СИСТЕМА С УДАЛЕННО УПРАВЛЯЕМЫМ ДАВЛЕНИЕМ КЛАПАНОМ ДЛЯ РЕЗЕРВУАРА
SYSTEM WITH REMOTELY CONTROLLED PRESSURE VALVE FOR RESERVOIR

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0001] В некоторых частях света, где отсутствуют газопроводы, поставка топлива, такого как природный газ, осуществляется грузовым транспортом в резервуарах высокого давления, как показано на Фиг. 1. Для увеличения вместимости грузового прицепа несколько резервуаров большой вместимости объединены с несколькими резервуарами меньшей вместимости в один узел. Система коллектора используется для повышения и сбрасывания давления всех этих соединенных резервуаров посредством общего наполнительного шланга.
[0002] Соединения между резервуарами выполнены таким образом, что при пожаре давление в резервуарах сбрасывается из резервуаров и в окружающую среду. В известном процессе сбрасывания давления существует возможность, что больший резервуар закупорит меньший резервуар вместо сброса давления в окружающую среду. Во избежание подобного в известном уровне техники в некоторых системах используется пневматический привод так, что в случае понижения давления в системе привод закрывает клапан для изоляции большего резервуара от меньшего резервуара. Однако широко используемые пневматические приводы не рассчитаны на эксплуатацию при высоком давлении резервуаров для хранения; таким образом, в систему также должны быть включены регуляторы. Совокупность пневматических приводов и регуляторов давления придает сложности и повышает стоимость известных систем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] В одном аспекте система резервуаров под давлением содержит первый резервуар, второй резервуар, коллектор, первый трубопровод, соединяющий первый резервуар с коллектором, второй трубопровод, соединяющий второй резервуар с коллектором, первый управляемый давлением клапан, функционально соединенный со вторым трубопроводом, третий трубопровод, соединяющий коллектор и первый управляемый давлением клапан, а также четвертый трубопровод, соединяющий первый управляемый давлением клапан со вторым резервуаром. Первый управляемый давлением клапан выполнен с возможностью работы под давлением текучей среды в третьем трубопроводе.
[0004] В другом аспекте раскрыт способ управления потоком текучей среды в системе. Система содержит первый резервуар, второй резервуар, коллектор, первый трубопровод, соединяющий первый резервуар с коллектором, и второй трубопровод, соединяющий второй резервуар с коллектором. Способ содержит этапы, на которых: функционально соединяют первый управляемый давлением клапан в месте соединения между вторым трубопроводом, третьим трубопроводом, соединенным с коллектором, и четвертым трубопроводом, соединенным со вторым резервуаром. Кроме того, способ включает этап, на котором вводят текучую среду в третий трубопровод, где текучая среда находится под определенным уровнем давления текучей среды. Также, способ содержит этап, на котором автоматически открывают первый управляемый давлением клапан с помощью текучей среды, когда уровень давления текучей среды превышают пороговый уровень давления.
[0005] Настоящее изобретение в различных вариантах, либо в форме устройства, либо в форме способа, также может отличаться следующим списком признаков:
1. Система резервуаров под давлением, содержащая:
первый резервуар;
второй резервуар;
коллектор;
первый трубопровод, соединяющий первый резервуар с коллектором;
второй трубопровод, соединяющий второй резервуар с коллектором;
первый управляемый давлением клапан, функционально соединенный со вторым коллектором;
третий трубопровод, соединяющий коллектор и первый управляемый давлением клапан, при этом первый управляемый давлением клапан выполнен с возможностью работы под давлением текучей среды в третьем трубопроводе; и
четвертый трубопровод, соединяющий первый управляемый давлением клапан и второй резервуар.
2. Система по п. 1, в которой объем первого резервуара больше, чем объем второго резервуара.
3. Система по любому из пп. 1-2, дополнительно содержащая второй клапан, функционально соединенный с первым трубопроводом.
4. Система по п. 3, дополнительно содержащая третий клапан, функционально соединенный с пятым трубопроводом между коллектором и окружающей средой за пределами системы.
5. Система по любому из пп. 1-4, дополнительно содержащая источник текучей среды, соединенный с коллектором.
6. Система по любому из пп. 1-5, дополнительно содержащая станцию для хранения текучей среды, соединенную с коллектором.
7. Система по любому из пп. 1-6, в которой первый управляемый давлением клапан выполнен с возможностью двунаправленного потока текучей среды между вторым и четвертым трубопроводом.
8. Система по п. 1-7, в которой первый управляемый давлением клапан открывается, когда уровень давления текучей среды в третьем трубопроводе достигает порогового уровня давления текучей среды.
9. Система по п. 8, в которой пороговый уровень давления находится в диапазоне от около 3600 фунтов/кв. дюйм и до около 4500 фунтов/кв. дюйм.
10. Способ управления потоком текучей среды системы, содержащей первый резервуар, второй резервуар, коллектор, первый трубопровод, соединяющий первый резервуар с коллектором, второй трубопровод, соединяющий второй резервуар с коллектором, причем способ содержит этапы, на которых:
функционального соединяют первый управляемый давлением клапан в месте соединения между вторым трубопроводом, третьим трубопроводом, соединенным с коллектором, и четвертым трубопроводом, соединенным со вторым резервуаром;
вводят текучую среду в третий трубопровод, в котором текучая среда имеет определенный уровень давления; и
автоматически открывают первый управляемый давлением клапан с помощью текучей среды, когда уровень давления текучей среды превышает пороговый уровень давления.
11. Способ по п. 10, дополнительно содержащий этап, на котором автоматически закрывают первый управляемый давлением клапан, когда уровень давления текучей среды опускается ниже порогового уровня давления.
12. Способ по п. 10-11, в котором текучая среда поступает через первый управляемый давлением клапан из второго трубопровода в четвертый трубопровод.
13. Способ по п. 10-12, в котором текучая среда поступает через первый управляемый давлением клапан из четвертого трубопровода во второй трубопровод.
14. Способ по п. 10-13, в котором пороговый уровень давления находится в диапазоне от около 3600 фунтов/кв. дюйм и до около 4500 фунтов/кв. дюйм.
15. Способ по п. 10-14, в котором первый управляемый давлением клапан открывают автоматически, когда:
уровень давления текучей среды в третьем трубопроводе больше в или равно около 0,6 раз уровня давления текучей среды во втором трубопроводе; и
уровень давления текучей среды в третьем трубопроводе больше в или равно около 0,6 раз уровня давления текучей среды в четвертом трубопроводе.
16. Способ по п. 10-15, дополнительно содержащий этап, на котором присоединяют второй клапан к первому трубопроводу.
17. Способ по п. 16, дополнительно содержащий этап, на котором используют третий клапан, функционально соединенный с пятым трубопроводом между коллектором и окружающей средой за пределами системы.
18. Способ по п. 17, дополнительно содержащий этап, на котором соединяют источник текучей среды с коллектором.
19. Способ по п. 17-18, дополнительно содержащий этап, на котором соединяют станцию для хранения текучей среды с коллектором.
[0006] Эта сущность изобретения обеспечена для введения понятий в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Данный раздел не предназначен для определения ключевых признаков или существенных признаков раскрытого или заявленного объекта изобретения и не предназначен для описания каждого раскрытого варианта выполнения или каждого осуществления раскрытого или заявленного объекта изобретения. В частности, признаки, раскрытые здесь в отношении одного варианта выполнения, могут быть в равной степени применимы к другим вариантам выполнения. Кроме того, эта сущность изобретения не предназначена для использования в качестве содействия в определении объема охраны заявленного объекта изобретения. Многие другие новые преимущества, признаки и соотношения станут очевидными при ознакомлении с описанием. Нижеследующие чертежи и описание более конкретно раскрывают иллюстративные варианты выполнения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0007] Раскрытое изобретение будет дополнительно объяснено со ссылкой на приложенные чертежи, на которых одинаковые элементы конструкции или системы обозначены одинаковыми ссылочными позициями на разных видах.
[0008] Фиг. 1 показывает вид сбоку в перспективе известного полуприцепа с множеством емкостей под давлением.
[0009] Фиг. 2 показывает блок-схему примерной раскрытой системы, использующей удаленно управляемый давлением клапан.
[0010] Фиг. 3 показывает вид в перспективе примерного варианта выполнения удаленно управляемого давлением клапана для резервуара системы, показанной на Фиг. 2.
[0011] Хотя на вышеописанных фигурах показано один или более вариантов выполнения раскрытого изобретения, также предусмотрены другие варианты выполнения, изложенные в описании. Во всех случаях это описание представляет раскрытое изобретение путем иллюстрации, а не ограничения. Следует понимать, что специалистами в данной области техники может быть разработано множество других модификаций и вариантов выполнения, которые находятся в пределах объема и сущности принципов настоящего объекта изобретения.
[0012] Фигуры могут быть изображены не в масштабе. В частности, некоторые элементы могут быть увеличены по сравнению с другими элементами в целях наглядности. Кроме того, при использовании выражений, таких как ʺвышеʺ, ʺнижеʺ, ʺнадʺ, ʺподʺ, ʺверхнийʺ, нижнийʺ, ʺбоковойʺ, ʺправыйʺ, ʺлевыйʺ и т.д., следует понимать, что они используются только для облегчения понимания описания. Предполагается, что конструкции могут быть ориентированы иным образом.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0013] Это раскрытие описывает систему, включающую в себя удаленно управляемый переключатель или клапан, который при снижении давления в системе приводится в действие для изоляции резервуара от остальных резервуаров, например, когда воспламенение запускает процесс продувки. Другие применения раскрытой системы включают в себя применения во время заполнения или опустошения резервуара или ряда резервуаров.
[0014] На Фиг. 2 показана блок-схема системы 10 резервуаров под давлением, в которой резервуар 12 имеет больший объем, чем резервуар 14. Клапан 16, клапан 18 и клапан 20 управляются оператором, например, вручную или с помощью компьютера. Управляемый давлением клапан 22 автоматически открывается и закрывается под давлением в линии 24. Поскольку управляемый давлением клапан 22 не открывается и закрывается непосредственно, например, оператором или управляемым компьютером приводом, устройство иногда называют ʺудаленно-управляемым.ʺ Поскольку оператору не нужно непосредственно открывать и закрывать управляемый давлением клапан 22, описанный метод снижает объем ручного управления в труднодоступных местах и уменьшает вероятность появления ошибок, связанных с человеческим фактором.
[0015] В данном раскрытии используется термин «газ», что, в общем, относится к текучей среде в газообразном состоянии, находящейся под давлением. Однако следует понимать, что в системе 10 могут также храниться иные текучие среды. Более того, в настоящем раскрытии используется термин «резервуар», что, в общем, относится к емкостям высокого давления, например, композитной емкости высокого давления, изготовленной намоткой нити. Сведения, имеющие отношение к формированию примерных емкостей 12, 14 под давлением описаны в патенте США №4,838,971, «Filament Winding Process and Apparatus», который включен здесь путем ссылки. Однако следует понимать, что другие контейнеры также могут быть использованы.
[0016] В примерном способе заполнения резервуаров 12 и 14, трубопровод 26 соединяет коллектор 28 с источником газа (показан как источник/станция 44). Вручную или иным способом, клапан 18 закрывают для окружающей среды, а клапаны 16, 20 и 46 открывают. Текучая среда под давлением из источника 44 газа поступает через коллектор 28 и открытый клапан 16, через трубопровод или линию 30 и через открытый клапан 20 для заполнения резервуара 12. Кроме того, текучая среда под давлением поступает из источника 44 газа через коллектор 28 и трубопроводы или линии 24 и 32 до управляемого давлением клапана 22, который изначально закрыт. Трубопровод или линия 24 представляет собой выделенную линию для эксплуатации (например, открытия и закрытия) управляемого давлением клапана 22 под давлением текучей среды в линии 24; линия 24 соединяет коллектор 28 и управляемый давлением клапан 22. В то же время, трубопровод или линия 32 является линией для заполнения и опустошения резервуара 14 с помощью коллектора 28.
[0017] При достаточном давлении в линии 24 у управляемого давлением клапана 22 давление в линии 24 открывает управляемый давлением клапан 22 так, что далее поток через линию 32 может заполнять резервуар. После заполнения резервуаров 12 и 14 оператор закрывает клапан 20 резервуара 12. Оператор открывает клапан 18 - на трубопроводе или линии 48, соединяющей коллектор 28 и окружающую среду за пределами системы 10 - в сообщение с окружающей средой. Открытый клапан 18 приводит к понижению давления в линиях 24, 30 и 32 потока. Из-за снижения давления в линии 24 давление в линии 24 падает до уровня, недостаточного для поддержания управляемого давлением клапана 22 открытым, и таким образом, управляемый давлением клапан 22 резервуара 14 закрывается. При закрытых клапане 20 и управляемом давлением клапане 22 резервуары 12 и 14 остаются заполненными. Затем трубопровод 26 может быть отсоединен от источника 44 газа.
[0018] Для сброса давления и опустошения резервуаров 12 и 14 трубопровод 26 в одном исполнении находится между коллектором 28 и станцией (показана как источник газа/станция 44), которая будет хранить газ для последующего использования. В примерном способе клапан 46 станции откачивания топлива вдоль трубопровода 26 между коллектором 28 и станцией 44 изначально закрыт. Оператор закрывает клапан 18 для сообщения с окружающей средой и открывает клапаны 16 и 20, позволяя газу в линии 30 поступать из резервуара 12 под высоким давлением и через коллектор 28 для повышения давления в линиях 24 и 32. Давление в линии 24 открывает управляемый давлением клапан 22 - в случае, если давление в резервуаре 12 выше давления в резервуаре 14 (и при соблюдении прочих условий для открытия управляемого давлением клапана 22) - тем самым позволяя газу из резервуара 12 поступать в резервуар 14 через линию 32. Этот поток останавливается при достижении равновесия давления в резервуарах 12 и 14. При открытии клапана 46 станции откачивания топлива в трубопроводе 26 давление снижается в обоих резервуарах 12 и 14, тем самым газ попадает в станцию 44 для хранения газа.
[0019] В случае пожара при заполненных резервуарах 12 и 14 пользователь может вручную открыть клапаны 16, 18 и 20 или автоматически открыть клапаны 16, 18 и 20 с помощью датчика, например, чтобы вызывать удаление содержимого резервуара 12 и сброса давления в линиях 24, 30 и 32. Сброс давления в линии 24 заставляет управляемый давлением клапан 22 автоматически закрываться при давлении в линии 24, недостаточном для поддержания управляемого давлением клапана 22 открытым. Это автоматическое закрытие управляемого давлением клапана 22 в связи с этим изолирует меньший резервуар 14 от большего резервуара 12, тем самым предотвращая обратный поток газа под давлением из резервуара 12 в резервуар 14. При наличии нежелательного количества газа в резервуаре 14, резервуар 14 может быть опустошен через втулку 34 в операции сепарации.
[0020] В узле множества резервуаров, как показано на Фиг. 1, газопроводы для некоторых из резервуаров могут быть труднодоступны для открытия и закрытия клапанов. Таким образом, наличие управляемого давлением клапана 22, полностью управляемого потоком газа через специальную линию 24 давления для срабатывания клапана, позволяет автоматически открывать и закрывать управляемый давлением клапан 22 в ответ на давление потока газа в линии 24. Как показано на Фиг. 3, такой управляемый давлением клапан 22 может использовать смещающий элемент (например, пружина), который реагирует на давление в линии 24 для открытия или закрытия отверстия 36 в клапане 22 для линии 32. Подходящий управляемый давлением клапан 22 выпускается в виде ¾ дюймового реверсивного клапана с пневматическим приводом компанией Clark Cooper, подразделением Magnatrol Valve Corp., находящемся в Роблинг, штат Нью-Джерси.
[0021] В примерном варианте выполнения управляемый давлением клапан 22 настроен на открытие и закрытие отверстия 36 при требуемом значении давления или диапазоне значений давления потока газа в линии 24 в соответствии с вышеописанными способами заполнения и опустошения резервуаров. Этот уровень давления и диапазон может быть больше, чем давления, предоставляемые традиционными пневматическими приводами. Например, традиционные пневматические приводы в общем функционируют при до около 500 фунтов/кв. дюйм. Таким образом, пневматические приводы в общем используются со сложными, громоздкими и дорогостоящими регуляторами давления, которые уменьшают давления в линии до низкого диапазона, который может использоваться с традиционным пневматическим приводом. В то же время управляемый давлением клапан 22 может быть механическим устройством с возможностью поддержания типовых уровней давления в системе 10, например, до 5000 фунтов/кв. дюйм для хранения сжатого природного газа. Кроме того, клапан 22 может функционировать при температуре в диапазоне между около -45 градусов С (по Цельсию) и около 82 градусов С (по Цельсию), что, например, подходит для хранения сжатого природного газа. Тогда как примерные значения представлены для сжатого природного газа, система 10 также рассчитана на хранение иных текучих сред, включая, например, наводороженный газ. Для хранения наводороженного газа управляемый давлением клапан 22 выполнен или выбран с возможностью выдерживать уровень давления, например, до 22000 фунтов/кв. дюйм, и температуры от около -45 градусов С (по Цельсию) и около 82 градусов С (по Цельсию). Предполагается, что иные рабочие диапазоны давлений и температуры могут быть пригодны для иных текучих сред, таких как, например, гелий, азот, неон или аргон.
32
24
38
12
14
12
32
14
38
24
T
T
T
32
38
32
38
32
38
T
24
38
24
32
24
T
24
38
24
32
[0022] Фиг. 3 показывает вид клапана 22, выполненного с возможностью соединения с системой 10 в месте соединения линии 32, линии 24 и линии 38 (соединяющих по текучей среде клапан 22 и резервуар 14 с коллектором 28 и окружающей средой). Линия 32 соединена с отверстием 40 клапана 22. Линия 38 соединена с отверстием 42 клапана 22. Давление текучей среды в линии 32 здесь обозначается как P. Давление текучей среды в линии 24 здесь и далее по тексту обозначается как P. Давление текучей среды в линии 38 здесь обозначается как P. Давление текучей среды в резервуаре 12 здесь обозначается P. Давление текучей среды в резервуаре 14 здесь обозначается P. Во многих случаях, P=P и P=P. В примерном варианте выполнения клапан 22 обеспечивает двухнаправленное сообщение между отверстием 36 и отверстием 42, осуществляя поток текучей среды от линии 32 до линии 38 и наоборот. В примерном варианте выполнения клапан 2 обычно закрыт. При достижении P порогового уровня давления (P), клапан 22 открывается, обеспечивая поток между линиями 32 и 38. В примерном варианте выполнения значение P, например, находится между около 100 фунтов/кв. дюйм и около 4500 фунтов/кв. дюйм. Более того, значение P может находиться в диапазоне от около 3600 фунтов/кв. дюйм МПа  и до около 4500 фунтов/кв. дюйм. Направление потока будет определяться посредством P и P. Если P>P, то текучая среда будет проходить через клапан 22 из линии 32 в линию 38. В свою очередь, если P<P, то текучая среда будет проходить через клапан 22 из линии 38 в линию 32. В примерном варианте выполнения P устанавливается таким образом, что клапан 22 открывается, если P≥0,6P и P≥0,6P. В примерном варианте выполнения управляемый давлением клапан 22 автоматически закрывается, если P опускается ниже P. В примерном варианте выполнения клапан 22 остается закрытым при P≤0,35P; более того, клапан 22 остается закрытыми при P≤0,45P. Наряду с описанием примерных коэффициентов 0,35, 0,45 и 0,60, следует понимать, что другие коэффициенты также могут быть пригодны; значения коэффициентов могут изменяться ввиду изменения конфигурации внутренних структур клапана. Эти количественные зависимости представляют ʺзапаздываниеʺ или ʺмертвую зонуʺ в клапане - диапазоны давлений на схеме при неоднозначном поведении клапана. Эти диапазоны могут возникать по причине различных факторов, например, включающих силу упругости и силу трения.
[0023] Хотя объект этого раскрытия описан со ссылкой на несколько вариантов выполнения, специалисту в области техники будет понятно, что в форму и содержание могут быть внесены изменения без отклонения от объема охраны изобретения. В дополнение любой признак, раскрытый в отношении одного варианта выполнения, может быть включен в другой вариант выполнения и наоборот. Например, при демонстрации особого варианта выполнения раскрытой системы предполагается, что один из клапанов 16 и 20 может быть исключен при особом осуществлении раскрытой системы таким образом, что один клапан управляет сообщением по текучей среде между резервуаром 12 и коллектором 28. Кроме того, в других вариантах выполнения подразумевается, что могут быть добавлены дополнительные клапаны, например, для добавления большего количества точек управления в системе 10.