ВНУТРЕННИЙ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В РЕГУЛЯТОРАХ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
INTERNAL SAFETY VALVE INTENDED FOR USE IN FLUID REGULATORS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится в целом к регуляторам текучей среды, а более конкретно - к внутреннему предохранительному клапану, предназначенному для применения в регуляторах текучей среды.
Уровень техники
Регуляторы текучей среды обычно применяют для регулировки давления текучей среды с целью приведения его к более низкому и/или практически постоянному значению. В частности, регулятор текучей среды содержит вход, куда обычно поступает подаваемая текучая среда под относительно высоким давлением, и обеспечивает относительно пониженное и/или практически постоянное давление на выходе. Например, газовый регулятор, подключенный к оборудованию (например, к бойлеру), может принимать газ под относительно высоким давлением из газораспределительного источника и может регулировать давление этого газа, приводя его к практически постоянному значению, приемлемому для безопасного и эффективного использования в оборудовании.
Для того чтобы предотвратить возможность достижения давлением на участке за регулятором (т.е. выходным давлением) небезопасных уровней, регуляторы текучей среды часто содержат устройства защиты от избыточного давления (например, отключающие устройства, устройство контроля в реальном времени и т.п.). Устройства защиты от избыточного давления оперативно связаны с регулятором давления и активируются (например, если выходное давление текучей среды достигает заданного значения) с целью предотвращения нарастания давления за регулятором до нежелательного (например, небезопасного) значения на потребляющем объекте. Некоторые устройства защиты от избыточного давления (например, отключающие устройства) перекрывают прохождение рабочей текучей среды к потребляющему объекту, расположенному после регулятора, до тех пор, пока устройство защиты от избыточного давления не будет установлено вручную в исходное положение.
Однако в некоторых случаях повышение давления текучей среды, вызванное, например, колебаниями температуры, может привести к нежелательной или ненужной активации устройства защиты от избыточного давления. Для предотвращения нежелательной активации устройства защиты от избыточного давления некоторые известные пружинные регуляторы текучей среды могут содержать внутренний предохранительный клапан. Однако такой внутренний предохранительный клапан может выпускать чрезмерное количество текучей среды (например, природного газа) в атмосферу. Некоторые области применения и/или постановления правительства (например, Европейские нормы) ограничивают количество неконтролируемых выбросов в атмосферу. Поэтому внутренние предохранительные клапаны, выпускающие в атмосферу текучую среду в количестве, превышающем установленные нормы, не могут использоваться в некоторых системах.
Раскрытие изобретения
В одном варианте воплощения внутренний предохранительный клапан содержит седло предохранительного клапана, соединенное с первым концом штока предохранительного клапана и предназначенное для прижатия к первой стороне воспринимающего устройства с целью предотвращения прохождения текучей среды между этой первой и второй сторонами воспринимающего устройства в ситуации, когда внутренний предохранительный клапан находится в закрытом положении. Размер спускного отверстия, расположенного на поверхности воспринимающего устройства и отделенного от отверстия воспринимающего устройства, подобран таким образом, чтобы при открытом внутреннем предохранительном клапане обеспечить контролируемую скорость потока текучей среды между первой стороной и второй стороной воспринимающего устройства. Вдоль штока клапана до спускного отверстия и клапанного седла помещено уплотнение, предотвращающее прохождение текучей среды между первой стороной воспринимающего устройства и второй стороной воспринимающего устройства через отверстие воспринимающего устройства, когда предохранительный клапан находится в открытом положении.
В другом представленном варианте регулятор текучей среды содержит внутренний предохранительный клапан, оперативно связанный с диафрагмой через опорную пластину диафрагмы для того, чтобы позволять потоку текучей среды проходить между воспринимающей камерой, примыкающей к первой стороне диафрагмы, и нагрузочной камерой, примыкающей ко второй стороне диафрагмы, когда давление внутри воспринимающей камеры превышает первое пороговое значение. Сборный внутренний предохранительный клапан включает шток предохранительного клапана, связанный (с возможностью скольжения) с отверстием опорной пластины диафрагмы. Седло предохранительного клапана связано со штоком предохранительного клапана таким образом, чтобы герметично прижиматься к опорной пластине диафрагмы, примыкающей ко второй стороне диафрагмы, когда внутренний предохранительный клапан находится в закрытом положении, тем самым предотвращая прохождение текучей среды между воспринимающей камерой и нагрузочной камерой. Внутри отверстия опорной пластины диафрагмы помещено уплотнение, предотвращающее прохождение текучей среды между воспринимающей камерой и нагрузочной камерой через отверстие в опорной пластине диафрагмы, когда внутренний предохранительный клапан находится в открытом положении. Спускное отверстие, выполненное как одно целое с опорной пластиной диафрагмы, расположено между седлом предохранительного клапана и уплотнением; спускное отверстие отделено от отверстия опорной пластины диафрагмы. Спускное отверстие обеспечивает контролируемое прохождение текучей среды между воспринимающей камерой и нагрузочной камерой, когда внутренний предохранительный клапан находится в открытом положении.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 иллюстрирует регулятор текучей среды, выполненный с применением известного внутреннего предохранительного клапана.
На Фиг.2 представлен в разрезе известный внутренний предохранительный клапан регулятора текучей среды по Фиг.1, показанный в закрытом положении.
На Фиг.3 представлен в разрезе известный внутренний предохранительный клапан регулятора текучей среды по Фиг.1, показанный в открытом положении.
Фиг.4 иллюстрирует регулятор текучей среды, оснащенный одним из вариантов внутреннего предохранительного клапана, представленным в этом описании.
Фиг.5 иллюстрирует в разрезе представленный вариант внутреннего предохранительного клапана по Фиг.4, показанный в закрытом положении.
Фиг.6 иллюстрирует в разрезе представленный вариант внутреннего предохранительного клапана по Фиг.4, показанный в открытом положении.
На Фиг.7 представлен график скорости потока текучей среды, обеспечиваемого описанным здесь вариантом внутреннего предохранительного клапана, при различных давлениях в широком диапазоне значений.
Осуществление изобретения
3
В описанных здесь регуляторах текучей среды задействованы внутренние предохранительные клапаны, обеспечивающие контролируемую или заданную скорость потока текучей среды или скорость спуска. Контроль скорости потока текучей среды или скорости спуска во внутреннем предохранительном клапане позволяет использовать описанные здесь варианты регуляторов текучей среды в различных промышленных или коммерческих объектах (например, в больницах, школах, домах престарелых и т.п.), где действуют ограничения, касающиеся количества контролируемой текучей среды (например, природного газа), которое можно выпускать в атмосферу. Кроме того, описанные здесь варианты регуляторов текучей среды удовлетворяют определенным требованиям правительственных постановлений или ограничений (например, Европейских норм), устанавливающих строгие пределы для количества веществ, которые можно выбрасывать или выпускать в атмосферу. Например, посредством контроля скорости потока текучей среды или скорости спуска описанные здесь варианты внутреннего предохранительного клапана позволяют выпускать текучую среду в атмосферу с относительно низкой интенсивностью потока (например, менее 14 стандартных куб. футов в час (0,4 м/час) под давлением 16 дюймов водяного столба (29,9 мм рт.ст.)).
Перед обсуждением подробностей конструкции описного здесь варианта внутреннего предохранительного клапана будет представлен известный регулятор 100 текучей среды со ссылкой на Фиг.1. Регулятор 100 текучей среды регулирует или модулирует поток текучей среды для того, чтобы поддерживать давление за регулятором в приемлемых и/или постоянных пределах исходя из заданного управляющего давления. В частности, вход 102 регулятора 100 текучей среды принимает поступающую текучую среду под относительно высоким давлением и обеспечивает относительно более низкое и/или практически постоянное давление на выходе 104.
Для управления потоком текучей среды между входом 102 и выходом 104 регулятора 100 текучей среды задействуется привод 106. Привод 106 содержит диафрагму 108, заключенную внутри корпуса 110 привода, образуя нагрузочную камеру 112 и воспринимающую камеру 114. Нагрузочная камера 112 содержит нагрузочный узел 116, например управляющую пружину 118, воздействующую заданным или управляющим давлением или нагрузкой на первую сторону 120 диафрагмы 108. В типичном случае это управляющее давление или нагрузка со стороны нагрузочного узла 116 соответствует желаемому выходному давлению, которое должен обеспечивать регулятор 100 текучей среды. Перепад давлений, образованный на диафрагме 108 под воздействием нагрузочного узла 116 и выходного давления, воспринимаемого камерой 114, вынуждает диафрагму перемещать плунжер клапана 122 по отношению к седлу клапана 124 для модуляции потока текучей среды.
Если потребность в текучей среде на участке за регулятором уменьшается и/или потребляющий объект, расположенный ниже регулятора по течению, отключается (т.е. потребность в текучей среде на участке за регулятором практически равна нулю), плунжер клапана 122 внутри регулятора 100 текучей среды герметично прижимается к седлу клапана 124 для предотвращения прохождения текучей среды через регулятор 100 (т.е. состояние блокировки). По мере снижения потребности в текучей среде на участке за регулятором давление на этом участке повышается. В некоторых случаях вследствие коррозии, повреждения элементов регулятора, воздействия гравия, опилок, трубной накипи и т.п. плунжер клапана 122 не может с надлежащей герметичностью прижиматься к седлу клапана 124, в результате чего текучая среда продолжает проходить между входом 102 и выходом 104 регулятора 100 текучей среды, приводя к повышению давления на участке после регулятора (например, управляющего давления).
Если регулятор 100 текучей среды работает с опасной рабочей текучей средой (например, с природным газом), такой регулятор 100 текучей среды часто оснащают устройством или прибором защиты 126 от избыточного давления. Устройство защиты 126 от избыточного давления (например, отключающее устройство и т.п.) связано с регулятором 100 текучей среды, и когда давление на участке после регулятора возрастает до нежелательного уровня (например, до небезопасного уровня), это устройство активируется, предотвращая нарастание давления на потребляющем объекте, расположенном за регулятором. Активированное устройство защиты 126 от избыточного давления закрывает регулятор 100 текучей среды, прекращая прохождение текучей среды через регулятор 100 текучей среды.
Если давление текучей среды между выходом 104 и потребляющим объектом, расположенным за регулятором, не достигает заданного уровня безопасного давления, установленного, например, управляющей пружиной 128 устройства защиты 126 от избыточного давления, то устройство защиты 126 от избыточного давления не активируется. В некоторых случаях давление текучей среды между выходом 104 и потребляющим объектом, расположенным за регулятором 100, может возрастать вследствие, например, повышения температуры окружающей среды. Повышение давления текучей среды на выходе 104 может привести к активации устройства защиты 126 от избыточного давления.
Для предотвращения нежелательной активации устройства защиты 126 от избыточного давления под воздействием колебаний температуры регулятор 100 текучей среды содержит вентиляционное отверстие 130, соединенное по текучей среде с атмосферой. Для соединения по текучей среде выхода 104 и вентиляционного отверстия 130 регулятор 100 текучей среды задействует внутренний предохранительный клапан 132, оперативно связанный с диафрагмой 108.
Обычно устройство защиты 126 от избыточного давления имеет заданное значение давления, превышающее значение давления, заданное для внутреннего предохранительного клапана 132, и активируется тогда, когда давление текучей среды на выходе 104 существенно превышает заданное значение давления внутреннего предохранительного клапана 132. Поэтому внутренний предохранительный клапан 132 выпускает рабочую текучую среду, например, в атмосферу, если давление рабочей текучей среды возрастает вследствие, например, колебаний температуры. Если давление рабочей текучей среды на участке после регулятора превышает заданное значение давления внутреннего предохранительного клапана 132, то внутренний предохранительный клапан 132 открывается, выпуская текучую среду в атмосферу через вентиляционное отверстие 130. Устройство защиты 126 от избыточного давления активируется, если несмотря на отвод текучей среды в атмосферу через внутренний предохранительный клапан 132 выходное давление превышает заданное значение давления. Таким образом, внутренний предохранительный клапан 132 предотвращает нежелательную активацию или срабатывание устройства защиты 126 от избыточного давления под воздействием, например, колебаний температуры рабочей текучей среды.
На Фиг.2 и 3 представлен вариант внутреннего предохранительного клапана 132, показанного на Фиг.1. На Фиг.2 показан внутренний предохранительный клапан 132 в закрытом положении 200. На Фиг.3 показан внутренний предохранительный клапан 132 в открытом положении 300. Как показано на Фиг.2 и 3, внутренний предохранительный клапан 132 связан с диафрагмой 108. Внутренний предохранительный клапан 132 имеет седло 202 предохранительного клапана, связанное с толкателем 204. Седло 202 предохранительного клапана имеет запирающий ободок или торец 206, герметично прижимающийся к диафрагме 108, когда внутренний предохранительный клапан 132 находится в закрытом положении 200, показанном на Фиг.2. Внутренний предохранительный клапан 132 содержит шток 208 предохранительного клапана, связанный (с возможностью скольжения) с отверстием 210 опорной пластины 212 и диафрагмой 108. Кроме того, шток 202 предохранительного клапана связан с толкателем 204. Пружина 214 внутреннего предохранительного клапана заключена между регулятором 216 и опорной пластиной 212 диафрагмы и воздействует заданным значением нагрузки для установки требуемой точки давления разгрузки или давления сброса. Регулятор 216 прижимается к штоку 202 предохранительного клапана или сцепляется с ним на некотором расстоянии от опорной пластины 212 диафрагмы.
В процессе работы, когда регулятор 100 текучей среды находится в заблокированном состоянии и давление на выходе 104 продолжает возрастать до значения, когда усилие его воздействия на диафрагму 108 превышает заданное значение, при котором управляющая пружина 214 воздействует на диафрагму; вследствие этого диафрагма 108 смещается или отклоняется, отделяется или отодвигается от запирающего ободка или торца 206 седла 202 предохранительного клапана в открытое положение 300, показанное на Фиг.3. В результате сжатая текучая среда, находящаяся внутри воспринимающей камеры 114, проходит мимо ободка или торца 206, через отверстие 210 опорной пластины 212 диафрагмы и диафрагмы 108, а также мимо штока 208 предохранительного клапана (вдоль штока 208 предохранительного клапана) к нагрузочной камере 112. Пройдя через сборный предохранительный клапан 132, сжатая текучая среда может быть направлена далее в атмосферу через вентиляционное отверстие 130.
В частности, путь для прохождения текучей среды образован зазором 218 между штоком клапана 208 и отверстием 210, когда внутренний предохранительный клапан 132 находится в открытом положении 300. Этот зазор 218 может обеспечить неконтролируемую площадь поперечного сечения или путь для прохождения текучей среды благодаря, например, технологическим допускам при изготовлении штока 208 предохранительного клапана, и/или отверстия 210 диафрагмы 108, и/или опорной пластины 212 диафрагмы. Кроме того, зазор 218 может позволить прохождение потока текучей среды со скоростью, превышающей разрешенные пределы (например, неконтролируемые выбросы), установленные нормативами или стандартами (например, правительственными нормативами и т.д.).
Некоторые правительственные нормы ограничивают количество рабочей текучей среды (например, природного газа), которое можно выпускать в атмосферу. А представленный вариант внутреннего предохранительного клапана 132 может выпускать текучую среду (например, природный газ) в атмосферу со скоростью, превышающей допустимые пределы, установленные нормативами. Внутренний предохранительный клапан 132 может превышать установленные правительственные пределы (а следовательно, может не соответствовать правительственным нормативам) даже при относительно малом размере отверстия 210 по отношению к наружной поверхности 220 штока 208 предохранительного клапана.
На Фиг.4 представлен вариант регулятора 400 текучей среды, оснащенного описанным здесь вариантом предохранительного клапана 402. Представленный вариант регулятора 400 текучей среды содержит корпус 404, между входом 408 и выходом 410 которого образован канал 406. Вход 408 может быть соединен по текучей среде с распределительной системой (например, с газораспределительной системой), расположенной до регулятора 400 текучей среды, а выход 410 может быть соединен по текучей среде с потребляющим объектом, например с бойлером, расположенным после регулятора 400 текучей среды. Регулятор 100 текучей среды регулирует или модулирует прохождение текучей среды, поддерживая давление на участке за регулятором в приемлемых и/или постоянных пределах, базирующихся на заданном значении управляющего давления. Вход 408 регулятора 400 текучей среды в типичном случае принимает поступающую текучую среду под относительно высоким давлением и обеспечивает относительно более низкое и/или практически постоянное давление на выходе 410.
Седло клапана 412 располагается в канале 406 корпуса клапана 404 и образует отверстие 410, через которое может проходить текучая среда между входом 408 и выходом 410. Для управления прохождением текучей среды через канал 406 в корпусе клапана 404 имеется элемент управления потоком или плунжер клапана 414, перемещающийся по отношению к седлу клапана 412. Элемент управления потоком или плунжер клапана 414 связан с концом 416 штока клапана 418 и имеет герметизирующую мембрану 420, которая может быть изготовлена из эластомера и герметично прижимается к запирающей поверхности седла клапана 412, когда шток клапана 418 и плунжер клапана 414 передвигаются к седлу клапана 412 для ограничения или прекращения прохождения текучей среды через канал 406.
Привод 422 содержит верхний корпус 424 и нижний корпус 426, в котором находится воспринимающий узел 428. Воспринимающий узел 428 содержит воспринимающее устройство или диафрагму 430, заключенную между верхним корпусом 424 привода 422 и нижним корпусом 426 привода 422 таким образом, что первая сторона 432 диафрагмы 430 и верхний корпус 424 образуют нагрузочную камеру 434, а вторая сторона 436 диафрагмы 430 и нижний корпус 426 образуют воспринимающую камеру 438. Для того чтобы контролировать или регулировать прохождение потока текучей среды между входом 408 и выходом 410 диафрагма 430 перемещает плунжер клапана 414 (например, герметизирующую мембрану) по отношению к седлу клапана 412 посредством рычага 440. Рычаг 440 связан со вторым концом 442 штока клапана 412 и связан с диафрагмой 430 через опорную пластину 444 диафрагмы и сборный толкатель 446.
Для создания управляющего давления на диафрагму 430 привод 422 задействует нагрузочный узел 448, расположенный внутри нагрузочной камеры 434. В типичном случае создаваемое нагрузочным узлом 448 управляющее давление или нагрузка соответствует желаемому выходному давлению, которое должен обеспечивать регулятор 400 текучей среды. В этом примере нагрузочный узел 448 содержит управляющую пружину 450, установленную между регулируемой опорой пружины 452 и второй опорой пружины 454 (например, корпусом опорной пластины 444 диафрагмы). Управляющая пружина 450 создает заданную нагрузку или силу (например, управляющее выходное давление), смещающую первую сторону 432 диафрагмы 430 по направлению к воспринимающей камере 438, отодвигая плунжер клапана 414 от седла клапана 412 (т.е. в открытое положение). Величину усилия, прикладываемого управляющей пружиной 450, можно регулировать (например, увеличивать или уменьшать) через регулируемую опору пружины 452.
Клапанный корпус 404 связан с нижним корпусом 426 привода 422 таким образом, что воспринимающая камера 438 соединена по текучей среде с выходом 410 через горловину клапана или проходное сечение 456. Если сила давления текучей среды в воспринимающей камере 438 превосходит усилие, прикладываемое управляющей пружиной 450, то диафрагма 430 будет перемещаться по направлению к нагрузочной камере 434, вынуждая плунжер клапана 414 переместиться по направлению к седлу клапана 412 для того, чтобы ограничить или обеспечить постоянный поток текучей среды по каналу 406.
Тем регуляторам текучей среды, у которых максимальное допустимое выходное давление текучей среды ниже максимального допустимого входного давления текучей среды, обычно требуется защита от избыточного давления. Иными словами, для систем, в которых входные давления превышают выходные давления, часто требуются устройства защиты от избыточного давления, не допускающие превышения выходным давлением заданного значения (например, небезопасного давления) или входного давления.
В представленном примере устройство защиты от избыточного давления или отключающее устройство 458 связано с регулятором 400 текучей среды. Таким образом, регулятор 400 текучей среды можно применять в работе с опасными рабочими текучими средами, например с природным газом. Устройство защиты 458 от избыточного давления воспринимает выходное давление (давление на участке после регулятора) и закрывает регулятор 400 текучей среды, прекращая прохождение текучей среды через канал 406, в случае достижения этим давлением заданного значения. Для того чтобы воспринимать давление на участке после выхода 410, корпус клапана 404 содержит канал 460, соединяющий по текучей среде воспринимающую камеру (не показана) устройства защиты 458 от избыточного давления с выходом 410 корпуса клапана 404.
Для того чтобы предотвратить нежелательное включение устройства защиты 458 от избыточного давления, вызванное повышением давления текучей среды на выходе 410 под воздействием, например, колебаний температуры на выходе 410, в регуляторе 400 текучей среды содержится вентиляционное отверстие 462, соединенное по текучей среде с атмосферой. В представленном варианте привод 422 содержит вентиляционное отверстие 462, в котором установлен спускной предохранительный клапан 464. Спускной предохранительный клапан 464 содержит спусковую пружину 466, которая переводится в открытое положение в том случае, если давление текучей среды внутри нагрузочной камеры 434 превышает усилие, прикладываемое спусковой пружиной 466.
Для селективного соединения выхода 410 с вентиляционным отверстием 462 привод 422 задействует внутренний сборный предохранительный клапан 402 (например, номинальный предохранительный клапан), оперативно связанный с воспринимающим узлом 428. Устройство защиты 458 от избыточного давления имеет заданное значение давления, превышающее заданное значение давления внутреннего предохранительного клапана 402 и активируется в том случае, когда давление текучей среды на выходе 410 существенно превышает заданное значение давления для внутреннего предохранительного клапана 402. Таким образом, внутренний предохранительный клапан 402 выпускает рабочую текучую среду, например, в атмосферу в случае повышения давления рабочей текучей среды вследствие, например, колебаний температуры. Если давление рабочей текучей среды на выходе регулятора превышает заданное значение для внутреннего предохранительного клапана, внутренний предохранительный клапан 402 открывается для выведения или спуска текучей среды в атмосферу. Устройство защиты 458 от избыточного давления активируется в том случае, если выходное давление превышает заданное давление несмотря на выведение или спуск рабочей текучей среды через внутренний предохранительный клапан 402. Таким образом, внутренний предохранительный клапан 402 предотвращает нежелательное включение или срабатывание устройств защиты от избыточного давления вследствие, например, колебаний температуры рабочей текучей среды. В качестве дополнения или альтернативы внутренний предохранительный клапан 402 может обеспечить сенсорное предупреждение о ненадлежащем функционировании регулятора 400 текучей среды, когда текучая среда (например, природный газ), имеющая запах, выпускается через вентиляционное отверстие 462.
На Фиг.5 и 6 представлен вариант внутреннего предохранительного клапана 402, связанного с диафрагмой 430. На Фиг.5 показан внутренний предохранительный клапан 402 в закрытом положении 500. На Фиг.6 показан внутренний предохранительный клапан 402 в открытом положении 600. Как показано на Фиг.5 и 6, внутренний предохранительный клапан 402 содержит седло 502 предохранительного клапана, примыкающее ко второй стороне 436 диафрагмы 430. В этом конкретном примере седло 502 предохранительного клапана изготовлено как одно целое со стойкой 504 сборного толкателя 446. В этом примере стойка толкателя 504 связана с опорной пластиной 444 диафрагмы через гайку 505. Седло 502 предохранительного клапана содержит уплотнение 506 (например, уплотнительное кольцо), герметично прижатое к опорной пластине 444 диафрагмы, предотвращая прохождение текучей среды через внутренний предохранительный клапан 402, когда седло 502 предохранительного клапана прижато к опорной пластине 444 диафрагмы. В других вариантах седло 502 предохранительного клапана герметично прижимается к диафрагме 430.
Представленный вариант внутреннего предохранительного клапана 402 содержит шток 508 предохранительного клапана, связанный (с возможностью скольжения) с отверстием 510 опорной пластины 444 и диафрагмой 430. Для соединения внутреннего предохранительного клапана 402 с диафрагмой 430 первый конец 514 штока 508 предохранительного клапана связан с седлом 502 предохранительного клапана, а второй конец 516 связан с регулятором 520. Запирающая пружина 518 внутреннего предохранительного клапана, заключенная между регулятором 520 и седлом пружины 522, обеспечивает заданное нагрузочное усилие, устанавливающее желаемую точку сброса давления. Регулятор 520 связывается или сцепляется со штоком 508 предохранительного клапана на некотором расстоянии от опорной пластины 444 диафрагмы. Регулятором 520 может быть резьбовая гайка или подобная деталь, которую можно навинтить по резьбе на шток клапана 508 для создания предварительной нагрузки на запирающую пружину 518, чтобы отрегулировать или установить точку сброса давления. В этом примере опора пружины 522 изготовлена как одно целое с хомутом или основным цилиндрическим участком 524 опорной пластины 444 диафрагмы. Основной участок 524 выступает из опорного участка или фланца 526 опорной пластины 444 диафрагмы.
В этом примере внутренний предохранительный клапан 402 содержит уплотнение 528 (например, уплотнительное кольцо), располагающееся внутри отверстия 510 для предотвращения прохождения текучей среды через отверстие 510 опорной пластины 444 диафрагмы и/или диафрагму 430. В представленном примере уплотнение 528 расположено внутри паза или углубления 530 вдоль тела штока клапана 508, способного скользить или перемещаться внутри отверстия 510 опорной пластины 444 диафрагмы. Уплотнение 528 не позволяет текучей среде проходить через отверстие 510 мимо штока 508 предохранительного клапана, если внутренний предохранительный клапан 402 находится в открытом положении 600, показанном на Фиг.6. В других примерах уплотнение 528 может располагаться внутри углубления или полости отверстия 510. Еще в других примерах множество уплотнений может располагаться внутри отверстия 510 и/или на некотором расстоянии вдоль штока 508 предохранительного клапана.
Внутренний предохранительный клапан 402 содержит спускное отверстие или малое отверстие 532, обеспечивающее канал или путь прохождения текучей среды между воспринимающей камерой 438 и нагрузочной камерой 434, если внутренний предохранительный клапан находится в открытом положении 600. В представленном примере спускное отверстие 532 расположено в опорной пластине 444 диафрагмы между седлом 502 предохранительного клапана и уплотнением 528 штока 508 предохранительного клапана. В этом примере спускное отверстие 532 образовано внутри опорной пластины 444 диафрагмы. В частности, в представленном примере спускное отверстие 532 образовано внутри хомута или цилиндрического участка 524 опорной пластины 444 диафрагмы. Таким образом, спускное отверстие 532 отделено и отличается от отверстия 510 в опорной пластине 444 диафрагмы. Спускное отверстие 532 представленного примера имеет ось 534, практически перпендикулярную продольной оси 536 отверстия 510 опорной пластины 444 диафрагмы. Однако в других вариантах ось 534 спускного отверстия 532 может быть наклонена под любым другим углом к продольной оси 536. Кроме того, в отличие от внутреннего предохранительного клапана 132 по Фиг.1-3 представленный в данном примере внутренний предохранительный клапан 402 обеспечивает контролируемую или заданную скорость потока текучей среды. Более конкретно, размер спускного отверстия подбирается таким образом, чтобы обеспечить контролируемую площадь поперечного сечения. Иными словами, спускное отверстие 532 не зависит от размера зазора (например, зазора 218 по Фиг.1-3), который может варьироваться в соответствии с технологическими допусками. Кроме того, можно выполнить спускное отверстие 532 с площадью поперечного сечения, значительно меньшей, чем площадь поперечного сечения зазора 218 внутреннего предохранительного клапана 132 по Фиг.1-3, чтобы привести регулятор 400 текучей среды в соответствие с нормами или стандартами. Следовательно, размер спускного отверстия 532 можно подобрать или откалибровать так, чтобы обеспечить контролируемые, заданные значения скорости потока текучей среды в некотором диапазоне различных давлений.
3
Например, размер спускного отверстия 532 можно подобрать или откалибровать таким образом, чтобы позволить относительно слабому потоку текучей среды проходить между воспринимающей камерой 438 и нагрузочной камерой 434, когда внутренний предохранительный клапан 402 находится в открытом положении 600. В некоторых примерах спускное отверстие 532 имеет такой размер, что площадь поперечного сечения пропускаемого им потока меньше площади поперечного сечения потока, пропускаемого внутренним предохранительным клапаном 132 по Фиг.1-3 даже в том случае, когда шток 208 предохранительного клапана по Фиг.2 и 3 плотно установлен в отверстии 210 диафрагмы 108 и опорной пластины 212 диафрагмы. Таким образом, размер представленного спускного отверстия 532 можно подбирать так, чтобы существенно ограничивать или контролировать количество текучей среды, выпускаемой в атмосферу. В результате этого скоростью потока текучей среды можно управлять для приведения в соответствие с правительственными нормативами (например, скорость потока менее 14 стандартных куб. футов в час (0,4 м/час) под давлением 16 дюймов водяного столба (29,9 мм рт.ст.)).
3
3
3
3
На Фиг.7 представлен график 700, иллюстрирующий значения скорости потока текучей среды, обеспечиваемые внутренним предохранительным клапаном 402 при воздействии на регулятор 400 текучей среды различных давлений в широком диапазоне. Например, внутренний предохранительный клапан 402 обеспечивает значения скорости потока текучей среды приблизительно от 1 куб. фута в час (0,03 м/час) до 14 куб. футов в час (0,4 м/час) при давлениях текучей среды в диапазоне приблизительно от 0 до 130 дюймов водяного столба (0-242,9 мм рт.ст.), когда управляющая пружина 450 обеспечивает выходное давление приблизительно 8,2 дюйма водяного столба (15,3 мм рт.ст.). Например, согласно графику 700, когда давление на выходе 410 равно приблизительно 10,5 дюйма водяного столба (19,6 мм рт.ст.), внутренний предохранительный клапан 402 переходит в открытое положение 600, позволяющее пропускать текучую среду между воспринимающей камерой 438 и нагрузочной камерой 434 через спускное отверстие 532 с интенсивностью потока приблизительно 10 куб. футов в час (0,3 м/час). Некоторые правительственные нормативы требуют, чтобы интенсивность потока не превышала 14 куб. футов в час (0,4 м/час) при давлении 16 дюймов водяного столба (29,9 мм рт.ст.). Таким образом, представленный регулятор 400 текучей среды соответствует правительственным требованиям и, следовательно, может использоваться в более широком диапазоне различных систем, чем, например, регулятор 100 текучей среды по Фиг.1-3.
Согласно Фиг.4-6 в процессе работы регулировка давления и скорости потока текучей среды осуществляется модулированием потока текучей среды через канал 406 для поддержания требуемого давления на выходе 410 с одновременным обеспечением подачи количества текучей среды, требующегося участку за регулятором (например, потребляющему объекту). Привод 422 регулирует давление на выходе 410 в соответствии с требуемым выходным давлением, установленным или заданным управляющей пружиной 450. Воспринимающая камера 438 воспринимает давление текучей среды в проходном сечении 456, воздействующее с некоторым усилием или давлением на вторую сторону 436 диафрагмы 430 в направлении, противоположном усилию или давлению управляющей пружины 450, воздействующему на первую сторону 436 диафрагмы 430. В свою очередь, диафрагма 430 перемещает плунжер клапана 414 по отношению к седлу клапана 412 посредством рычага 440 и сборного толкателя 446. Перепад давлений на диафрагме 430, которые не являются практически равными или уравновешенными, вынуждает диафрагму 430 перемещать плунжер клапана 414 по отношению к седлу клапана 412 для модуляции потока текучей среды через канал 406 и достижения практически постоянного более низкого выходного давления, соответствующего заданному управляющему давлению, создаваемому управляющей пружиной 450. Регулировка усилия управляющей пружины 450 изменяет требуемое значение давления на выходе 410.
В частности, если давление, оказываемое на вторую сторону 436 диафрагмы 430, меньше давления, оказываемого на первую сторону 432 диафрагмы 430, то диафрагма 430 вынуждена перемещаться по направлению к воспринимающей камере 438. В свою очередь, диафрагма 430 вынуждает плунжер клапана 414 отодвинуться от седла клапана 412, позволяя увеличить скорость потока текучей среды через канал 406. Если давление, оказываемое на вторую сторону 436 диафрагмы 430, превышает давление, оказываемое на первую ее сторону 432, то диафрагма 430 вынуждена перемещаться по направлению к нагрузочной камере 434. В свою очередь, диафрагма 430 вынуждает плунжер клапана 414 перемещаться по направлению к седлу клапана 412, ограничивая или прекращая прохождение текучей среды через канал 406. Когда давление, воспринимаемое воспринимающей камерой 438, практически равно управляющему давлению, оказываемому управляющей пружиной 450, то регулятор 400 текучей среды находится в состоянии равновесия и плунжер клапана 414 перемещается к седлу клапана 412, ограничивая прохождение текучей среды, и обеспечивает постоянную скорость потока, равную потреблению текучей среды за регулятором.
Если потребность в текучей среде на участке за регулятором уменьшается и/или источник, расположенный за регулятором, отключается (т.е. потребность в текучей среде на участке за регулятором практически равна нулю), плунжер клапана 414 герметично прижимается к седлу клапана 412 для предотвращения прохождения текучей среды через корпус клапана 404 (т.е. переходит в состояние блокировки). В состоянии блокировки плунжер клапана 414 герметично прижимается к седлу клапана 412, создавая состояние с практически нулевым потоком через регулятор 400 текучей среды. Когда плунжер клапана 414 герметично прижимается к седлу клапана 412, сжатая текучая среда остается между выходом 410 и потребляющим объектом, расположенным за регулятором (не показано).
Однако в некоторых случаях вследствие коррозии, повреждения элементов регулятора, воздействия гравия, опилок, трубной накипи и т.п. плунжер клапана 414 может не достаточно герметично прижиматься к седлу клапана 412. В результате этого текучая среда под высоким давлением продолжает проходить между входом 408 и выходом 410. Следовательно, давление на выходе 410 возрастает вследствие существенного уменьшения потребности потребляющего объекта в текучей среде (например, практически нулевой потребности). Устройство защиты 458 от избыточного давления активируется, если давление текучей среды на выходе 410 повышается до заданного уровня давления (например, заданного порога безопасного давления).
Кроме того, в некоторых случаях, когда регулятор 400 текучей среды находится в состоянии блокировки, температура рабочей текучей среды, остающейся между выходом 410 и потребляющим объектом, расположенным за регулятором, может повышаться, тем самым приводя к повышению давления текучей среды на выходе 410. Внутренний предохранительный клапан 402 предотвращает нежелательное включение (например, ложное срабатывание) устройства защиты 458 от избыточного давления под воздействием колебаний температуры. Более конкретно, если давление в воспринимающей камере 438 создает достаточное усилие на вторую сторону 436 диафрагмы 430, превышающее заданное усилие, прикладываемое запирающей предохранительной пружиной 518, диафрагма 430 перемещается по направлению к нагрузочной камере 434, вынуждая опорную пластину 444 диафрагмы подниматься, отделяться и выходить из герметичного соединения с седлом 502 предохранительного клапана. Опорная пластина 444 диафрагмы отделяется от седла 502 предохранительного клапана, поскольку плунжер клапана герметично прижат к седлу клапана 412 и рычаг 440 с толкателем 504 не могут двигаться дальше по направлению к нагрузочной камере 434. В результате этого сжатая текучая среда воспринимающей камеры 438 проходит мимо клапанного седла 502 и через спускное отверстие 532 опорной пластины 444 диафрагмы. Сжатая текучая среда после прохождения через сборный предохранительный клапан 402 может направляться в атмосферу через вентиляционное отверстие 430. Таким образом, представленный внутренний предохранительный клапан 402 предотвращает ложное срабатывание устройства защиты 458 от избыточного давления в условиях колебания выходного давления (например, вследствие изменений температуры), когда регулятор 400 текучей среды находится в состоянии блокировки.
В частности, внутренний предохранительный клапан 402 позволяет текучей среде проходить с относительно низкими значениями скорости потока (например, струйкам текучей среды) через спускное отверстие 532. Таким образом, внутренний предохранительный клапан 402 позволяет текучей среде выходить в атмосферу, когда давление в сенсорной камере 438 достаточно высокое для того, чтобы переключать внутренний предохранительный клапан из закрытого положения 500 в открытое положение 600, но меньше, чем давление, требуемое для активации устройства защиты 458 от избыточного давления.
Здесь описаны конкретные варианты устройств, однако объем настоящего изобретения не ограничивается ими. Напротив, настоящее изобретение охватывает все виды аппаратуры и готовых изделий, подпадающие под действие прилагаемой формулы изобретения в явном виде или согласно доктрине эквивалентов.