КЛАПАН С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ШПИЛЬКОЙ
BUCKLING PIN VALVE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Данная заявка заявляет о преимуществе предварительной заявки США №61/573,095, поданной 31 августа 2011 г. Джоном Томаско и др. и озаглавленной КЛАПАН С ДЕФОРМИРУЕМОЙ ШПИЛЬКОЙ, раскрытие сущности которой включено в данный материал в качестве ссылки.
ОБЛАСТЬ РАСКРЫТИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Данное раскрытие сущности изобретения, в общем, относится к клапанам, приводимым в действие деформируемой шпилькой (BPAV buckling-pin actuated valves) с улучшенными характеристиками и надежностью.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Существует много типов систем, которые обрабатывают, перемещают или используют жидкость под давлением. Для обеспечения безопасности систем данного типа, каждая из подобных систем обычно включает устройство безопасности, предназначенное для предотвращения избыточного давления в системе. В аварийной ситуации, когда жидкость в системе достигает небезопасного уровня, давление жидкости действует на устройство безопасности и создает отверстие для выпуска жидкости из системы. Выпуск жидкости в окружающую среду или защитную емкость через отверстие снижает давление в системе и предотвращает выход из строя другой части системы из-за высокого давления жидкости. Примеры известных устройств безопасности раскрыты в совместно владеемой заявке на патент США 11/221,856, опубл. 15 марта 2007 г. в качестве патентной публикации США №2007/0056629 A1, все содержание которой включено в данный материал в качестве ссылки.
Одним специфическим устройством безопасности для систем под давлением является клапан для сброса давления, который может быть самовключающимся или несамовключающимся. Обычно используется пружина, шпилька или комбинация пружины и шпильки, для удержания движущегося затвора в уплотняющем контакте с корпусом устройства при присоединении к системе под давлением. Когда давление жидкости достигает заранее заданного уровня безопасности в подобной системе, сила, воздействующая на затвор жидкостью под давлением, преодолевает смещение пружины или превышает сопротивление шпильки, удерживая затвор на месте. Когда происходит одно из этих событий, жидкость под давлением передвигает затвор, раскрывающий отверстие, через которое жидкость может выйти и сбросить давление в системе. Самовключающиеся клапаны автоматически устанавливаются, когда жидкость под давлением у отверстия уменьшается достаточно для того, чтобы пружина или другой механизм установил затвор на место. Для не самовключающихся клапанов требуется, чтобы устройство было установлено вручную, чтобы затвор клапана вновь вошел в контакт с седлом и, если необходимо, было бы заменить шпильку или другой расходуемый компонент.
Как отмечалось выше, известны предохранительные клапаны, в которых используются деформируемые шпильки или разрушающиеся шпильки, для удержания уплотнительного затвора в уплотняющем контакте, чтобы блокировать поток жидкости под давлением. Подобный предохранительный клапан может называться клапан, активируемый деформируемой шпилькой или "BPAV". Известный BPAV раскрывается в патенте США №5,273,065, патенте США №5,577,524 и патенте США №5,727,586. Такая шпилька не дает затвору удалять жидкость под давлением до тех пор, пока выходная мощность не превысит заранее заданного предела. Предшествующие предохранительные устройства включали шпильку, подвергавшуюся воздействию сжимающей силы. Шпилька, подвергаемая воздействию сжимающей силы, деформируется в соответствии с законом Эйлера, когда сила на выходе достигает заранее заданного предела. Для того, чтобы вести себя по закону Эйлера, сжимающая сила деформируемой шпильки должна прилагаться вдоль длины оси. Если происходит не осевая нагрузка, тогда сила, необходимая для деформации шпильки, уменьшается, приводя к нежелательному или преждевременному срабатыванию шпильки. Соответственно, желательна правильная центровка деформируемой под воздействием компенсирующих сил шпильки. Шпилька также может подвергаться воздействию силы трения или силы растяжения. Подобная шпилька может разрушиться, когда выходная сила достигнет заданного предела. Обычно подобное устройство называется как «несамовключающееся устройство сброса давления с деформируемой шпилькой». В данном описании, «выход из строя» деформируемой шпильки соответствует «активации» клапана с деформируемой шпилькой, и эти термины взаимозаменяемые, и относятся к состоянию, в котором деформируемая шпилька деформируется и/или разрушается, и клапан разрешает прохождение жидкости.
Деформируемые шпильки являются тщательно изготавливаемыми компонентами, деформируемыми под воздействием определенной заданной силы сжатия. Деформируемые шпильки являются тщательно изготавливаемыми компонентами, предназначенными для разрушения под воздействием заданной растягивающей нагрузки или сдвиговой силы. Подобные шпильки, используемые для предохранительных клапанов, требуют значительной осторожности и контроля при установке. Обслуживающий персонал должен обеспечить, чтобы шпилька была бы правильно закреплена и затянута соответствующим образом, чтобы вынести давление, оказываемое на клапан для сброса давления. Невыполнение этого может привести к несвоевременному открытию клапана. Преждевременное открытие ниже заданного уровня безопасности приводит к нежелательному простою системы, в то время как задержанное открытие над заданным уровнем безопасности ставит под угрозу целостность системы. Другой проблемой со шпилькой без нарезки является то, что существует риск повреждения шпильки в связи с тем, что обслуживающий персонал должен вступать в контакт со шпилькой без нарезки во время установки или обслуживания. Этот риск повреждения шпильки особенно высок для хрупкой шпильки низкого давления без нарезки.
Как отмечалось выше, для того, чтобы правильно функционировать в качестве устройства безопасности для сброса давления, важно чтобы предохранительное устройство давало выход при или близко к установленному давлению. Так как деформируемые шпильки сконструированы таким образом, чтобы деформироваться при заданной силе сжатия, система сброса давления должна обеспечивать, чтобы усилие от системы под давлением эффективно передавалось бы на деформируемую шпильку. В прежних устройствах силы от системы под давлением часто неправильно передавались через структурную систему устройства сброса давления, так что сила сжатия, испытываемая деформируемой шпилькой, не являлась точным представлением реальной силы, передаваемой системой под давлением. Например, силы, передаваемые на деформируемую шпильку от системы под давлением, часто терялись из-за изгибания, трения между движущимися частями, расцентровки и моментов, генерируемых вдоль траектории передаваемой силы.
В некоторых устройствах для сброса давления и, в частности, в тех, которые имеют низкое установленное давление, с которыми неправильно обращаются и у которых неправильно установлена низлежащая деформируемая шпилька, это может влиять на точность установленного давления устройства. Например, деформируемые шпильки могут быть опасно перегружены во время предварительной сборки и процесса монтажа, так что шпилька срабатывает при значительно более низком давлении, чем это желательно при использовании.
Существует потребность в BPAV, в которых достигается повышенная точность и надежность. В BPAV по настоящему раскрываемому изобретению достигаются эти и другие преимущества.
Краткое изложение сущности изобретения
Для достижения одного или более из приведенных выше или других преимуществ, воплощенных и детально описанных в данном документе, раскрытие сущности изобретения направлено на клапан, приводимый в действие деформируемой шпилькой, включающий корпус клапана, имеющий входное и выходное отверстие, седло клапана у входного отверстия корпуса клапана и затвор клапана, предназначенный для вхождения в уплотнительный контакт с седлом клапана. Каркас шпильки, имеющий, по меньшей мере, одну опору, прикреплен к корпусу клапана и предназначен для установки деформируемой шпильки. Вал предназначен для передачи сил от затвора клапана к деформируемой шпильке.
Раскрытие сущности изобретения далее относится к клапану, приводимому в действие деформируемой шпилькой, содержащему корпус клапана, каркас шпильки, прикрепленный к корпусу клапана, при этом каркас шпильки является изготовленным или обработанным из единою куска материала, и предназначен для приема картриджа деформируемой шпильки.
Раскрытие сущности изобретения также включает способ изготовления каркаса шпильки для клапана с деформируемой шпилькой. Способ включает изготовление каркаса шпильки из единого куска металла, при этом каркас шпильки включает верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. Способ далее включает обработку верхнего места крепления деформируемой шпильки на верхней пластине одновременно с обработкой нижнего места крепления деформируемой шпильки в нижней пластине.
Раскрытие сущности изобретения далее направлено на способ изготовления клапана приводимого в действие деформируемой шпилькой, при этом способ включает выполнение корпуса клапана, имеющего входное и выходное отверстие, и присоединение седла клапана у входного отверстия корпуса клапана, позиционирование затвора клапана для вступления в уплотняющий контакт с седлом клапана и присоединение каркаса шпильки к корпусу клапана. Способ далее включает выполнение вала, имеющего конфигурацию для передачи сил от затвора клапана к деформируемой шпильке.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сопроводительные чертежи, включенные в описание и составляющие часть данного описания, иллюстрируют ряд примеров осуществления данного изобретения и вместе с описанием служат для объяснения принципов раскрытия сущности изобретения.
На фигуре 1 показано изображение в разрезе клапана с деформируемой шпилькой, имеющего интегрально смонтированное седло клапана. На фигуре 1 также показан поглотитель энергии или подушка. На фигуре 1 также показан затвор клапана с уплотнением поршня.
На фигуре 2 показано изображение в разрезе клапана с деформируемой шпилькой, имеющего заменяемое село клапана. На фигуре 2 также показан поглотитель энергии или подушка. На фигуре 2 также показан затвор клапана с уплотнением поршня.
На фигуре 3А отображен цельный каркас шпильки для клапана с деформируемой шпилькой.
На фигуре 3В отображен частичный вид в разрезе цельного каркаса шпильки для клапана с деформируемой шпилькой.
На фигурах 3C-3F отображены различные поперечные сечения для опоры каркаса шпильки клапана с деформируемой шпилькой.
На фигуре 4 отображен каркас шпильки для клапана с деформируемой шпилькой с изогнутой нижней стенкой.
На фигуре 5 отображен клапан с деформируемой шпилькой с датчиком. На фигуре 5 также отображен цельный каркас шпильки.
На фигуре 6 отображен клапан с деформируемой шпилькой с изготовленным из частей каркасом шпильки.
На фигуре 7 отображены внутренние компоненты клапана с деформируемой шпилькой, имеющего заменяемое седло клапана. На фиг.7 также отображен затвор клапана с уплотнением поршня.
ОПИСАНИЕ ПРИМЕРОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Теперь будут детально рассмотрены типичные примеры осуществления изобретения, примеры которых проиллюстрированы в сопроводительных чертежах.
Как показано на фиг. 1, BPAV 100 может быть снабжен корпусом клапана 101, определяющим входное отверстие 102 и выходное отверстие 103. Корпус клапана 101 может иметь конфигурацию, позволяющую прохождение жидкости от входного отверстия 102 к выходному отверстию 103. Фланец входного отверстия 104 может быть установлен у входного отверстия 102, и может использоваться для подсоединения BPAV 100 к фланцу трубы или к другому блоку сопряжения с системой под давлением или выдерживающей давление системой (совместно называемые «напорная система»). Выходной фланец 105 может быть установлен у выходного отверстия 103, которое может быть использовано для подсоединения BPAV 100 к фланцу трубы или другому блоку сопряжения с резервуаром, барботажным баком или другим приемлемым контейнером или резервуаром для прохождения жидкости от системы под давлением через BPAV 100.
Как показано на фиг. 1, в BPAV 100 может быть также предусмотрен затвор клапана. Затвор клапана 110 может взаимодействовать с седлом затвора клапана 111 для создания уплотнения на входе BPAV, чтобы предотвратить выхождение жидкостей из системы под давлением.
Давление от системы под давлением может действовать на затвор клапана 110. В BPAV 100 затвор клапана 110 может передавать силы, вызванные давлением, от системы под давлением на деформируемую шпильку 120 с помощью вала (комбинация из 110, 121 и 122) (также известный под названием шпиндель или шток). Деформируемая шпилька 120 может быть устроена таким образом, чтобы разрушаться при заранее заданной величине нагрузки, что может быть сопоставимо с заранее заданной величиной давления, действующего на затвор клапана 110. Разрушение деформируемой шпильки 120 - обычно характеризуемое постоянной потерей формы (например, прямой цилиндрической формы) - позволяет затвору клапана 110 передвигаться таким образом, чтобы позволить BPAV 100 выпустить или сбросить давление в случае, когда система под давлением испытывает состояние избыточного давления.
Как показано на фиг. 1, устройство для установки шпильки, или каркас шпильки 130, может быть установлено на корпус клапана 101 и может включать механизм для удерживания деформируемой шпильки на месте в BPAV 100. Каркас шпильки 130 может включать ряд опор 131, которые могут объединять верхнюю монтажную поверхность шпильки 132 и нижнюю монтажную поверхность шпильки 133. Верхняя монтажная поверхность шпильки 132 может иметь конфигурацию, обеспечивающую прием установочного винта или штыря 134, которые могут использоваться для удержания деформируемой шпильки на месте и/или для установки деформируемой шпильки 120 в предварительно нагруженном состоянии. Установочный винт или штырь 134 могут действовать совместно с пружиной 135 или другим элементом, чтобы установить или предварительно нагрузить деформируемую шпильку 120. Каркас шпильки 130 может быть снабжен вентиляционным отверстием 138, чтобы дать возможность для выхода воздуха и/или для выравнивания давления, при движении узла вала (110, 121, 122).
В одном примере осуществления настоящего изобретения в соответствии с данным раскрытием сущности изобретения, например, как показано на фиг. 1, корпус клапана 101 BPAV может быть выполнен цельным из единого куска материала, образуя интегрированную конструкцию. Например, корпус клапана 101 может быть отлит.
В отличие от этого, в BPAV с траекторией потока под 90 градусов предшествующего уровня, корпус клапана изготовлен с помощью сварки и/или путем соединения болтами индивидуально отлитых кусков трубы соответствующих промышленному стандарту. Изготовленный таким образом корпус клапана имеет ряд недостатков. Например, собранный корпус в клапане BPAV приводит к более длинному расстоянию от входного отверстия до выходного отверстия, чем это допустимо по стандарту API для траектории потока под углом 90 градусов. В результате, известные сборные клапаны BPAV не используются в установках применяющих стандарт API. Например, известные сборные клапаны BPAV не могут использоваться для замены других типов клапанов с траекторией потока 90 градусов в существующих системах труб по стандарту API.
Цельная конструкция корпуса клапана 101 по настоящему раскрытию сущности изобретения, обеспечивает преимущества над сборным корпусом клапана. Например, цельный корпус клапана может быть сконструирован таким образом, чтобы соответствовать стандарту API с требованием угла 90 градусов для потока. В результате этого, BPAV с цельным корпусом клапана достигает желаемых атрибутов потока для клапана по стандарту API с потоком под 90 градусов, и они могут взаимозаменяемо использоваться с другими типами клапанов с потоком под углом 90 градусов стандарта API.
В дополнении к этому, BPAV 100 с цельным корпусом клапана 101 по настоящему раскрытию сущности изобретения, как показано на фиг. 1, может также обеспечивать и другие преимущества по сравнению с нагнетательными или предохранительными клапанами с потоком под углом 90 градусов по стандарту API. Клапаны по стандарту API обычно пружинные и имеют определенные ограничительные диаметры диафрагмы на входе, помогающие подобным устройствам вновь включиться. Так как BPAV 100 не является самовключающимся устройством для сброса давления, отсутствует требование ограничивать поступающий поток для управления автоматическим включением устройства. Это позволяет свободно выбирать входную диафрагму для BPAV 100, путем сопоставления диаметра диафрагмы с номинальным размером трубы для максимизации потока. Клапан BPAV может также открываться шире (и обеспечить лучшую траекторию потока), чем клапаны под углом 90 градусов по стандарту API. В некоторых системах клапанов с потоком под углом 90 градусов по стандарту API, клапан рассматривается как участок низкого потока (т.е. как узкое место). Следовательно, больший диаметр систем труб должен использоваться для подобного ограниченного потока. Однако так как клапан BPAV в соответствии с настоящим раскрытием сущности изобретения может улучшить характеристики потока, можно использовать системы труб меньшего диаметра, при этом достигая такого же уровня общего потока жидкости.
Корпус клапана 101 клапана с деформируемой шпилькой может быть обеспечен входным отверстием с большим диаметром для предотвращения нежелательного сокращения области сечения. Когда задействуется клапан с деформируемой шпилькой, должно быть допущено прохождение жидкости через клапан за пределы системы. Любое нежелательное сокращение области сечения могло бы нежелательно уменьшить поток жидкости и задержать сброс опасных давлений.
Корпус клапана 101 клапана с деформируемой шпилькой может быть обеспечен торцевыми поверхностями фланца, установленными на определенном расстоянии от клапана. В одном примере осуществления изобретения торцевые поверхности как входных, так и выходных фланцев 104, 105 могут быть расположены так, чтобы улучшить поток через систему, но не очень далеко по отношению к отходам. Расстояние между торцевыми поверхностями фланцев могут быть сконструированы таким образом, чтобы допустить уменьшение турбулентности в клапане или улучшить расход. В дополнении к этому расстояние между торцевыми поверхностями фланцев может быть сконструировано таким образом, чтобы удовлетворить требованиям кодекса API.
В одном примере осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, BPAV 100 может быть обеспечен компоновкой с «уплотнением поршня». В BPAV, имеющем компоновку с уплотнением поршня, затвор клапана 110 может быть устроен таким образом, чтобы разместиться в седле клапана 111. Например, цилиндрический затвор клапана 110 может быть установлен в цилиндрическом седле клапана 111 при компоновке поршень-цилиндр. Предусматривается, что другая, нецилиндрическая форма затвора клапана и седел затвора могут также быть использованы в компоновке с уплотнением поршня. В дополнении, одно из или оба затвора клапана и седла затвора клапана могут быть снабжены уплотнительным элементом, например, резиновым О-образным кольцом 112, чтобы усилить качество уплотнения между затвором клапана и седлом затвора клапана.
В предыдущих известных системах BPAV используется уплотнение торцевой поверхности, а не уплотнение поршня. При компоновке с уплотнением торцевой поверхности, затвор клапана просто уплотняется относительно или опирается на верх отверстия седла клапана - затвор клапана не размещается внутри седла клапана. Например, когда деформируемая шпилька приближается к заданному давлению, деформируемая шпилька и/или вал могут испытывать незначительное эластичное изгибание. Подобного изгибания может быть достаточно, чтобы позволить уплотнению торцевой поверхности выйти из седла и начать выливание жидкости из системы под давлением. В качестве другого примера, вал BPAV может быть изогнут - посредством дефектов активации или производственных дефектов - что может снизить качество уплотнения торцевой поверхности, и может вызвать утечку.
Так как уплотнение поршня размещается в затворе клапана 110 в пределах седла клапана 111, уплотнение поршня может поддерживать герметизацию в течение некоторых значительных ходов клапана. Таким образом, даже если деформируемая шпилька 120 или вал 121 изогнуты - в результате повреждения, под воздействием давления или по любой другой причине - и затвор клапана может медленно передвигаться, уплотнение поршня может поддерживать герметичность уплотнения лучше, чем уплотнение торцевой поверхности.
В одном примере осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, BPAV 100 может иметь седло затвора клапана 111 или насадку (не показано) смонтированную интегрально с корпусом клапана 101. Интегральное седло затвора клапана 111 или насадка могут быть отлиты как часть отливки корпуса клапана 101. Альтернативно, интегральное седло затвора клапана 111 или насадка могут быть обработаны или просверлены в корпусе клапана 101. Интегральное седло затвора клапана 111 или насадка могут обеспечить преимущества в отношении производства, и могут сэкономить затраты. В другом примере осуществления изобретения, показанном, например, на фиг. 2, BPAV 200 может иметь отдельное, заменяемое седло клапана 211, которое присоединяется к корпусу клапана 201 непроницаемым (герметичным) образом. Как показано на фиг. 2, например, заменяемое седло затвора клапана 211 может быть присоединено к корпусу клапана 201 одним или более винтов 219. В другом примере осуществления изобретения заменяемое седло затвора клапана 211 может быть присоединено к корпусу клапана с помощью заклепок, клея или любого другого непроницаемого соединения. Заменяемое седло затвора клапана 211 может обеспечивать преимущества. Например, заменяемое седло клапана 211 может улучшить герметизацию после повторной активации BPAV 200, обеспечивая лучший контроль отделки поверхности и допусков размеров. Может быть дешевле или проще точно оптимизировать отдельное седло затвора клапана 211 по сравнению с оптимизацией седла интегрированного в корпус клапана 201. В качестве еще одного примера, в случае заменяемого седла затвора клапана 211 можно позволить использование более дорогих материалов в седле затвора клапана 211 (таких как более твердые и оказывающие большее сопротивление повреждению материалы), без необходимости использования подобных дорогих материалов в остальной части корпуса клапана 200. Использование более твердых материалов в седле клапана 211 по сравнению с используемыми в корпусе клапана 201, может предотвратить излишний износ корпуса клапана. Подобным образом, использование более твердых - более дорогих - материалов может быть ограничено седлом клапана 211, а более мягкие и менее дорогие материалы могут использоваться для остальной части корпуса клапана 201.Заменяемое седло затвора клапана 211 может также обеспечить преимущества, если седло затвора клапана 211 повреждено или изношено во время монтажа или эксплуатации BPAV 200. При использовании заменяемого седла затвора клапана 211, поврежденные или изношенные герметизирующие поверхности могут быть заменены на месте без замены или повторной обработки всего корпуса клапана 201.
Как также показано на фиг. 2, затвор клапана 210 может иметь заменяемый блок сопряжения затвора 291. Заменяемый блок сопряжения затвора 291 может быть присоединен к затвору клапана 210 непроницаемым образом. Как показано на фиг. 2, например, заменяемый блок сопряжения 291 может быть присоединен к затвору клапана 210 одним или более винтов 292. В другом примере осуществления изобретения заменяемый блок сопряжения 291 может быть подсоединен к затвору клапана 210 с помощью заклепок, клеящих веществ или любым другим герметизирующим образом. Заменяемый блок сопряжения 291 затвора может обеспечивать преимущества. Например, заменяемый блок сопряжения затвора 291 может улучшить герметизацию после повторной активации BPAV 200, обеспечивая лучший контроль отделки поверхности и допусков размеров. Может быть дешевле или проще точно оптимизировать отдельный блок сопряжения затвора клапана 291 по сравнению с оптимизацией блока сопряжения затвора интегрированного в затвор клапана 210. В качестве еще одного примера, заменяемый блок сопряжения затвора 291 может позволить использование более дорогих материалов для блока сопряжения затвора 291 (таких как более твердые и оказывающие большее сопротивление повреждению), без необходимости использования подобных дорогих материалов в остальной части затвора клапана 210. В качестве другого примера, заменяемый блок сопряжения затвора 291 может допустить использование более мягких материалов для блока сопряжения затвора 291 по сравнению с используемыми в затворе клапана 210. Более мягкие материалы в блоке сопряжения затвора 291 могут обеспечить лучшее уплотнение на седле клапана 211, но они могут деформироваться и требовать более частой замены, чем твердые материалы. Используя заменяемый блок сопряжения затвора 291, при деформации блока сопряжения затвора, можно легко произвести замену без замены или повторной обработки всего затвора клапана 210.
В одном примере осуществления изобретения интегрированное или заменяемое седло для BPAV может быть изменено таким образом, чтобы настраивать пропускную способность потока, проходящего через клапан. Например, седло для BPAV может быть выбрано, основываясь на желаемом падении давления в корпусе клапана и/или желаемом действии на затвор клапана. Путем управления падением давления и действием на затвор клапана на затворе клапана (и штоке клапана) может поддерживаться достаточное количество силы, чтобы удерживать клапан открытым и поддерживать поток жидкости.
В одном примере осуществления изобретения в BPAV может быть предусмотрен цельный или интегрированный каркас шпильки 330, как показано на фигурах 3А и 3В. Цельный каркас шпильки 330 может быть, например, отлитым компонентом. Цельный каркас шпильки 330 может просто упростить изготовление каркаса шпильки, тем самым экономя затраты. Цельный каркас шпильки 330 может также обеспечить стойкость системы, что может улучшить центровку и надежность системы BPAV. Цельный каркас шпильки может быть снабжен верхним местом крепления шпильки 332 и нижним местом крепления шпильки 333 (соединенными одной или более опорой 331) между которыми удерживается деформируемая шпилька (не показано на фигурах 3А и 3В). Верхнее место крепления шпильки может быть обработано и включать канал 334 для приема установочного винта или опоры шпильки (не показано на фигурах 3А и 3В). Канал 334 в верхнем месте крепления шпильки может иметь резьбу. Нижнее место крепления шпильки может быть обеспечено вставкой 339, которая может облегчить продвижение поршня шпильки (не показано на фигурах 3А и 3В) внутри канала в нижнее место крепления шпильки 333. В одном примере осуществления изобретения, места крепления шпильки 332, 333 могут быть обработаны вместе. Совместная обработка верхнего и нижнего мест крепления шпильки 332, 333 может обеспечить улучшение точности центровки и может снизить сложность обработки и/или затраты на нее.
В BPAV предшествующего уровня используется изготовленный из частей (например, путем сварки и/или крепления болтами) каркас шпильки. В этой конструкции предшествующего уровня каркас шпильки может состоять из двух фланцев, присоединенных штифтами, прикрепленными болтами к фланцам на расстоянии друг от друга. Изготовленный из частей каркас шпильки предшествующего уровня может иметь недостатки с точки зрения центровки компонентов. Например, каждый компонент изготовленного из частей каркаса шпильки может иметь размеры с некоторыми допусками. Когда компоненты собираются в каркас шпильки, сумма допусков может привести к расцентровке каркаса шпильки. В дополнении к этому, изготовленная из частей конструкция предшествующего уровня, обладает свойственной ей гибкостью между компонентами, что может привести к расцентровке. Расцентровка BPAV нежелательна, потому что она может снизить давление, при котором деформируемая шпилька выйдет из строя, тем самым вызывая сниженные или непредсказуемые характеристики работы. Расцентровка может привести к повреждению различных компонентов BPAV. Например, когда деформируемая шпилька разрушается и активируется BPAV, вал может передвигаться на высокой скорости - когда затвор клапана выходит из седла, реагируя на жидкости, проходящие через корпус клапана, в результате чего происходит замедление, когда достигается конец хода вала. Если компоненты расцентрованы, высокоскоростное движение вала BPAV или других компонентов может привести к изгибанию или поломке. В результате может потребоваться замена BPAV и/или может стать невозможным снова загерметизировать затвор клапана и седло затвора клапана, после того как давление было достаточно сброшено или выведено из системы под давлением.
Таким образом, по сравнению с изготовленным из частей каркасом шпильки, цельный каркас шпильки 330, показанный, например, на фиг. 3А, может обеспечить улучшение твердости, точности и центровки. В дополнении, цельный каркас шпильки может обеспечить простоту сборки, увеличить повторяемость и снизить затраты.
В одном примере осуществления BPAV, каркас шпильки может быть снабжен опорами различной формы. Например, как показано на фиг.3А, каркас шпильки может иметь опоры 331 с поперечным сечением некруглой формы. Подобные опоры могут иметь овальную форму в поперечном сечении (см. фиг. 3В). Альтернативно подобные опоры могут быть треугольными в поперечном сечении (см. фиг. 3С), полу-изогнутыми в поперечном сечении (см фиг. 3D) или прямоугольными, или квадратными в поперечном сечении (фиг. 3Е). Предусмотрены также круглые опоры.
В соответствии с настоящим раскрытием сущности изобретения форма опор может выбираться для улучшения твердости конструкции. Например, если каркас шпильки подвергается воздействию сдвиговой силы или изгибающих моментов, то опора каркаса шпильки может быть расширена в одном направлении, чтобы учесть действие подобных сдвиговых сил или изгибающих моментов.
Форма опор может также, или альтернативно, выбираться так, чтобы не мешать деформируемой шпильке после ее активации. Когда BPAV активируется и деформируемая шпилька надламывается или разрушается, может быть желательно дать возможность надломленной или разрушенной шпильке свободно передвигаться между опорами.
Форма опор может также, или альтернативно, выбираться так, чтобы учитывать жидкость и поток жидкости, воздействию которых подвергаются опоры. Например, опоры могут иметь такую форму, чтобы максимизировать поток жидкости от поверхности клапана и/или вокруг и через каркас шпильки. При этом опоры могут иметь такую форму, чтобы позволить жидкостям свободно протекать между опорами, а не объединяться.
Форма и/или число опор может также, или альтернативно, быть выбрана с учетом доступа для монтажа и обслуживания.
В одном примере осуществления, показанном на фиг. 4, каркас шпильки 430 может быть снабжен нижней стенкой 433 - или «полом» - которая имеет наклон для предотвращения накопления жидкости или продуктов износа наверху компонентов клапана. Таким образом, каркас шпильки 430 может быть сконструирован так, чтобы предотвратить накопление продуктов износа, которое может ингибировать активацию клапана с деформируемой шпилькой. Альтернативно, или дополнительно, изогнутый пол 433 каркаса шпильки может предотвратить скопление жидкости, которая может замерзнуть и ингибировать активацию клапана с деформируемой шпилькой.
Обратимся к фиг. 1, в одном примере осуществления изобретения, предохранительный кожух 136 может быть предусмотрен вокруг каркаса шпильки 130. Предохранительный кожух 136 может быть присоединен к каркасу шпильки, используя, например, винты 137. Предохранительный кожух 136 может быть желателен для защиты деформируемой шпильки 120 или других компонентов в каркасе шпильки 136 от контакта с персоналом, животным миром или окружающей средой. Например, предохранительный кожух 136 может предотвратить несанкционированное вмешательство или вандализм. В качестве другого примера, предохранительный кожух 136 может предотвратить воздействие коррозии под влиянием окружающей среды и/или обледенение и/или иное ухудшение функций BPAV.
Предохранительный кожух 136 может также быть желателен для защиты от сил, генерируемых активацией шпильки 120. Например, защитный кожух 136 может обеспечить безопасность путем предотвращения размещения персоналом объектов или частей корпуса на пути деформируемой шпильки 120 или движущихся компонентов BPAV 100. Подобные движущиеся детали могут двигаться с экстремальной скоростью и движущей силой, и могут быть чрезвычайно опасны в случае активации BPAV 100. В качестве другого примера, предохранительный кожух 136 может предотвратить попадание частей BPAV 100, включая части деформируемой шпильки 120, в окружающую среду во время или после активации.
В одном примере осуществления изобретения, показанном на фиг.1, BPAV имеет вал, разбитый на, по меньшей мере, три части 110, 121, 122. Части вала могут быть объединены вместе таким образом, чтобы обеспечить осевую нагрузку (и устранить неосевую нагрузку) вала и/или деформируемой шпильки 120. Например, может быть предусмотрено гибкое соединение между каждой частью вала. Гибкое соединение может быть гибкой соединительной втулкой шарика подшипника 123, 124. BPAV, предусмотренный в соответствии с данным примером осуществления изобретения, может обеспечить одноточечный контакт между шариком подшипника и другим компонентом вала, что может довести до максимума стабильность передачи нагрузки и может увеличить точность активации. Разбивка вала клапана BPAV на более чем две части может привести к улучшению динамической работы клапана - например, во время быстродействующего сброса давления, при внезапной остановке после сброса давления, и/или когда жидкость проходит через клапан - без искривления вала. Эта конструкция может также обеспечить осевую нагрузку шпильки и, следовательно, повысить точность давления активации. Эта конструкция может также позволить иметь большие допуски других компонентов BPAV. Например, каркас шпильки 130 и/или корпус клапана 101 могут быть изготовлены в расчете на большие допуски, когда вал разбивается на части для согласования подобных допусков. Разбитый на части вал в соответствии с данным раскрытием сущности изобретения может также позволить использовать поглотитель энергии, как это раскрыто в полной мере ниже.
В одном примере осуществления изобретения вал может быть разбит на три компонента: (1) затвор клапана 110, (2) балансировочный диск 121, и (3) поршень шпильки 122. Затвор клапана 110 может герметически соединяться с седлом 111 затвора клапана, как показано выше. Балансировочный диск 121 может скользить внутри канала каркаса шпильки 130. О-образное кольцо 191 может быть предусмотрено между балансировочным диском 121 и корпусом шпильки для улучшения уплотнения между двумя компонентами.
Балансировочный диск 121 может быть предусмотрен для противодействия (или балансировки) действию противодавления (действующего внутри корпуса клапана 101), воздействующего на заднюю сторону затвора клапана 110. Подобное противодавление, если его не учитывать, может неблагоприятно сказаться на работе BPAV, не давая затвору клапана 110 раскрыться при нужном давлении. Поршень шпильки 122 может быть предусмотрен для передачи сил от балансировочного диска 121 на деформируемую шпильку 120. Вставка 139 внутри канала в нижнем монтажном основании 133 шпильки каркаса шпильки 130 для того, чтобы облегчить скольжение поршня шпильки 122 внутри канала нижнего монтажного основания 133 шпильки.
В одном примере осуществления изобретения поршень шпильки 110 и балансировочный диск 121 могут быть соединены вместе гибкой соединительной втулкой 123. Нагрузка давления может передаваться через затвор клапана 110 и блок балансировочного диска 121 на поршень 122 с помощью точечного контакта - так, например, с шариком подшипника наверху балансировочного диска (124). Поршень шпильки может быть соединен с шариком подшипника с помощью пружинного запорного кольца 125 таким образом, что при сжатии точечный контакт поддерживается с шариком подшипника, а при натяжении, поршень шпильки 122 может поднять балансировочный диск 125 и узел затвора клапана 110 из седла затвора клапана 111.
В другом примере осуществления изобретения может быть обеспечено гибкое соединение между затвором клапана 110 и балансировочным диском 121. В качестве примера, затвор клапана может быть соединен с балансировочным диском посредством шарового соединения 123, удерживаемого на месте шарикоподшипниками в канавке. Данная конструкция может обеспечить гибкое соединение между затвором клапана 110 и балансировочным диском 121. Обеспечение гибкого соединения между затвором клапана 110 и балансировочным диском 121 может создать возможность для повторяющегося «прорывного» трения между затвором клапана 110 и его седлом 111, путем устранения любого воздействия расцентровки между каналом балансировочного диска и каналом седла. Подобное гибкое соединение может позволить затвору клапана 110 быть вновь установленным в его седло 111, даже если существует некоторая расцентровка между балансировочным диском 121 и/или поршнем шпильки 122. Подобное гибкое соединение может также осуществить соединение между затвором 110 и балансировочным диском 121 более крепко, путем устранения резьбового соединения, которое может быть ослаблено.
В одном примере осуществления изобретения BPAV 100 может быть снабжен датчиком 140, установленным для восприятия активации BPAV. Например, датчик приближения может воспринимать движение части вала BPAV. При использовании датчика приближения, движение компонента вала может запустить изменение либо нормально замкнутой/нормально открытой простой цепи переключения или выхода от индуктивного переключателя. В качестве другого примера, компонент вала BPAV может быть снабжен магнитом, предназначенным для активации нормально замкнутого/нормально открытого переключателя. В другом примере осуществления изобретения вал или компонент вала BPAV может быть снабжен металлическим компонентом или компонентами, предназначенным для активации отклика цепи индуктивного переключателя.
Вышеупомянутые датчики приведены исключительно в качестве примера и не ограничивают настоящее раскрытие сущности изобретения. Настоящее раскрытие сущности изобретения предусматривает использование любого приемлемого датчика, который может воспринимать движение одного или более компонентов BPAV. В дополнении, настоящее раскрытие сущности изобретения предусматривает использование других датчиков, которые могут воспринимать активацию BPAV, например: датчика, воспринимающего разрушение или деформацию деформируемой шпильки, датчика, воспринимающего поток жидкостей через корпус клапана BPAV, датчика, воспринимающего давление внутри системы под давлением.
В одном примере осуществления изобретения деформируемая шпилька может быть частью системы картриджа шпильки. Таким образом, картридж 150 деформируемой шпильки может быть установлен в каркасе шпильки 130 или по иному установлен в BPAV 100. Система картриджа шпильки может свести к минимуму или снизить прямое обращение с деформируемыми шпильками 120, что может устранить повреждение, вызываемое подобным обращением. Система картриджа шпильки может также минимизировать или снизить возможность чрезмерной нагрузки деформируемой шпильки во время установки. Система картриджа шпильки раскрыта в совместно владеемом патенте США №6,484,742, все содержание которого данным включено в этот материал в качестве ссылки.
Картридж 150 деформируемой шпильки может также защитить от сил, генерируемой активацией шпильки. Например, картридж 150 деформируемой шпильки может обеспечить безопасность, не давая персоналу размещать предметы или части корпуса на пути деформируемой шпильки. Выходящая из строя деформируемая шпилька 120 может передвигаться с предельной скоростью и движущей силой, и может быть чрезвычайно опасной в случае активации BPAV. Картридж 150 деформируемой шпильки может также предотвратить удаление частей деформируемой шпильки 120 в окружающую среду во время или после активации.
В одном примере осуществления изобретения клапан с деформируемой шпилькой может быть обеспечен поглотителем энергии 126, который может быть материалом или компонентом, поглощающим энергию. Поглотитель энергии 126 может, например, быть помещен на узле балансировочного диска 121 и затвора 110. Поглотитель энергии 126 может уменьшить динамические силы, испытываемые узлом затвора 110 при активации клапана с деформируемой шпилькой. В одном примере осуществления изобретения поглотителем энергии 126 может быть кусок уретана или отжимная пружина или дисковая пружина. В другом примере осуществления изобретения поглотителем энергии 126 может быть любой приемлемый материал или компонент, способный снизить воздействие силы, испытываемой затвором 110 во время открытия клапана.
Использование поглотителя энергии 126 в соответствии с данным раскрытием сущности изобретения может предотвратить повреждение соединительной втулки 123 между затвором 110 и балансировочным диском 121, вызываемое динамическими нагрузками, испытываемыми во время открытия клапана. Поглотитель энергии 126 может также позволить повторное функционирование узла штока клапана (110, 121, 122), тем самым снижая или уменьшая необходимость замены, повторного производства или ремонта клапана.
В одном примере осуществления изобретения поглотитель энергии 126 может быть деформируемым поглотителем энергии. Поглотитель энергии может быть устроен таким образом, чтобы разрушаться при открытии клапана, но минимизировать любую отдачу или обратный ход. Подобная конфигурация может снизить проталкивание штока клапана (110, 121, 122) в поток жидкости, выходящий из клапана. Подобное снижение может избежать нежелательного сокращения расхода жидкости и может избежать повреждения узла штока клапана и/или других компонентов.
В одном примере осуществления изобретения может быть предусмотрен бандаж поршня 127. Бандаж поршня 127 представляет собой узкую полоску плоского самосмазывающегося материала, такого как Тефлон, которая может способствовать плавному передвижению механизма клапана без значительного добавления в статическое и динамическое трение механизма.
На фиг.5 показан собранный BPAV 500, в котором отлитый корпус клапана 501 прикреплен болтами к цельному каркасу шпильки 530. Корпус клапана 501 имеет входное отверстие 502 с входным фланцем 504 и выходное отверстие 503 с выходным фланцем 505. BPAV 500 имеет датчик 540, предназначенный для восприятия движения поршня шпильки 522 в случае активации деформируемой шпильки 520 и разрешает движение поршня шпильки 522.
На фиг. 6 показан собранный BPAV 600, в котором корпус клапана 601 прикреплен к изготовленному из готовых частей корпусу шпильки 630. Как показано, корпус клапана 601 имеет входное отверстие 602 с входным фланцем 604 и выходное отверстие 603 с выходным фланцем 605. BPAV 600 имеет датчик 640, предназначенный для восприятия движения поршня шпильки 622 в случае активации деформируемой шпильки 620 и разрешает движение поршня шпильки 622. Как показано на фиг. 6, предусмотрен затвор клапана 610 и седло затвора клапана 611. Затвор клапана 610 и седло затвора клапана 611 показаны с торцевым уплотнением.
На фиг. 7 показан собранный BPAV 700, в котором корпус клапана 701 прикреплен болтами к корпусу шпильки 730. Как показано, корпус клапана 701 имеет входное отверстие 702 с входным фланцем 704 и выходное отверстие 703 с выходным фланцем 705. Предусмотрены вал, содержащий затвор клапана 710, балансировочный диск 721 и поршень шпильки 722. Соединение 724 шарика подшипника между балансировочным диском 721 и поршнем шпильки 722 обеспечивает точечный контакт и передачу осевой силы (без передачи неосевой силы) между балансировочным диском 721 и поршнем шпильки 722. Как показано, балансировочный диск 721 снабжен двумя о-образными кольцами 791 для улучшения уплотнения между балансировочным диском 721 и каналом нижней монтажной поверхности шпильки 733 каркаса шпильки 730. Альтернативно может использоваться одно о-образное кольцо 791 или более двух о-образных колец 791. BPAV 700 по фиг. 7 имеет датчик 740, предназначенный для восприятия движения поршня шпильки 722 в случае активации деформируемой шпильки 720 и разрешает движение поршня шпильки 722. Как показано на фиг. 7, затвор клапана 710 создает уплотнение поршня с седлом затвора клапана 711. Для улучшения уплотнения между затвором клапана 710 и седлом затвора клапана 711 может быть предусмотрено о-образное кольцо 712. На фиг. 7 седло затвора клапана 711 является заменяемым седлом затвора клапана. О-образное кольцо 793 может быть предусмотрено между заменяемым седлом клапана 711 и корпусом клапана 701.
BPAV по настоящему раскрытию сущности изобретения может соответствовать конфигурациям труб по API - 526, и может быть совместимым со всеми основными стандартами фланцев (ANSI/ASME-EN/DIN-JIS). В соответствии с настоящим раскрытием сущности изобретения установочное давление BPAV может быть независимым от обратного давления, испытываемого клапаном. BPAV по настоящему раскрытию сущности изобретения может быть способен работать при до 90% установочного давления не доходя до кипения. BPAV по настоящему раскрытию сущности изобретения может иметь более высокую мощность потока, чем стандартный предохранительный клапан эквивалентного размера.
В то время как приведенные выше примеры осуществления клапана с деформируемой шпилькой были отображены как имеющие деформируемую шпильку, раскрытие сущности изобретения не обязательно ограничивается данной определенной структурой. Следовательно, объем данного раскрытия включает альтернативные системы с деформируемой шпилькой, включая все эквивалентные системы активации. Например, пружина, отжимная пружина, гармониковая мембрана, плавкая вставка чувствительная к температуре или металлический компонент памяти чувствительный к температуре, могут использоваться вместо или в дополнении к использованию деформируемой шпильки. Дополнительно, предусматривается, что индивидуальные признаки одного примера осуществления изобретения могут быть добавлены или заменены на отдельные признаки другого примера осуществления изобретения. Соответственно, объем данного раскрытия охватывает примеры осуществления изобретения, полученные от замены или замещения различных признаков между различными примерами осуществления изобретения.
Приведенные выше примеры осуществления и компоновки предназначены только для примера предусмотренных систем и способов. Другие примеры осуществления изобретения будут очевидны для специалистов в данной области из рассмотрения описания и практики использования раскрытия в нем.