НАПРАВЛЯЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА КЛАПАНА
GUIDE ELEMENT FOR VALVE ACTUATOR

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение, в общем, относится к узлам клапанов. Более конкретно, настоящее изобретение относится к направляющему элементу исполнительного механизма клапана.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Автоматические регулирующие клапаны, такие как, например, клеточные регулирующие клапаны, часто используются в установках или системах управления технологическими процессами для регулирования расхода технологических текучих сред. Клеточный регулирующий клапан обычно содержит исполнительный механизм (например, пневматический исполнительный механизм, электрический исполнительный механизм, гидравлический исполнительный механизм и т.д.), функционально связанный с первым торцом штока клапана, проходящего в направлении продольной оси. Исполнительный механизм обычно включает в себя корпус исполнительного механизма, содержащий верхний сегмент корпуса исполнительного механизма, нижний сегмент корпуса исполнительного механизма и мембрану, закрепленную между верхним и нижним сегментами корпуса исполнительного механизма. Мембранная пластина размещена под мембраной во внутренней полости нижнего сегмента корпуса исполнительного механизма, и первый торец штока клапана соединен с нижней частью мембранной пластины. При подаче текучей среды, находящейся под давлением, во внутреннюю полость нижнего сегмента корпуса исполнительного механизма и (или) внутреннюю полость верхнего сегмента корпуса исполнительного механизма происходит смещение мембранной пластины. Смещение мембранной пластины вызывает смещение штока клапана в направлении продольной оси, которое, в свою очередь, приводит к смещению плунжера клапана, прикрепленного ко второму торцу штока клапана, в результате чего выполняется открывание и закрывание клапана. Поскольку во внутреннюю полость нижнего сегмента корпуса исполнительного механизма подается текучая среда под давлением, между штоком клапана и нижним сегментом корпуса исполнительного механизма, через который проходит шток клапана, следует обеспечить воздухонепроницаемое уплотнение. Указанное воздухонепроницаемое уплотнение ограничивает или предотвращает смещение штока клапана (и мембранной пластины) относительно корпуса исполнительного механизма в направлении, перпендикулярном продольной оси.
[0003] Обычно для смещения штока клапана в направлении продольной оси текучая среда под давлением подается только в полость верхнего сегмента корпуса исполнительного механизма. Поскольку текучая среда под давлением не подается в полость нижнего сегмента корпуса исполнительного механизма, между штоком клапана и нижним сегментом корпуса исполнительного механизма, через который проходит шток клапана, не требуется предусматривать воздухонепроницаемое уплотнение. В таком случае шток клапана и мембранная пластина могут смещаться в поперечном направлении относительно корпуса исполнительного механизма. Указанное поперечное смещение штока клапана и мембранной пластины относительно корпуса исполнительного механизма может привести к повреждению всех указанных элементов в результате их взаимного соприкосновения. Например, такое соприкосновение может приводить к трению и (или) изгибу мембранной пластины или деформированию мембраны. Данное поперечное смещение может также приводить к нарушению функционирования позиционера, набивки клапана или возникновению других общих проблем работы клапана.
[0004] С целью предотвращения указанного поперечного смещения, в частности, в клапанах, используемых в системах, требующих обеспечения сейсмической устойчивости, таких как ядерные установки, во внутренней полости верхнего сегмента корпуса исполнительного механизма может быть предусмотрена верхняя направляющая, предназначенная для стабилизации штока клапана и мембранной пластины относительно корпуса исполнительного механизма. Однако при использовании указанной верхней направляющей необходимо предусмотреть специальную конструкцию литой мембранной пластины и (или) верхнего сегмента корпуса исполнительного механизма, внести изменения в конструкцию штока клапана, а также использовать втулку и дополнительные уплотнения. Кроме того, наличие верхней направляющей приводит к повышению массы и смещению центра тяжести узла исполнительного механизма, а оба этих фактора в сейсмических средах являются нежелательными.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] В соответствии с одним иллюстративным аспектом настоящего изобретения предлагается узел исполнительного механизма клапана, содержащий верхний сегмент корпуса исполнительного механизма, нижний сегмент корпуса исполнительного механизма, связанный с верхним сегментом корпуса исполнительного механизма, причем нижний сегмент корпуса исполнительного механизма включает в себя отверстие для пружины и мембрану, размещенную между верхним сегментом корпуса исполнительного механизма и нижним сегментом корпуса исполнительного механизма. Мембранная пластина размещена между мембраной и нижним сегментом корпуса исполнительного механизма и включает в себя верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. Выступ для крепления штока направлен вниз от нижней поверхности мембранной пластины, а нижняя поверхность мембраны соприкасается с верхней поверхностью мембранной пластины. Узел исполнительного механизма клапана дополнительно включает в себя кожух пружины, проходящий в направлении продольной оси, причем внутренняя поверхность кожуха пружины ограничивает внутреннюю полость. Кожух пружины дополнительно включает в себя открытый первый торец, соединенный с нижним сегментом корпуса исполнительного механизма вблизи от отверстия для пружины. Шток исполнительного механизма проходит в направлении продольной оси и прикреплен к выступу для крепления штока мембранной пластины, так что смещение мембранной пластины приводит к смещению штока исполнительного механизма в продольном направлении. Шток исполнительного механизма проходит сквозь отверстие для пружины в нижнем сегменте корпуса исполнительного механизма и, по меньшей мере, частично, размещается во внутренней полости кожуха пружины. Узел исполнительного механизма клапана дополнительно включает в себя направляющий элемент, содержащий первый торец и второй торец, а также боковую стенку, проходящую в направлении продольной оси от первого торца до второго торца. Направляющий элемент включает в себя верхнюю стенку, проходящую перпендикулярно продольной оси на первом торце направляющего элемента, причем в верхней стенке предусмотрено центральное отверстие. По меньшей мере, часть боковой стенки, размещенная рядом со вторым торцом направляющего элемента, проходит сквозь отверстие для пружины в нижнем сегменте корпуса исполнительного механизма и располагается во внутренней полости кожуха пружины. Узел исполнительного механизма клапана дополнительно включает в себя пружину, имеющую первый торец и второй торец, причем второй торец пружины фиксирован относительно кожуха пружины, а первый торец пружины прижимается к нижней поверхности верхней стенки направляющего элемента. Пружина прижимает верхнюю стенку направляющего элемента к нижней поверхности мембранной пластины, так что выступ для крепления штока проходит в центральное отверстие верхней стенки направляющего элемента. Наружная поверхность боковой стенки направляющего элемента предназначена для взаимодействия с внутренней поверхностью кожуха пружины с целью ограничения смещения мембранной пластины и штока исполнительного механизма в направлении, перпендикулярном продольной оси.
[0006] В соответствии с дополнительным иллюстративным аспектом настоящего изобретения направляющий элемент, предназначенный для использования в узле исполнительного механизма клапана с целью стабилизации штока исполнительного механизма, включает в себя верхнюю стенку, размещенную на первом торце направляющего элемента в плоскости, перпендикулярной продольной оси. В верхней стенке предусмотрено центральное отверстие, предназначенное для размещения штока исполнительного механизма, в результате чего предотвращается смещение направляющего элемента относительно штока исполнительного механизма в направлении, перпендикулярном продольной оси. Направляющий элемент дополнительно включает в себя боковую стенку, проходящую в направлении продольной оси от верхней стенки на первом торце направляющего элемента до открытого второго торца направляющего элемента. Направляющий элемент имеет наружную поверхность, часть которой взаимодействует с частью внутренней поверхности кожуха пружины с целью ограничения смещения штока исполнительного элемента в направлении, перпендикулярном продольной оси.
[0007] В соответствии со следующим иллюстративным аспектом осуществления настоящего изобретения способ сборки клапана включает этап размещения мембранной пластины в полости, ограниченной верхним сегментом корпуса исполнительного механизма и нижним сегментом корпуса исполнительного механизма. Указанный способ дополнительно включает этап функционального соединения мембранной пластины со штоком клапана, предназначенным для перемещения в направлении продольной оси. Пружина размещается в кожухе пружины, соединенном с нижним сегментом корпуса исполнительного механизма, причем указанная пружина прижимает направляющий элемент к нижней поверхности мембранной пластины. Данный способ дополнительно включает этап ограничения смещения мембранной пластины и штока клапана в направлении, перпендикулярном продольной оси, в результате взаимодействия направляющего элемента и внутренней поверхности кожуха пружины.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0008] Фиг. 1 иллюстрирует вид сбоку в разрезе примера осуществления узла исполнительного механизма клапана.
[0009] Фиг. 2 иллюстрирует вид сбоку в разрезе узла исполнительного механизма в соответствии с настоящим изобретением, установленного на регулирующем клапане.
[0010] Фиг. 3 иллюстрирует вид сбоку в разрезе примера осуществления направляющего элемента.
[0011] Фиг. 4 иллюстрирует частичный вид сбоку в разрезе примера осуществления выступа для крепления штока мембранной пластины, причем для упрощения пружина, шток исполнительного механизма и направляющий элемент не показаны.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0012] Как указано на фиг. 1, узел 10 исполнительного механизма клапана включает в себя верхний сегмент 12 корпуса исполнительного механизма и нижний сегмент 14 корпуса исполнительного механизма, связанный с верхним сегментом 12 корпуса исполнительного механизма, причем нижний сегмент 14 корпуса исполнительного механизма содержит отверстие 16 для пружины. Мембрана 18 размещена между верхним сегментом 12 корпуса исполнительного механизма и нижним сегментом 14 корпуса исполнительного механизма. Узел 10 исполнительного механизма клапана включает в себя мембранную пластину 20, размещенную между мембраной 18 и нижним сегментом 14 корпуса исполнительного механизма, причем мембранная пластина 20 имеет верхнюю поверхность 22 и нижнюю поверхность 24. Нижняя поверхность 26 мембраны 18 прижата к верхней поверхности 22 мембранной пластины 20, и выступ 28 для крепления штока проходит в направлении вниз от нижней поверхности 24 мембранной пластины 20. Узел 10 исполнительного механизма клапана дополнительно включает в себя кожух 30 пружины, проходящий в направлении продольной оси 32. Кожух 30 пружины содержит внутреннюю поверхность 34, ограничивающую внутреннюю полость 36, причем кожух 30 пружины дополнительно включает в себя открытый первый торец 38, при этом открытый первый торец 38 кожуха 30 пружины соединен с нижним сегментом 14 корпуса исполнительного механизма вблизи от отверстия 16 для пружины. Шток 40 исполнительного механизма проходит в направлении продольной оси 32 и прикреплен к выступу 28 для крепления штока мембранной пластины 20, так что смещение мембранной пластины 20 вызывает смещение штока 40 исполнительного механизма в продольном направлении. Шток 40 исполнительного механизма проходит через отверстие 16 для пружины в нижнем сегменте 14 корпуса исполнительного механизма и, по меньшей мере, частично, размещается во внутренней полости 36 кожуха 30 пружины.
[0013] Как указано на фиг. 1 и 3, узел 10 исполнительного механизма клапана дополнительно включает в себя направляющий элемент 42, имеющий первый торец 44 и второй торец 46, причем направляющий элемент 42 содержит боковую стенку 48, проходящую в направлении продольной оси 32 от первого торца 44 до второго торца 46. Направляющий элемент 42 дополнительно включает в себя верхнюю стенку 50, проходящую перпендикулярно продольной оси 32 на первом торце 44 направляющего элемента 42, причем в верхней стенке 50 предусмотрено центральное отверстие 52. По меньшей мере, часть боковой стенки 48, размещенная рядом со вторым торцом 46 направляющего элемента 42, проходит через отверстие 16 для пружины нижнего сегмента 14 исполнительного механизма и во внутреннюю полость 36 кожуха 30 пружины. Как указано на фиг. 1, узел 10 исполнительного механизма клапана дополнительно включает в себя пружину 54, содержащую первый торец 56 и второй торец 58, причем второй торец 58 пружины 54 фиксирован относительно кожуха 30 пружины, а первый торец 56 пружины 54 прижимается к нижней поверхности 60 верхней стенки 50 направляющего элемента 42. Пружина 54 прижимает верхнюю стенку 50 направляющего элемента 42 к нижней поверхности 24 мембранной пластины 20, так что выступ 28 для крепления штока проходит в центральное отверстие 52 верхней стенки 50 направляющего элемента 42.
[0014] В такой конструкции наружная поверхность 62 боковой стенки 48 направляющего элемента 42 предназначена для взаимодействия с внутренней поверхностью 34 кожуха 30 пружины с целью ограничения смещения мембранной пластины 20 и штока 40 исполнительного механизма в направлении, перпендикулярном продольной оси 32. Такое ограничение (или предотвращение) смещения мембранной пластины 20 и штока 40 исполнительного механизма относительно кожуха 30 пружины, верхнего сегмента 12 корпуса исполнительного механизма и (или) нижнего сегмента 14 корпуса исполнительного механизма минимизирует или предотвращает повреждения, связанные с соприкосновением между мембранной пластиной 20, штоком 40 исполнительного механизма, кожухом 30 пружины и (или) верхним и нижним сегментами 12, 14 корпуса исполнительного механизма.
[0015] В общем, узел 10 исполнительного механизма клапана в соответствии с настоящим изобретением может использоваться с любым приемлемым регулирующим клапаном, таким как, например, пробковый клапан с направляющей штока или поворотный клапан. Пример такого регулирующего клапана представлен на фиг. 2, который иллюстрирует клеточный регулирующий клапан 64. Регулирующий клапан 64 может включать в себя корпус 66 клапана, крышку 68, установленную на корпусе 66 клапана, и бугель 70, установленный на крышке 68 и выполняющий функцию опоры для узла 10 исполнительного механизма клапана. Шток 72 клапана размещается в бугеле 70 и узел 74 соединения обеспечивает связь штока 72 клапана со штоком 40 исполнительного механизма, который, в свою очередь, соединен с мембранной пластиной 20. Верхний сегмент корпуса 66 клапана содержит фланец, на котором может быть установлена крышка 11 и через который шток 72 клапана проходит в корпус 10. Корпус 66 клапана образует проходной канал 82, проходящий от входа 76 к выходу 78. При помощи фланцев 80а, 80b корпус 66 клапана может быть присоединен к трубопроводу (не показан) с целью установки проходного канала 82 корпуса клапана в трубопроводе. Элемент 84 регулирования потока текучей среды, такой как запирающий элемент клапана может быть размещен на торце штока 72 клапана, так что смещение мембранной пластины 20 в продольном направлении приводит к соответствующему смещению элемента 84 регулирования потока текучей среды в продольном направлении относительно седла 86 клапана, размещенного в канале 82. Для специалистов в данной области техники очевидно, что когда элемент 84 регулирования потока текучей среды плотно прижимается к седлу 86 клапана, текучая среда не проходит от входа 76 к выходу 78 регулирующего клапана 64; однако при смещении элемента 84 регулирования потока текучей среды в продольном направлении от седла 86 клапана, текучая среда может проходить от входа 76 к выходу 78 регулирующего клапана 64.
[0016] Как указано на фиг. 2, узел 10 исполнительного механизма клапана включает в себя кожух 30 пружины, причем кожух 30 пружины может представлять собой удлиненный цилиндр, проходящий в направлении продольной оси 32 от открытого первого торца 38 кожуха 30 пружины до второго торца 88. Второй торец 88 кожуха 30 пружины может быть соединен с любым приемлемым элементом регулирующего клапана 64. Например, второй торец 88 кожуха 30 пружины может быть соединен (или изготовлен как единое целое) с верхней частью бугеля 70. В альтернативном варианте второй торец 88 кожуха 30 пружины может быть соединен (или изготовлен как единое целое) с любой частью регулирующего клапана 64, которая обеспечивает возможность доступа пользователя к узлу 74 соединения штока 40 исполнительного механизма со штоком 72 клапана. Как указано на фиг. 1, кожух 30 пружины включает в себя внутреннюю поверхность 34, которая ограничивает внутреннюю полость 36. Внутренняя поверхность 34 в поперечном сечении может иметь неизменную форму (в направлении продольной оси 32) от первого торца 38 до второго торца 88 кожуха 30 пружины. Внутренняя поверхность 34 может иметь круговую форму в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32. В то же время, внутренняя поверхность 34 в поперечном сечении может иметь любую приемлемую форму или комбинацию форм, например, представляющую собой овал. Внутренняя поверхность 34 может быть покрыта тефлоном для снижения трения с наружной поверхностью 62 боковой стенки 48 направляющего элемента 42.
[0017] Как указано на фиг. 1, плоская нижняя стенка 90 может быть размещена на втором торце 88 кожуха 30 пружины узла 10 исполнительного механизма клапана или рядом с указанным торцом. Нижняя стенка 90 может включать в себя нижнее отверстие 92, диаметр которого определен цилиндрической боковой стенкой 94, так что ось цилиндрической боковой стенки 94 совпадает с продольной осью 32. На поверхности цилиндрической боковой стенки 94 может быть предусмотрена резьба, причем резьбовая поверхность цилиндрической боковой стенки 94 может быть связана с резьбовой наружной поверхностью 96 втулки 98, расположенной в нижнем отверстии 92. Втулка 98 может быть расположена рядом с узлом 74 соединения, причем втулка 98 может представлять собой отрезок трубки, имеющей цилиндрическую внутреннюю поверхность 100, внутри которой с возможностью перемещения проходит шток 40 исполнительного механизма. Гнездо 102 пружины может быть размещено на первом торце 104 втулки 98. Гнездо 102 пружины включает в себя центральное отверстие 106, ось которого совпадает с продольной осью 32, причем через центральное отверстие 106 с возможностью перемещения проходит шток 40 исполнительного механизма. Гнездо 104 пружины может дополнительно включать в себя плоский фланец 108, расположенный в плоскости, перпендикулярной продольной оси 32, и верхняя поверхность 110 фланца 108 может служить в качестве опоры для второго торца 58 пружины 54. Гнездо 102 пружины может быть соединено с первым торцом 104 втулки 98 любым способом, обеспечивающим возможность смещения втулки 98 в продольном направлении (обусловленного вращением резьбовой наружной поверхности 96 втулки 98 относительно резьбовой поверхности неподвижной цилиндрической боковой стенки 94 нижнего отверстия 92) с целью соответствующего смещения в продольном направлении гнезда 102 пружины. Для специалистов в данной области техники очевидно, что указанное смещение гнезда 102 пружины в продольном направлении обеспечивает регулирование (то есть, увеличение или уменьшение) усилия воздействия пружины 54.
[0018] Как указано на фиг. 1, узел 10 исполнительного механизма клапана дополнительно включает в себя корпус 112 исполнительного механизма, соединенный с первым торцом 38 кожуха 30 пружины, причем корпус 112 исполнительного механизма содержит верхний сегмент 12 корпуса исполнительного механизма и нижний сегмент 14 корпуса исполнительного механизма. Нижний сегмент 14 корпуса исполнительного механизма включает в себя отверстие 16 для пружины, причем отверстие 16 для пружины и внутренняя поверхность 34 кожуха 30 пружины могут иметь одинаковую форму в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32. Например, отверстие 16 для пружины и внутренняя поверхность 34 кожуха 30 пружины могут иметь круговую форму в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32, а диаметр отверстия 16 для пружины может несколько превышать диаметр внутренней поверхности 34 кожуха 30 пружины. Нижний сегмент 14 корпуса исполнительного механизма может быть симметричным (или, по существу, симметричным) относительно продольной оси 32, и в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32, ось отверстия 16 для пружины может совпадать с продольной осью 32. Верхний фланец 114 может размещаться на окружности первого торца 38 кожуха 30 пружины, и множество болтов 116 могут быть вставлены в отверстия, предусмотренные по окружности отверстия 16 для пружины, и соответствующие отверстия, выполненные в верхнем фланце 114 кожуха 30 пружины, для соединения нижнего сегмента 14 корпуса исполнительного механизма с кожухом 30 пружины. В верхней части нижнего сегмента 14 корпуса исполнительного механизма может быть предусмотрен кольцевой фланец 118, а в кольцевом фланце 118 может быть выполнено множество отверстий, расположенных по окружности кольцевого фланца 118. Ось каждого из множества отверстий совпадает с осью соответствующего отверстия, выполненного в кольцевом фланце 120, предусмотренном в нижней части верхнего сегмента 12 корпуса исполнительного механизма. В каждое из множества отверстий кольцевых фланцев 118, 120 устанавливается болт 122а и на каждый болт 122а навинчивается гайка 122b для крепления верхнего сегмента 12 корпуса исполнительного механизма к нижнему сегменту 14 корпуса исполнительного механизма.
[0019] Как указано на фиг. 1, узел 10 исполнительного механизма клапана включает в себя мембрану 18, причем мембрана 18 может быть прикреплена к корпусу 112 исполнительного механизма любым способом, известным в данной области техники. Например, мембрана 18 может быть прикреплена к корпусу 112 исполнительного механизма с использованием усилия прижима между кольцевым фланцем 118 нижнего сегмента 14 корпуса исполнительного механизма и кольцевым фланцем 120 верхнего сегмента 12 корпуса исполнительного механизма. При использовании такого крепления мембрана 18 разделяет внутреннюю полость корпуса 112 исполнительного механизма на камеру 124 регулирующего давления и нижнюю камеру 126, причем камера 124 регулирующего давления образована между верхним сегментом 12 корпуса исполнительного механизма и верхней поверхностью 126 мембраны 18, а нижняя камера 126 - между нижним сегментом 14 корпуса исполнительного механизма и нижней поверхностью 26 мембраны 18. Регулирующее давление подается в камеру 124 регулирующего давления через входной патрубок 130 с целью смещения мембраны 18, таким образом, камера 124 регулирующего давления представляет собой герметичную полость (то есть, камера 124 регулирующего давления не сообщается с атмосферой). Поскольку в нижнюю камеру 126 не подается регулирующее давление, нижняя камера 126 не представляет собой герметичную полость (то есть, нижняя камера 126 сообщается с атмосферой, так что нижняя камера находится в условиях атмосферного давления). Другими словами, соединение между наружной поверхностью 62 боковой стенки 48 направляющего элемента 42 и отверстием 16 для пружины нижнего сегмента 14 корпуса исполнительного механизма или внутренней поверхностью 34 кожуха 30 пружины может не быть герметичным.
[0020] Как указано на фиг. 1, узел 10 исполнительного механизма клапана включает в себя мембранную пластину 20, размещенную между мембраной 18 и нижним сегментом 14 корпуса исполнительного механизма, так что мембранная пластина 20 расположена в нижней камере 126. Мембранная пластина 20 связывает мембрану 18 со штоком 40 исполнительного механизма и обеспечивает наличие жесткой основы для мембраны 18. Мембранная пластина 20 может иметь форму диска, ось которого совпадает с продольной осью 32. Мембранная пластина 20 содержит верхнюю поверхность 22, при этом верхняя поверхность 22 может быть плоской или, по существу, плоской. Нижняя поверхность 26 мембраны 18 может быть прижата к верхней поверхности 22 мембранной пластины 20, так что соответствующее регулирующее давление в камере 124 регулирующего давления может обеспечить смещение мембраны с получением функционального взаимодействия с верхней поверхностью 22 мембранной пластины 20, в результате чего создается усилие, действующее в направлении вниз (то есть, вдоль продольной оси 32 и в направлении второго торца 88 кожуха 30 пружины) на мембранную пластину 20. Нижняя поверхность 24 мембранной пластины 20 может быть смещена в продольном направлении от верхней поверхности 22, а нижняя поверхность 24 может быть плоской или, по существу, плоской. Мембранная пластина 20 может также включать в себя выступ 28 для крепления штока, который проходит в направлении вниз от нижней поверхности 24 мембранной пластины 20. Выступ 28 для крепления штока может иметь любую приемлемую форму или комбинацию форм в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32. Например, выступ 28 для крепления штока может иметь круговое поперечное сечение, и в этом случае наружная поверхность 132 имеет форму цилиндра, ось которого совпадает с продольной осью 32. Диаметр цилиндра, образованного наружной поверхностью 132, может превышать диаметр штока 40 исполнительного механизма и может быть меньше минимального внутреннего диаметра пружины 54 (например, винтовой пружины), как более подробно описано ниже. Вместо кругового поперечного сечения выступ 28 для крепления штока может иметь любую приемлемую форму поперечного сечения. Как указано на фиг. 4, отверстие 134 проходит сквозь выступ 28 для крепления штока и ось отверстия совпадает с продольной осью 32. Отверстие 134 может иметь цилиндрическую выемку 136 вблизи от верхней поверхности 22 мембранной пластины 20, конический участок 138 рядом с торцом 140 выступа 28 для крепления штока и цилиндрический промежуточный участок 142 между выемкой 136 и коническим участком 138.
[0021] Как указано на фиг. 1, узел 10 исполнительного механизма клапана включает в себя шток 40 исполнительного механизма, проходящий в направлении продольной оси 32 и прикрепленный к выступу 28 для крепления штока мембранной пластины 20. Более конкретно, шток 40 исполнительного механизма может представлять собой стержень определенной длины, имеющий первый торец 144 и второй торец 146. Шток 40 исполнительного механизма может иметь круговую форму в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32, так что шток 40 исполнительного механизма имеет цилиндрическую наружную поверхность 148, и ось цилиндра, образованного наружной поверхностью 148, совпадает с продольной осью 32. Шток 40 исполнительного механизма может дополнительно включать в себя глухое отверстие 150, выполненное в первом торце 144 штока 40 исполнительного механизма, и на наружной поверхности 148 на первом торце 144 или вблизи от первого торца штока 40 исполнительного механизма может быть предусмотрен конусообразный верхний участок 152. Глухое отверстие 150 может быть предназначено для установки съемного фиксатора, обеспечивающего крепление мембранной пластины 20 к штоку 40 исполнительного механизма. Например, на внутренней поверхности глухого отверстия 150 может быть предусмотрена резьба, в которую вкручивается фиксатор 154, имеющий резьбовую наружную поверхность, причем резьбовой фиксатор 154 может быть установлен в отверстии 134, выполненном в выступе 28 для крепления штока, с целью обеспечения резьбового соединения с глухим отверстием 150. При использовании такого крепления конический верхний участок 152 штока 40 исполнительного механизма может размещаться вблизи или соприкасаться с коническим участком 138 отверстия 134, проходящего сквозь выступ 28 для крепления штока мембранной пластины 20. Шток 40 исполнительного механизма проходит через отверстие 16 для пружины нижнего сегмента 14 корпуса исполнительного механизма и, по меньшей мере, частично размещаться во внутренней полости 36 кожуха 30 пружины. Как указано ранее, шток 40 исполнительного механизма может с возможностью перемещения проходить через центральное отверстие 106 гнезда 102 пружины и втулку 98. Второй торец 146 штока 40 исполнительного механизма может быть связан с узлом 74 соединения любыми средствами, в том числе с использованием резьбового соединения, указанного на фиг. 1. При использовании такой конструкции смещение мембранной пластины 20 приводит к продольному смещению штока 40 исполнительного механизма, которое вызывает соответствующее смещение элемента 84 регулирования потока текучей среды к седлу 86 клапана или от седла клапана.
[0022] Как указано на фиг. 1 и 3, узел 10 исполнительного механизма клапана включает в себя направляющий элемент 42, при этом направляющий элемент 42 проходит в направлении продольной оси 32 и направляющий элемент 42 содержит первый торец 44 и открытый второй торец 46. Направляющий элемент 42 может иметь чашеобразную форму и включать в себя верхнюю стенку 50, размещенную на первом торце 44 или вблизи от указанного первого торца, и боковую стенку 48, проходящую в направлении вниз от верхней стенки 50. Верхняя стенка 50 может быть плоской или, по существу, плоской, причем верхняя стенка 50 может размещаться в плоскости, перпендикулярной продольной оси 32. В верхней стенке 50 может быть выполнено центральное отверстие 52. Центральное отверстие 52 предназначено для прохождения выступа 28 для крепления штока и, соответственно, форма его поперечного сечения соответствует форме наружной поверхности 132 выступа 28 для крепления штока. Например, если наружная поверхность 132 выступа 28 для крепления штока имеет круговую форму в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32, то центральное отверстие 52 может также иметь круговую форму в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32. В такой конструкции диаметр поперечного сечения наружной поверхности 132 выступа 28 для крепления штока может быть в пределах от 1% до 10% меньше диаметра центрального отверстия 52 верхней стенки 50 направляющего элемента 42. Направляющий элемент 42 может быть симметричным (или, по существу, симметричным) относительно продольной оси 32, и в поперечном сечении, перпендикулярном продольной оси 32, ось центрального отверстия 52 может совпадать с продольной осью 32. В такой конструкции центральное отверстие 52 обеспечивает позиционирование и центрирование направляющего элемента 42 относительно выступа 28 для крепления штока (и штока 40 исполнительного механизма, который может быть размещен соосно с выступом 28 для крепления штока).
[0023] Как указано выше, боковая стенка 48 направляющего элемента 42 проходит в направлении вниз от верхней стенки 50 между первым торцом 44 и вторым торцом 46 в соответствии с конструкцией, представленной на фиг. 1 и 3. Форма наружной поверхности 62 боковой стенки 48 может соответствовать в поперечном сечении (в плоскости, перпендикулярной продольной оси 32) форме внутренней поверхности 34 кожуха 30 пружины, так что, по меньшей мере, часть боковой стенки 48, находящаяся рядом со вторым торцом 48 направляющего элемента 42, может быть размещена в отверстии 16 для пружины нижнего сегмента 14 корпуса исполнительного механизма и во внутренней полости 36 кожуха 30 пружины. Соответственно, если внутренняя поверхность 34 кожуха 30 пружины имеет в поперечном сечении круговую форму, то наружная поверхность 62 боковой стенки 48 также может иметь в поперечном сечении круговую форму, так что боковая стенка 48 также имеет цилиндрическую форму. Диаметр поперечного сечения наружной поверхности 62 цилиндрической боковой стенки 48 направляющего элемента 42 может быть в пределах от 1% до 10% меньше диаметра поперечного сечения внутренней поверхности 34 кожуха 30 пружины. Ось цилиндрической внутренней поверхности 158 боковой стенки 48 может быть смещена относительно оси наружной поверхности 62, и диаметр поперечного сечения внутренней поверхности 62 может превышать максимальный наружный диаметр пружины 54 (например, винтовой пружины). Как более подробно описано ниже, верхняя поверхность 156 верхней стенки 50 направляющего элемента 42 в результате воздействия пружины 54 может быть прижата к нижней поверхности 24 мембранной пластины 20. Длина боковой стенки 48 направляющего элемента 42 в продольном направлении может иметь любую величину, обеспечивающую, по меньшей мере, размещение второго торца 48 направляющего элемента 42 во внутренней полости 36 кожуха 30 пружины, когда мембранная пластина 20 находится в крайнем верхнем первом положении (указанном на фиг. 1). Направляющий элемент 42 может быть выполнен из высокопрочной легированной стали (например, нержавеющей стали), пластика (например, прочного пластика) или любого другого приемлемого материала и изготовлен посредством механической обработки, формования или с использованием любого другого приемлемого процесса (процессов). Направляющий элемент 42 может быть выполнен в виде одной отдельной детали или может быть представлен в форме узла, состоящего из двух или большего числа деталей.
[0024] Как указано на фиг. 1, узел 10 исполнительного механизма клапана может дополнительно включать в себя пружину 54, по меньшей мере, частично размещенную во внутренней полости 36 кожуха 30 пружины. Пружина 54 может иметь удлиненную форму и ось пружины может совпадать с продольной осью 32, так что первый торец 56 пружины 54 находится рядом с выступом 28 для крепления штока и второй торец размещен рядом со вторым торцом 88 кожуха 30 пружины. Более конкретно, верхняя поверхность 110 фланца 108 гнезда 102 пружины может служить в качестве опорной поверхности для второго торца 58 пружины 58, так что второй торец 58 пружины 54 является фиксированным относительно кожуха 30 пружины. Пружина 54 может представлять собой винтовую пружину 54а, и ось винтовой пружины 54а может совпадать с продольной осью 32, так что винтовая пружина 54а окружает, по меньшей мере, часть штока 40 исполнительного механизма и, по меньшей мере, часть выступа 28 для крепления штока проходит сквозь центральное отверстие 52 верхней стенки 50 направляющего элемента 42. Винтовая пружина 54а может иметь максимальный наружный диаметр и минимальный внутренний диаметр. Поскольку диаметр поперечного сечения внутренней поверхности 62 цилиндрической боковой стенки 48 направляющего элемента 42 может превышать максимальный наружный диаметр винтовой пружины 54а и диаметр поперечного сечения наружной поверхности 132 выступа 28 для крепления штока может быть меньше минимального внутреннего диаметра винтовой пружины 54а, первый торец 56 винтовой пружины 54а может быть вставлен в открытый второй торец 46 направляющего элемента 42, так что первый торец 56 винтовой пружины 54а прижимается к нижней поверхности 60 верхней стенки 50 направляющего элемента 42 для смещения верхней поверхности 156 верхней стенки 50 направляющего элемента 42 до соприкосновения с нижней поверхностью 24 мембранной пластины 20.
[0025] В указанной конструкции первый торец 56 пружины 54, который прижимается к нижней поверхности 60 верхней стенки 50 направляющего элемента 42, смещает верхнюю поверхность 22 мембранной пластины 20 в крайнее верхнее первое положение, указанное на фиг. 1. В крайнем верхнем первом положении, по меньшей мере, часть боковой стенки 48, расположенная рядом со вторым торцом 46 направляющего элемента 42, размещается в отверстии 16 для пружины нижнего сегмента 14 корпуса исполнительного механизма и во внутренней полости 36 кожуха 30 пружины. В данном крайнем верхнем первом положении выступ 28 для крепления штока мембранной пластины 20 также проходит сквозь центральное отверстие 52 верхней стенки 50 направляющего элемента 42 для предотвращения (или ограничения) перемещения направляющего элемента 42 относительно мембранной пластины 20 в поперечном направлении (то есть, направлении, перпендикулярном продольной оси 32), обеспечивая, таким образом, жесткую связь между направляющим элементом 42 и мембранной пластиной 20. В такой конструкции направляющий элемент 42 ограничивает смещение мембранной пластины 20, пружины 54 и (или) штока 40 исполнительного механизма в поперечном направлении (то есть, направлении, перпендикулярном продольной оси 32). Более конкретно, в случае воздействия на узел 10 исполнительного механизма усилия (например, обусловленного сейсмическими нагрузками) в поперечном направлении, мембранная пластина 20, пружина 54 и (или) шток 40 исполнительного механизма могут сместиться в поперечном направлении относительно корпуса 112 исполнительного механизма и кожуха 30 пружины. Однако когда мембранная пластина 20, пружина 54 и (или) шток 40 исполнительного механизма начинают смещаться в поперечном направлении относительно корпуса 112 исполнительного механизма и (или) кожуха 30 пружины, наружная поверхность 62 боковой стенки 48 направляющего элемента 42 взаимодействует с внутренней поверхностью 34 кожуха 30 пружины, ограничивая смещение мембранной пластины 20, пружины 54 и (или) штока 40 исполнительного механизма в поперечном направлении.
[0026] При подаче в камеру 124 регулирующего давления через входной патрубок 130 текучей среды под давлением разность давлений, воздействующая на мембрану 18, прижимает нижнюю поверхность 26 мембраны 18 к верхней поверхности 22 мембранной пластины 20, передавая, таким образом, усилие текучей среды под давлением на мембранную пластину 20. Если усилие, направленное вниз, которое воздействует на мембранную пластину 20, превышает усилие воздействия пружины 54, направленное вверх, то мембранная пластина 20 и шток 40 исполнительного механизма смещаются вниз и элемент 84 регулирования потока текучей среды соответственно смещается в направлении седла 86 клапана, размещенного в корпусе 66 клапана. При смещении мембранной пластины 20 и штока 40 исполнительного механизма боковая стенка 48 направляющего элемента 42 перемещается во внутреннюю полость 36 кожуха 30 пружины. В процессе такого перемещения вниз наружная поверхность 62 боковой стенки 48 направляющего элемента 42 непосредственно прилегает к внутренней поверхности 34 кожуха 30 пружины или наружная поверхность 62 (или часть наружной поверхности 62) боковой стенки 48 направляющего элемента 42 скользит по внутренней поверхности 34 кожуха 30 пружины. После отвода или прекращения подачи регулирующей текучей среды в камеру 124 регулирующего давления направленное вверх усилие воздействия пружины 54 на мембранную пластину 20 снова превышает направленное вниз усилие воздействия мембраны 18 на мембранную пластину 20, в результате чего мембранная пластина 20, шток 40 исполнительного механизма и направляющий элемент 42 смещаются вверх, причем наружная поверхность 62 боковой стенки 48 направляющего элемента 42 непосредственно прилегает к внутренней поверхности 34 кожуха 30 пружины или наружная поверхность 62 (или часть наружной поверхности 62) боковой стенки 48 направляющего элемента 42 скользит по внутренней поверхности 34 кожуха 30 пружины.
[0027] Поскольку направляющий элемент 42 может быть установлен на сегменте корпуса 112 исполнительного механизма, не находящемся под давлением, для направляющего элемента 42 не требуется предусматривать герметичное уплотнение с целью стабилизации штока 40 исполнительного механизма. Кроме того, для специалистов в данной области техники очевидно, что направляющий элемент 42 размещен ближе к центру тяжести узла 10 исполнительного механизма, чем известные верхние направляющие, размещенные в камере 124 регулирующего давления, ограниченной верхним сегментом 12 корпуса 112 исполнительного механизма, и, соответственно, направляющий элемент 42 оказывает минимальное воздействие на собственную частоту узла 10 исполнительного механизма. Поскольку в направляющем элементе 42 в качестве направляющих используются существующие поверхности (такие как поверхность выступа 28 для крепления штока мембранной пластины 30 и внутренняя поверхность 34 кожуха 30 пружины), дополнительные детали не требуются и направляющий элемент 42 может быть установлен в существующих узлах исполнительных механизмов.
[0028] Хотя выше были описаны различные примеры осуществления изобретения, настоящее изобретение не ограничивается представленными примерами. В рассмотренные примеры осуществления изобретения могут быть внесены изменения, не выходящие за пределы объема, определенного приложенной формулой изобретения.