 108 привода) и отверстием 200 в корпусе 108 привода. Благодаря этому, когда регулятор 100 текучей среды является газовым регулятором, предотвращается проникновение потенциально вредных газов в окружающую среду.
Далее, поскольку уплотнения 204 и 206 находятся во фрикционном контакте с внутренней поверхностью 210 корпуса 108 привода, направляющая 132 штока может легко удерживаться внутри корпуса 108 привода в процессе сборки (в том числе сборки при изготовлении, при ремонте в полевых условиях или при реконфигурировании) регулятора 100. Кроме того, усилия, прикладываемые уплотнениями 204 и 206 к направляющей 132 штока, уменьшают или, по существу, устраняют зазоры и взаимные смещения между направляющей 132 штока и корпусом 108 привода. В частности, существенно уменьшаются или предотвращаются смещения направляющей 132 штока в осевом и/или поперечном направлениях.
Хотя в примере по фиг.3 уплотнения 204 и 206 показаны, как прижатые к заплечикам 300 и 302, эти уплотнения, альтернативно или дополнительно, могут быть, по меньшей мере, частично, введены с усилием в кольцевые канавки или каналы, охватывающие наружную поверхность 208 направляющей 132 штока и/или внутреннюю поверхность 210 корпуса 108. Кроме того, хотя показаны только два уплотнения 204 и 206, альтернативно можно использовать большее их количество или единственное уплотнение.
Управление различными текучими средами может требовать или допускать применение регулятора текучей среды с мониторингом внутреннего давления. В этом случае контрольное давление (т.е. контролируемое выходное давление) воспринимается с использованием канала или каналов, посредством которых выход клапанного корпуса сообщается с диафрагмой привода. Если же в конкретном применении требуется более чувствительное управление давлением текучей среды за выходом регулятора, обычно осуществляют мониторинг наружного давления. Когда регулятор текучей среды сконфигурирован для мониторинга наружного давления, давление за регулятором (соответствующее контрольному давлению) обычно передается по наружной линии непосредственно в полость, ассоциированную с диафрагмой регулятора (например в полость внутри нижнего корпуса привода). Кроме того, когда регулятор сконфигурирован для мониторинга наружного давления, отверстие внутри корпуса привода, в котором установлена направляющая штока, обычно заблокировано. Такое выполнение, иногда именуемое блокированием горловины, имеет целью предотвратить воздействие давления текучей среды на выходе клапана на диафрагму. Наконец, в приложениях, в которых требуется двойной мониторинг (т.е. мониторинг внутреннего и наружного давлений), горловина не блокируется (т.е. обеспечивается канал для текучей среды между выходом клапанного корпуса и полостью нижнего корпуса), а наружная линия обеспечивает передачу в эту полость давления текучей среды за регулятором.
Во многих известных регуляторах текучей среды конфигурации, соответствующие мониторингу различных давлений, реализуются с использованием многих различных компонентов регулятора. Например, чтобы получить конфигурацию, соответствующую мониторингу желательного давления, могут выбираться различные направляющие штока, корпуса привода и т.д. В отличие от этих известных регуляторов текучей среды вариант направляющей 400 штока, представленный на фиг.4А, 4В, 4С, и 5, может быть использован в функции направляющей 132 штока по фиг.1, позволяющей конфигурировать регулятор давления, например регулятор 100 по фиг.1 (в частности, в полевых условиях, с помощью стандартной отвертки), для мониторинга либо внутреннего, либо наружного давления без необходимости замены компонентов и/или использования дополнительных компонентов.
Как показано на фиг.4А, 4В, 4С и 5, направляющая 400 штока имеет, по существу, цилиндрическое тело 402, снабженное отверстием 404, в которое, с возможностью перемещения со скольжением, введен шток клапана (например шток 116 клапана по фиг.1). Направляющая 400 штока снабжена также другим, сквозным, отверстием 406, посредством которого выход клапана сообщается по потоку с диафрагмой регулятора текучей среды. Кроме того, в направляющей 400 штока имеется еще гнездо (например в виде глухого отверстия) 408, в которое помещается вставной элемент, изображенный на фиг.4С в виде винта 410. Чтобы сконфигурировать регулятор текучей среды для мониторинга внутреннего давления, винт 410 может быть введен в гнездо 408, тогда как сквозное отверстие 406 будет открыто (разблокировано), так что выход клапана будет сообщаться по потоку с диафрагмой привода регулятора текучей среды.
Если же нужно сконфигурировать регулятор текучей среды для мониторинга наружного давления, винт 410 может быть извлечен из отверстия 408 и введен (например ввинчен) в сквозное отверстие 406, чтобы заблокировать его и предотвратить сообщение между выходом клапана и диафрагмой. Хотя это не показано на фиг.4С, чтобы обеспечить герметичное перекрытие данного отверстия 406, под головкой винта 410 может иметься уплотнительное кольцо или уплотнение другого типа. Описанная особенность выполнения направляющей 400 штока, показанной на фиг.4А, 4В, 4С и 5, может использоваться самостоятельно, как это показано на названных фигурах, или в сочетании с другими признаками (например с периферийными уплотнениями 204 и 206) направляющей 132 штока, описанной со ссылками на фиг.2 и 3.
На фиг.6 иллюстрируется вариант направляющей 600 штока, который может использоваться вместе с вариантами регулятора по изобретению. Направляющая 600 штока имеет конструкцию с открытой горловиной и снабжена сквозным отверстием 602, с помощью которого выходное давление клапана воспринимается диафрагмой, входящей в состав привода. Данная направляющая 600 штока является взаимозаменяемой с направляющей 132 штока в примере регулятора 100 (фиг.1) и может использоваться для обеспечения мониторинга внутреннего давления без возможности в полевых условиях переконфигурировать регулятор 100 для мониторинга наружного давления. При этом отверстие 602 является относительно большим и благодаря этому облегчает и/или улучшает технические показатели регулятора 100, если он сконфигурирован для мониторинга внутреннего давления. Хотя это не показано на фиг.6, направляющая 600 штока может быть снабжена уплотнениями, такими как уплотнения 204 и 206, описанные со ссылками на фиг.2 и 3.
На фиг.7 иллюстрируется еще один вариант направляющей 700 штока, который может использоваться вместе с вариантами регулятора по изобретению. Размеры и конструкция направляющей 700 штока выбраны такими, чтобы облегчить использование клапанного механизма, сбалансированного по давлению, например механизма, показанного на фиг.25. При этом направляющая 700 штока, как и направляющая 600 штока, может быть снабжена уплотнениями, такими как уплотнения 204 и 206, описанные со ссылками на фиг.2 и 3.
Как было упомянуто, регуляторы текучей среды по изобретению содержат диафрагменные узлы, высокая степень модульности которых позволяет конфигурировать их и/или заменять один на другой, чтобы обеспечить соответствие широкому кругу применений и/или технических требований. Например, первый диафрагменный узел, выбранный из группы диафрагменных узлов, может обеспечивать первую функциональную характеристику, отличную от второй функциональной характеристики, обеспечиваемой вторым диафрагменным узлом, выбранным из той же группы. Так, первый диафрагменный узел может обеспечивать конфигурацию регулятора с полностью внутренним сбросом давления, а второй диафрагменный узел - конфигурацию регулятора с условно внутренним сбросом. Чтобы обеспечить различные технические характеристики, варианты модульных диафрагменных узлов согласно изобретению содержат различные взаимозаменяемые клапанные седла и штоки предохранительного клапана, узлы толкателя и клапанные рычаги.
На фиг.8 иллюстрируется вариант модульного диафрагменного узла 800, который можно использовать для реализации регуляторов по изобретению, не имеющих внутреннего сброса давления. Данный вариант диафрагменного узла 800 содержит диафрагму 802 и накладку 804 на диафрагму (обжимной диск), придающую диафрагме 802 жесткость, позволяющую ей сохранять в процессе функционирования, по существу, постоянную эффективную площадь. Диафрагменный узел 800 содержит нефункционирующий предохранительный клапан 806, присоединенный к диафрагме 802 таким образом, что данный клапан 806 не может открыться и тем самым обеспечить внутренний сброс давления, т.е. он дает конфигурацию без сброса избыточного давления. Сконфигурированный таким образом регулятор будет использоваться в применениях, не требующих сброса избыточного давления или внутреннего сброса давления (т.е. в применениях, требующих наружного сброса давления).
Нефункционирующий предохранительный клапан 806 содержит седло 808, герметично сопряженное с толкателем 810 с помощью удерживающего кольца 812 и уплотнительного кольца 814. Толкатель 810 содержит штифт 816, шарнирно связанный с плечом рычага (например с плечом рычага 117 - см. фиг.1), чтобы преобразовывать движение диафрагменного узла 800 в движение клапанного диска (например клапанного диска 130) относительно клапанного порта (например отверстия седла 124), чтобы изменить расход текучей среды через регулятор (например регулятор 100). Крепежный элемент 818 (например болт) проходит через вогнутую часть 820 накладки 804 диафрагмы и закрепляется (например посредством резьбы) в отверстии 822 толкателя 810, чтобы обеспечить прижатие герметизирующей кромки 824 седла 808 предохранительного клапана к уплотняющей поверхности 826 диафрагмы 802, имеющей увеличенную толщину.
На фиг.9 представлен другой вид диафрагменного узла 800 по фиг.8. Из фиг.9 видно, что данный вариант диафрагменного узла имеет круглую форму. Однако в других вариантах могут быть использованы любые другие приемлемые формы. В вогнутой части 820 накладки 804 диафрагмы имеется отверстие 828, которое может функционировать как канал предохранительного клапана в конструкциях (например подробно описываемых далее), в которых не используется прикрепление накладки 804 диафрагмы к толкателю 810, чтобы предотвратить сброс избыточного внутреннего давления.
На фиг.10 представлен вариант диафрагменного узла 1000, который может быть использован в регуляторах по изобретению для условно внутреннего сброса давления. Аналогично описанному узлу 800 по фиг.8 и 9 диафрагменный узел 1000 содержит диафрагму 1002 и накладку 1004 диафрагмы (обжимной диск). Данный узел содержит также предохранительный клапан 1006, имеющий седло 1008, толкатель 1010, удерживающее кольцо 1012, уплотнительное кольцо 1014 и штифт 1016. При этом у накладки 1004 диафрагмы имеется вогнутая часть 1020. Седло 1008 предохранительного клапана снабжено уплотняющей кромкой 1024, которая герметично сопрягается с более толстой частью 1026 диафрагмы 1002.
В отличие от диафрагменного узла 800, в данном варианте предохранительный клапан 1006 является функционирующим. При этом вместо крепежного элемента (например болта 818 - см. фиг.8) данный узел 1000 содержит шток 1028 предохранительного клапана, входящий, с возможностью скользящего перемещения, в отверстия 1030 накладки 1004 диафрагмы и диафрагмы 1002. Кроме того, часть данного штока 1028 входит в отверстие 1022 толкателя 1010, чтобы функционально связать данный шток с толкателем. Пружина 1032 предохранительного клапана установлена между ограничителем 1034 с юстировочной головкой 1035 и накладкой 1004 диафрагмы, чтобы создать требуемое начальное усилие, задающее желательную точку сброса давления. Ограничитель 1034 и юстировочная головка 1035 закреплены на штоке 1028 на некотором расстоянии от накладки 1004 диафрагмы. Юстировочная головка 1035 может быть снабжена гайкой или аналогичной деталью, которая может навинчиваться на шток 1028 клапана, чтобы сжимать пружину 1032 до уровня, задающего желательную точку сброса давления.
В процессе работы, когда контрольное давление создает достаточное усилие (приложенное к управляющей стороне 1036 диафрагмы 1002), чтобы превысить начальное усилие, прикладываемое пружиной 1032, более толстая часть 1026 диафрагмы отходит вверх, выходя из герметичного сопряжения с уплотняющей кромкой 1024 седла 1008 предохранительного клапана. В результате текучая среда, находящаяся под давлением в зоне, примыкающей к управляющей стороне 1036 диафрагмы 1002, проходит мимо кромки 1024 и через отверстие (например аналогичное отверстию 828, показанному на фиг.8) в вогнутой части 1020 накладки 1004 диафрагмы. Текучая среда под давлением, прошедшая сквозь предохранительный клапан 1006, может быть затем выведена в атмосферу.
На фиг.11 иллюстрируется вариант диафрагменного узла 1100, который может быть использован в регуляторах по изобретению, чтобы обеспечить полностью внутренний сброс давления. Данный узел 1100 аналогичен диафрагменному узлу 1000 по фиг.10, но использует иной предохранительный клапан 1106, имеющий шток 1128 и ограничитель 1134. Ограничитель 1134 сопрягается с указанным штоком 1128 посредством канавки (или прорези) 1135, выполненной в данном штоке. При такой конструкции ограничитель 1134 зафиксирован на штоке 1128, так что предохранительный клапан 1106 может обеспечить полностью внутренний сброс давления (а не только условно внутренний сброс).
На фиг.12 иллюстрируется пример диафрагменного узла 1200, который может быть использован в регуляторах по изобретению, чтобы обеспечить использование диафрагмы, нагружаемой давлением. В отличие от диафрагменных узлов 1000 и 1100 по фиг.10 и 11 соответственно диафрагменный узел 1200 содержит диафрагму 1202, ориентированную противоположным образом (т.е. перевернутую) по отношению к диафрагмам 1002 и 1102 по фиг.10 и 11. В этом варианте верхний корпус регулятора находится под давлением, чтобы создать нагрузку на диафрагму и за счет этого улучшить характеристики регулятора.
Диафрагменный узел 1200 содержит также первую накладку 1204 на диафрагму и вторую накладку 1205 на диафрагму (эту накладку при желании можно не использовать), чтобы диафрагма 1202 имела, по существу, постоянную активную зону поверхности, воспринимающую давления, приложенные к обеим сторонам диафрагмы 1202. Кроме того, диафрагменный узел 1200 содержит предохранительный клапан 1206, отличающийся от предыдущих вариантов. У данного клапана 1206 имеется седло 1208, снабженное спускным отверстием 1210 фиксированного диаметра. Замыкающий шток 1228 герметично прижимает седло 1208 к диафрагме 1202, чтобы предотвратить сброс давления в зазоре между седлом 1208 и диафрагмой 1202. Замыкающая пружина (не изображена) может быть установлена между верхним и нижним упорами 1230, 1232 для пружины, чтобы обеспечить гарантированное и безотказное механическое запирание клапана, с которым функционально связан диафрагменный узел 1200.
На фиг.13 иллюстрируется вариант диафрагменного узла 1300 высокого давления, который может быть использован в регуляторах по изобретению. Данный узел 1300 содержит диафрагму 1302 и ограничительную накладку 1304, взаимодействующую с ней таким образом, что диафрагменный узел 1300 имеет относительно малую эффективную поверхность. Тем самым обеспечивается максимальное сопротивление, необходимое для применений, связанных с высоким давлением. Указанный узел 1300 показан без седла предохранительного клапана. Однако такое седло может быть введено аналогично тому, как это показано на фиг.11.
Фиг.14 иллюстрирует диафрагменный узел 1400 низкого давления, который также может быть использован в регуляторах по изобретению. Данный узел 1400 содержит диафрагму 1402, имеющую довольно большую эффективную зону, рассчитанную на применения, требующие высокой чувствительности к низким давлениям.
На фиг.15-18 иллюстрируются варианты седел 1500, 1600, 1700 и 1800, которые могут взаимозаменяемым образом использоваться в регуляторах по изобретению. Седло 1500 - это седло широкого применения для предохранительного клапана, которое может использоваться, например, в диафрагменном узле типа, показанного на фиг.10 и 11. Седло 1600 - это седло широкого применения, которое может использоваться, например, в диафрагменном узле, не обеспечивающем сброса давления (типа, показанного на фиг.8). Седло 1700 - это седло широкого применения, снабженное фиксированным ограничителем или спускным отверстием и применимое, например, в конфигурациях с нагружающим давлением, подобным показанной на фиг.12. Седло 1800 - это седло предохранительного клапана для больших расходов.
На фиг.19 и 20 представлены толкатели 1900 и 2000, которые могут взаимозаменяемым образом использоваться в регуляторах по изобретению. Толкатель 1900 сконфигурирован с возможностью сопряжения с относительно более длинным плечом рычага, обеспечивающим более значительное перемещение. Таким образом, данный вариант особенно полезен для регуляторов, не сбалансированных по давлению. В отличие от данного толкателя толкатель 2000 сконфигурирован с возможностью сопряжения с относительно более коротким плечом рычага, обеспечивающим относительно небольшое перемещение. Поэтому он особенно полезен для регуляторов, сбалансированных по давлению.
На фиг.21 представлен вариант подузла 2100 толкатель/седло предохранительного клапана. Этот вариант также может быть использован в регуляторах по изобретению.
На фиг.22-24 иллюстрируются варианты узлов 2200, 2300 и 2400 клапанного рычага, которые могут быть использованы в регуляторах по изобретению. Узел 2200 клапанного рычага - это узел с высоким передаточным отношением, который обеспечивает максимальное сопротивление усилиям, создаваемым текучей средой. Он, как правило, используется для управления клапанами, не сбалансированными по давлению. Узел 2300 клапанного рычага обеспечивает несколько меньшее передаточное отношение, чем аналогичный узел 2200 по фиг.22 и, как правило, используется в применениях с высоким контрольным давлением и со сбалансированными по давлению клапанами. Узел 2400 клапанного рычага имеет меньшее передаточное отношение, чем аналогичный узел 2300 по фиг.23; он может быть особенно полезным для управления клапанами, сбалансированными по давлению.
Далее, нижний корпус привода (например корпус 108) имеет множество установочных зон (позиций) для приема штифтов 2202, 2302 и 2402 для установки клапанного рычага. Это позволяет использовать единственный вариант нижнего корпуса, гибко адаптируемый к требованиям различных применений (например рассчитанных на высокие давления, низкие давления или применения со сбалансированными давлениями). Более конкретно, может быть предусмотрено множество прорезей и/или отверстий иной формы для приема штифтов 2202, 2302 и 2402 в зонах, соответствующих установке различных рычагов, дающих различные передаточные отношения, и различных штифтов 2202, 2302 и 2402. Штифты 2202, 2302 и 2402 могут удерживаться в заданном месте (например в прорези или в ином отверстии) с помощью одного или более винтов, обжима сторон или стенок прорезей, отверстий и т.д. или с помощью любых иных подходящих крепежных методов.
Рассмотренные варианты направляющей штока, диафрагменных узлов и узлов клапанного рычага для их использования могут комбинироваться взаимозаменяемым образом с единственным корпусом регулятора или с относительно небольшим набором таких корпусов, чтобы получить серию регуляторов, обладающую высокой модульностью. Более конкретно, взаимозаменяемость перечисленных узлов и компонентов позволяет обеспечить широкий круг применений регуляторов по всему миру (например, реализовать различные эксплуатационные и технические характеристики и другие параметры) с использованием относительно небольшого количества компонентов. В дополнение, взаимозаменяемость перечисленных узлов и компонентов облегчает создание регуляторов с ранее не использовавшимися сочетаниями эксплуатационных и/или технических характеристик.
Фиг.25 иллюстрирует пример сбалансированного по давлению регулятора 2500 текучей среды, который может быть реализован на основе описанных вариантов изобретения.
На фиг.26 представлен пример сбалансированного и нагруженного давлением регулятора 2600 текучей среды, который может быть реализован на основе описанных вариантов изобретения.
На фиг.27 иллюстрируется пример конфигурации 2700 для мониторинга защиты от превышения давления, которая может быть реализована на основе описанных вариантов изобретения.
На фиг.28 иллюстрируется пример быстродействующего предохранительного устройства 2800, которое может использоваться в регуляторах по изобретению.
Хотя выше были описаны конкретные варианты осуществления изобретения, его объем не ограничивается этими вариантами. Напротив, он распространяется на любые устройства и изделия, охватываемые, буквально или с учетом эквивалентов, прилагаемой формулой изобретения.