РЕГУЛЯТОР ДЛЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ И ДРОССЕЛИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ТАКОГО РЕГУЛЯТОРА
FLUID MEDIUM CONTROLLER AND THROTTLE ELEMENT FOR THIS CONTROLLER

По данной заявке испрашивается приоритет согласно предварительной заявке США номер 60/912, 601, поданной 18 апреля 2007, которая посредством ссылки включена в данный документ в полном объеме.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в целом, к регуляторам для текучей среды и, в частности, к двухсоставному дросселирующему элементу для такого регулятора.
Уровень техники
В системах управления технологическими процессами используются различные полевые устройства для управления параметрами технологического процесса. Клапаны и регуляторы для текучей среды широко распространены во всех системах управления технологическими процессами для регулирования расхода и/или давления различных текучих сред (например, жидкостей, газов и т.п.). В частности, регуляторы для текучей среды обычно используются для регулирования давления текучей среды по существу на постоянном уровне. Более конкретно, регулятор для текучей среды имеет впускное отверстие, которое обычно принимает подводимую текучую среду при относительно большом давлении и обеспечивает относительно меньшее и по существу постоянное давление в выпускном отверстии. Например, регулятор газа, связанный с каким-либо оборудованием (например, бойлером), может принимать газ, имеющий относительно высокое и в некоторой степени переменное давление, от газораспределительного источника и может обеспечить более низкое, по существу постоянное давление, пригодное для безопасного и эффективного использования оборудованием.
Регуляторы для текучей среды обычно регулируют расход и давление текучей среды с помощью диафрагмы, имеющей заданное усилие или усилие давления в системе регулирования, приложенное к одной из ее сторон с помощью поджимной пружины. Диафрагма также соединена непосредственно или через рычажный механизм (например, рычаг) с пробкой клапана, которая перемещается относительно отверстия кольца седла, которое проточно соединяет впускное отверстие регулятора с его выпускным отверстием. Диафрагма перемещает пробку при разнице давлений в выпускном отверстии и заданном давлении или давлении в системе регулирования для изменения сужения потока, обеспечиваемого пробкой для получения по существу постоянного давления в выпускном отверстии, которое обеспечивает уравновешивающее усилие на другую сторону диафрагмы, равное или пропорциональное заданному давлению или давлению в системе регулирования.
В дополнение к кольцу седла, многие регуляторы для текучей среды имеют дросселирующий элемент, включающий обойму, которая вставляется на пути потока между впускным и выпускным отверстиями регулятора для текучей среды для обеспечения определенных характеристик расхода текучей среды. Например, некоторые обоймы могут быть предназначены для обеспечения извилистого или других типов пути потока для уменьшения шума от потока. Такие уменьшающие шум обоймы, широко известные как звукоизоляционный дросселирующий элемент, могут быть, в частности, полезны при расположении регулятора в непосредственной близости от людей (например, жителей дома или другого здания). Другие конструкции дросселирующих элементов для регуляторов имеют обоймы, которые обеспечивают определенный расход текучей среды или регулировочные характеристики для нужд конкретной системы регулирования. Например, обоймы могут быть выполнены с возможностью обеспечения конкретной, требуемой характеристики зависимости расхода от падения давления. Кроме того, конструкции дросселирующих элементов регуляторов могут обеспечивать разные типы седел или колец седел. Например, размер отверстия может изменяться для обеспечения более узкого седла (то есть седла, которое обеспечивает относительное более высокое падение давления при данном расходе текучей среды) или менее узкого седла (то есть седла, которое обеспечивает относительно меньшее падение давления при данном расходе).
Однако известный дросселирующий элемент регулятора, содержащий обойму, обычно имеет обойму и кольцо седла, выполненные как цельная или односоставная конструкция. Такая цельная или односоставная конструкция дросселирующего элемента исключает возможность накладывания допусков, что может произойти при использовании множества элементов. В частности, выравнивание обоймы и/или кольца седла с корпусом регулятора может быть ухудшено из-за совокупности допусков множества отдельных дросселирующих элементов. Кроме того, такой известный цельный или односоставной дросселирующий элемент обеспечивает использование регулятора в определенных вертикальных компоновках (в которых, например, крышка расположена вертикально и направлена вниз). В таких вертикальных компоновках при необходимости проведения технического обслуживания дросселирующего элемента регулятора (например, замены), установка запасного дросселирующего элемента была бы очень сложной, если вообще возможной, если бы дросселирующий элемент не был цельным или односоставным. В частности, установка (например, накладывание) множества дросселирующих элементов, скорее всего, привела бы к выпадению первого установленного элемента из требуемого положения установки и/или корпуса регулятора (то есть выпадению вниз) при установке второго элемента поверх первого элемента.
Еще одна известная конструкция дросселирующего элемента регулятора содержит только кольцо седла (то есть кольцо седла без встроенной обоймы), которое удерживается на месте в регуляторе с помощью стержней. Одна из таких известных конструкций используется в регуляторах EZH и EZL, производимых компанией Fisher Controls International LLC.
Раскрытие изобретения
В одном описанном примере регулятор для текучей среды содержит корпус регулятора, кольцо седла, расположенное в указанном корпусе и ограничивающее отверстие для текучей среды, и обойму, соединенную разъемным образом с кольцом седла. Именно, предложен регулятор для текучей среды, содержащий корпус регулятора; первое кольцо седла для обеспечения первой характеристики расхода, расположенное в корпусе и ограничивающее отверстие для текучей среды; первую обойму для обеспечения второй характеристики расхода, соединенную разъемным образом с первым кольцом седла; пробку клапана, выполненную с возможностью перемещения к отверстию для текучей среды для герметичного вхождения в контакт с первым кольцом седла; причем первое кольцо седла дополнительно содержит уплотнительную поверхность, смежную с отверстием для текучей среды, для герметичного вхождения в контакт с пробкой клапана; первую кромку, которая принимает первую обойму и выравнивает первую обойму с корпусом регулятора; вторую кромку между первой кромкой и уплотнительной поверхностью; и периферическую стенку, при этом первая и вторая кромки отстоят друг от друга вдоль продольной оси первого кольца седла путем выполнения периферической стенки.
В альтернативном варианте осуществления изобретения первое кольцо седла регулятора выполнено с возможностью замены вторым кольцом седла для обеспечения третьей характеристики расхода, отличной от первой характеристики расхода, а первая обойма выполнена с возможностью замены второй обоймой для обеспечения четвертой характеристики расхода текучей среды, отличной от второй характеристики расхода, причем первая обойма может быть соединена разъемным образом со вторым кольцом седла, а первое кольцо седла может быть соединено разъемным образом со второй обоймой.
В другом описанном примере устройство для использования с регулятором для текучей среды имеет обойму для регулирования расхода текучей среды через регулятор и кольцо седла, предназначенное для установки в регуляторе газа и ограничивающее отверстие для текучей среды. Кольцо седла включает первую кромку, предназначенную для соединения разъемным образом кольца седла с обоймой, и вторую кромку между первой кромкой и уплотнительной поверхностью кольца седла, смежную с отверстием для текучей среды. Именно, предложен дросселирующий элемент для использования с регулятором для текучей среды, содержащий первую обойму для регулирования расхода текучей среды через регулятор, причем обойма имеет торец; и первое кольцо седла, предназначенное для установки в регуляторе и ограничения отверстия для текучей среды, причем первое кольцо седла включает первую кромку, предназначенную для приема торца первой обоймы и выравнивания первой обоймы с отверстием для текучей среды, уплотнительную поверхность, смежную с отверстием для текучей среды, вторую кромку между первой кромкой и уплотнительной поверхностью и периферическую стенку, при этом первая и вторая кромки отстоят друг от друга вдоль продольной оси первого кольца седла путем выполнения периферической стенки.
В другом описанном примере устройство включает множество разных обойм для использования с регулятором для текучей среды и множество разных колец седел для использования с указанным регулятором. Каждая обойма предназначена для соединения разъемным образом с каждым кольцом седла. Именно, предложен дросселирующий элемент для регулятора, содержащий множество разных обойм для использования с регулятором для текучей среды, причем каждая обойма имеет торец и внутреннюю стенку; и множество разных колец седел для использования с регулятором для текучей среды, причем каждая обойма выполнена с возможностью соединения разъемным образом с каждым кольцом седла, причем каждое кольцо седла содержит отверстие для текучей среды; уплотнительную поверхность, смежную с отверстием для текучей среды, для герметичного вхождения в контакт с пробкой клапана; первую кромку, которая принимает торец любой обоймы и выравнивает обойму с отверстием для текучей среды; вторую кромку между первой кромкой и уплотнительной поверхностью; и периферическую стенку, при этом первая и вторая кромки отстоят друг от друга вдоль продольной оси первого кольца седла путем выполнения периферической стенки, причем периферическая стенка обеспечивает выравнивание и соединение разъемным образом обоймы с кольцом седла.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой поперечный разрез известного регулятора для текучей среды.
Фиг.1А представляет собой увеличенный местный вид поперечного разреза известного регулятора для текучей среды, показанного на фиг.1.
Фиг.2 представляет собой пример двухсоставного дросселирующего элемента в сборе для указанного регулятора.
Фиг.3 представляет собой увеличенный вид поперечного разреза примера двухсоставного дросселирующего элемента в сборе, показанного на фиг.2.
Фиг.4 представляет собой увеличенный вид поперечного разреза примера кольца седла, показанного на фиг.3.
Фиг.5 представляет собой увеличенный вид поперечного разреза регулятора для текучей среды, содержащего пример описанного здесь двухсоставного дросселирующего элемента.
Фиг.5А представляет собой увеличенный местный вид поперечного разреза известного регулятора для текучей среды, показанного на фиг. 5.
Фиг.6 представляет собой пример звукоизоляционной обоймы, которая может быть использована для реализации описанного здесь примера двухсоставного дросселирующего элемента.
Фиг.7 представляет собой пример фасонной обоймы, которая может быть использована для реализации описанного здесь примера двухсоставного дросселирующего элемента.
Фиг.8 представляет собой пример регулировочного седла, которое может быть использовано для реализации описанного здесь примера двухсоставного дросселирующего элемента.
Фиг.9 представляет собой пример сеточного седла, которое может быть использовано для реализации описанного здесь примера двухсоставного дросселирующего элемента.
Осуществление изобретения
Пример описанного дросселирующего элемента регулятора для текучей среды представляет собой двухсоставную конструкцию дросселирующего элемента регулятора, обеспечивающую взаимозаменяемость различных типов колец седла и обойм. Благодаря взаимозаменяемости, обеспечиваемой указанным двухсоставным дросселирующим элементом, необходимо меньшее общее количество элементов для получения большего количества разных конструкций дросселирующих элементов регуляторов для текучей среды. Другими словами, указанный дросселирующий элемент регулятора для текучей среды позволяет отказаться от изготовления и обеспечения всех возможных комбинаций конструкций седла и обоймы, что обычно требуется для известных цельных или односоставных конструкций дросселирующего элемента. Вместо этого, необходимо изготовить и заготовить взаимозаменяемые кольцо седла и обойму, множество различных комбинаций которых может быть использовано для конкретных целей.
Пример указанного двухсоставного дросселирующего элемента регулятора для текучей среды включает обойму и кольцо седла, которые могут быть соединены вместе с возможностью разъединения. Для облегчения точного выравнивания обоймы и кольца седла описанные здесь примеры колец седла включают ступенчатый профиль, имеющий первую или внешнюю кромку для приема обоймы. Пример колец седла включает вторую или внутреннюю кромку между первой кромкой и уплотнительной поверхностью, смежную с отверстием кольца седла. Вторая кромка расположена на другой высоте по сравнению с первой кромкой и, таким образом, образует периферическую ступеньку или стенку на кольцах седла, которая облегчает точное выравнивание обойм и колец седла. Другими словами, ступенчатая конструкция указанного примера кольца седла по существу сводит к минимуму или исключает неблагоприятное влияние допусков этих отдельных элементов (например, в результате накладывания допусков) на работу регулятора для текучей среды.
Кроме того, указанные кольца седла и обоймы могут быть соединены разъемным образом, чтобы облегчить техническое обслуживание в условиях эксплуатации (например, замену, ремонт и т.д.) дросселирующего элемента регулятора, в частности, в вертикальных компоновках (например, если крышка клапана или корпус исполнительного механизма направлены вниз). Более конкретно, кольца седла и обоймы могут быть соединены разъемным образом (например, прижаты друг к другу с возможностью разъединения) с помощью смазки (например, нанесенной на первую кромку), посадки с натягом, резьбы и т.п. для предотвращения отделения и выпадения обоймы и кольца седла регулятора при замене или ремонте.
Перед подробным описанием примера двухсоставного дросселирующего элемента ниже приведено краткое описание известного регулятора 100 для текучей среды, показанного на фиг.1 и 1 А. Как показано на фиг.1 и 1 А, регулятор 100 для текучей среды включает исполнительный механизм 102, функционально соединенный с клапаном 104. Исполнительный механизм 102 включает верхний корпус 106 исполнительного механизма и нижний корпус 108 исполнительного механизма. Корпуса 106 и 108 исполнительного механизма содержат пластины 110 и 112 диафрагмы, которые удерживают диафрагму 114 в функциональном контакте со штоком 116 клапана. Диафрагма 114 также расположена между корпусом 106 и 108, как показано на фиг.1.
Нижний корпус 108 исполнительного механизма прикреплен к корпусу 118 клапана, имеющего впускное отверстие 120 и выпускное отверстие 122. Кольцо 124 седла установлено в корпусе 118 клапана и ограничивает отверстие 126, через которое текучая среда может проходить от впускного отверстия 120 к выпускному отверстию 122. Пробка 128 клапана, прикрепленная к торцу штока 116, включает уплотнительное кольцо 130, которое может быть выполнено из эластомерного материала для герметичного вхождения в контакт с уплотнительной поверхностью 132 кольца 124 седла при перемещении штока 116 и пробки 128 к отверстию 126. Как известно, перемещение пробки 128 клапана и, соответственно, уплотнительного кольца 130 к отверстию 126 (например, по направлению к или для вхождения в контакт с уплотнительной поверхностью 132) или от отверстия 126 (например, по направлению от или для выхода из контакта с уплотнительной поверхностью 132) обеспечивается разницей давлений диафрагмы 114, которая пропорциональна разнице между фактическим давлением в выпускном отверстии 122 и требуемым давлением в выпускном отверстии 122.
Распорки или стержни 134 соединены с нижним корпусом 108 исполнительного механизма и, как лучше всего видно на фиг.1А, торец 136 стержня 134 входит в контакт с кромкой 138 кольца седла 124 для удержания кольца 124 седла в положении внутри корпуса клапана 118 таким образом, чтобы кольцевое уплотнение 140 смещалось достаточно для обеспечения уплотнения между кольцом 124 седла и корпусом 118 клапана. На фиг.1 и 1А не показано, но для удержания кольца 124 седла в надежном контакте с корпусом 118 клапана и обеспечения по существу равномерного уплотнительного усилия, приложенного к кольцевому уплотнению 140, по окружности кольца 124 седла на расстоянии может быть расположено множество стержней 134.
На фиг.2 показан пример двухсоставного дросселирующего элемента 200 в сборе для использования в регуляторах для текучей среды. Двухсоставный дросселирующий элемент 200 в сборе включает обойму 202 и кольцо 204 седла. Как подробно описано ниже, в отличие от известных цельных конструкций дросселирующих элементов регулятора, обойма 202 может быть соединена с кольцом 204 седла разъемным образом для облегчения взаимозаменяемости обойм и колец седла и, следовательно, разных комбинаций обойм и колец седла. Например, любую из описанных здесь обойм, таких как обоймы 202, 600 (фиг.6) и 700 (фиг.7) можно скомбинировать с любым из описанных здесь колец седла, таких как кольца 204, 800 (фиг.8) и 900 (фиг.9) для обеспечения требуемого расхода и/или других рабочих характеристик регулятора для текучей среды. Кроме того, так как указанные обоймы и кольца седла могут быть соединены с возможностью разъединения, техническое обслуживание этих элементов в условиях эксплуатации (например, для изменения расхода или других рабочих характеристик регулятора для текучей среды, ремонта одного или нескольких из этих элементов и т.п.) упрощается, в частности, в вертикальных компоновках, в которых множество дросселирующих элементов накладываются друг на друга и выпадают из регулятора для текучей среды при выполнении технического обслуживания.
Фиг.3 представляет собой увеличенный вид поперечного разреза примера двухсоставного дросселирующего элемента 200 в сборе, показанного на фиг.2, а фиг.4 представляет собой увеличенный вид поперечного разреза примера кольца 204 седла, показанного на фиг.2 и 3. Кольцо 204 седла ограничивает отверстие 300, через которое текучая среда может проходить от впускного отверстия регулятора к выпускному отверстию регулятора. Кольцо 204 седла включает первую кромку 302, предназначенную для приема торца 304 обоймы 202 и выравнивания обоймы 202 с отверстием 300 и корпусом регулятора (например, как показано на фиг.5). Кольцо 204 седла включает вторую кромку 306 между первой кромкой 302 и уплотнительной поверхностью 308 кольца 204 седла, смежную с отверстием 300 для текучей среды. Первая и вторая кромки 302 и 306 отстоят друг от друга вдоль продольной оси 310 кольца 204 седла. Более конкретно, в примере, показанном на фиг.3 и 4, вторая кромка 306 расположена на расстоянии от первой кромки 302 путем выполнения ступеньки или периферической стенки 312.
Ступенька или стенка 312 выполнена с возможностью облегчения выравнивания и соединения с возможностью разъединения обоймы 202 и кольца 204 седла. Например, внутренняя стенка 314 обоймы 202 может иметь такие размеры или другим образом быть выполнена так, чтобы находиться вблизи от или примыкать к ступеньке или стенке 312. В частности, ступенька или стенка 312 и внутренняя стенка 314 могут иметь такие размеры или форму, что внутренняя стенка 314 обоймы 202 и ступенька или стенка 312 будут соединены с помощью посадки с натягом или прессовой посадки. Такая посадка с натягом или прессовая посадка может быть достигнута, например, путем изготовления обоймы 202 таким образом, чтобы по меньшей мере часть обоймы 202 имела некруглую или эксцентрическую форму. В этом случае, если ступенька или стенка 312 по существу круглая, а некруглая или эксцентрическая часть обоймы 202 (например, внутренняя стенка 314) упруго деформирована для придачи ей по существу круглой формы, обойма 202 может быть соединена (например, запрессована) с кольцом 204 седла, так чтобы по меньшей мере часть внутренней стенки плотно вошла в контакт со ступенькой или стенкой 312, а торец кольца 204 седла вошел в контакт или другим образом соединился с кромкой 302. В другом примере как обойма 202, так и кольцо 204 седла могут быть изготовлены с похожими или одинаковыми некруглыми (например, немного эллиптическими) формами, так чтобы обойма 202 могла сначала свободно войти в контакт с кольцом 204 седла (например, торец 304 обоймы 202 может быть размещен на кромке 302 без принудительного запрессовывания обоймы 202 на кольцо 204 седла) при выравнивании некруглых форм обоймы 202 и кольца 204 седла. Обойма 202 и кольцо 204 седла могут затем быть повернуты относительно друг друга с обеспечением, таким образом, посадки с натягом (например, зажатия) по меньшей мере части внутренней стенки 314 и стенки 312. В этом случае обойма 202 и кольцо 204 седла могут быть разделены путем поворота обоймы и кольца 204 для снятия посадки с натягом или зажатия между ступенькой или стенкой 312 и внутренней стенкой 314, и вытягивания обоймы 202 из кольца 204 седла. Еще в одном примере ступенька или стенка 312 может быть по существу круглой или цилиндрической и иметь первый диаметр, а внутренняя стенка 314 может также быть по существу круглой или цилиндрической и иметь второй диаметр, меньший, чем указанный первый диаметр, для обеспечения вхождения в контакт путем прессовой посадки обоймы 202 и кольца 204 седла. Внутренняя стенка 314 и ступенька или стенка 312, обе или одна из них, могут иметь направляющий элемент, например, фаску, закругление и т.п. для облегчения вхождения обоймы 202 в контакт с кольцом 204 седла и посадки с натягом и/или прессовой посадки этих элементов, например, как описано в данном документе. Кольцо 204 седла также имеет скошенную поверхность 316 для герметичного вхождения в контакт с уплотнительным кольцом (например, уплотнительным кольцом 504, показанным на фиг.5А) корпуса клапана (например, корпуса 118 клапана) для предотвращения утечки текучей среды между кольцом 204 седла и корпусом клапана.
Также могут быть использованы другие варианты вхождения в контакт в комбинации с описанными выше посадкой с натягом и/или прессовой посадкой для соединения с возможностью разъединения обоймы 202 с кольцом 204 седла. Например, для соединения с возможностью разъединения обоймы 202 с кольцом 204 седла может быть использовано клеящее вещество или смазка. В случае соединения обоймы 202 с кольцом 204 седла с помощью смазки или клеящего вещества обойма 202 и кольцо 204 седла могут иметь такой размер, чтобы соединиться относительно свободно (например, без посадки с натягом или прессовой посадки), после чего на кромку 302, стенку 312, торец 304 обоймы 202 и/или внутреннюю стенку 314 может быть нанесено клеящее вещество или смазка. В результате, после размещения торца 304 обоймы 202 на кромке 302 клеящее вещество или смазка образует слой между соприкасающимися поверхностями обоймы 202 и кольца 204 седла, который удерживает с возможностью разъединения обойму 202 и кольцо 204 седла.
В еще одном примере внутренняя стенка 314 и ступенька или стенка 312 могут иметь резьбу для обеспечения резьбового соединения обоймы 202 и кольца 204 седла. В другом примере или кроме того, обойма 202 и кольцо 204 седла могут быть соединены с возможностью разъединения с помощью одного или более наборов винтов и/или цилиндрических штифтов.
Фиг.5 представляет собой увеличенный вид поперечного разреза регулятора 500 для текучей среды, содержащего пример описанного здесь двухсоставного дросселирующего элемента, а фиг.5А представляет собой увеличенный местный вид поперечного разреза известного регулятора 500 для текучей среды, показанного на фиг.5. Многие из элементов регулятора 500 для текучей среды, показанного на фиг.5, похожи или одинаковы с элементами известного регулятора 100, показанного на фиг.1, и такие элементы обозначены на фиг.5 теми же ссылочными номерами позиций, что и на фиг.1. Кроме того, описание элементов на фиг.5, похожих или одинаковых с элементами на фиг.1, здесь не повторяется, и описание таких элементов можно найти в описании фиг.1. Как видно на фиг.5А, кольцо 204 седла имеет скошенную поверхность 502, которая герметично входит в контакт с уплотнительным кольцом 504 корпуса 118 клапана для предотвращения утечки текучей среды между кольцом 204 седла и корпусом 118 клапана.
Фиг.6 представляет собой пример звукоизоляционной обоймы 600, которая может быть использована для реализации описанного здесь примера двухсоставного дросселирующего элемента. В частности, пример звукоизоляционной обоймы 600 может быть использован вместо обоймы 202 для уменьшения шума, генерируемого текучей средой, проходящей через клапан 500 для текучей среды, показанный на фиг.5. Таким же образом, на фиг.7 показан пример фасонной обоймы 700, которая может быть использована вместо обоймы 202 для обеспечения другой характеристики расхода (например, другой характеристики зависимости падения давления от расхода), отличной от характеристики, обеспечиваемой обоймой 202 (фиг.2).
Фиг.8 представляет собой пример регулировочного седла 800, которое может быть использовано для реализации описанного здесь примера двухсоставного дросселирующего элемента. В частности, пример регулировочного седла 800 может быть использован вместо кольца 204 седла (фиг.2) для обеспечения отверстия для текучей среды с большим сужением (то есть для обеспечения большего падения давления при данном расходе текучей среды). Таким же образом, на фиг.9 показан пример сеточного седла 900, которое может быть использовано вместо кольца 204 седла (фиг.2). Независимо от того, какое из колец 204, 800 и 900 седел используется для реализации описанного здесь двухсоставного дросселирующего элемента, каждое из колец 204, 800 и 900 седел имеет первую и вторую кромки и ступеньку или стенку для облегчения выравнивания и соединения разъемным образом любого из колец 204, 800 и 900 седла с любой из обойм 202, 600 и 700. Несмотря на то, что в данном документе описан конкретный пример устройства, объем данного изобретения не ограничивается им. Напротив, данное описание включает в себя все устройства и изделия, однозначно входящие в пределы объема прилагаемой формулы либо буквально, либо в комбинации эквивалентов.