ОБВОДНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПНЕВМОПРИВОДА
BYPASS DEVICE FOR PNEUMATIC DRIVE

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящая заявка, в целом, относится к распределителю объемного бустера. В частности, настоящая заявка относится к обводному соединению на выходе объемного бустера, что позволяет крепить объемный бустер непосредственно на привод.
Уровень техники
Распределительные системы для распределения потока жидкостей и/или газов в технологической системе общеизвестны. В целом, вследствие работы таких систем привод открывает и закрывает регулирующий клапан. Положение регулирующего клапана в общем контролируется установочным механизмом. Объемные бустеры в основном входят в распределительную систему для увеличения скорости хода привода.
Ручное управление установочного механизма позволяет вручную регулировать привод; при управлении установочным механизмом обычно требуется использование обводного клапана в гидравлическом соединении с приводом. Благодаря обводному клапану давление в приводе приводится в ту степень, при которой возможно ручное управление приводом. Например, в поршневом приводе обводной клапан обычно расположен между первым и вторым отделами камеры цилиндра. Когда давление в верхнем и нижнем цилиндрах достигает определенной степени, поршнем можно свободно управлять, используя такое устройство ручного управления, как, например, штурвал.
На Фиг.1 проиллюстрировано типовое обводное устройство с пневматическим обводом на поршневом приводе. Обводной клапан 10 присоединен к бустерам 12, 14, а привод 16 - Т-образным соединением 18 и штуцером 20, выполненным в виде трубы. На Фиг.2 проиллюстрировано типовое обводное устройство со штурвалом и обводной клапан 10, который размещен в направлении расположения объемного бустера 12. Как и на Фиг.1, объемный бустер 12 присоединен к обводному клапану 10 Т-образным соединением 18. Такие соединения создают дополнительные пути утечки и повышают затраты и время сборки.
Раскрытие изобретения
В соответствии с одним вариантом осуществлением изобретения обводное устройство содержит привод, выполненный с возможностью перемещения в первом и втором направлениях, и объемный бустер, гидравлически соединенный с приводом. Объемный бустер содержит подающий канал, выпускной канал и обводное соединение на выходе объемного бустера, гидравлически сообщающееся с подающим каналом. Обводное устройство дополнительно содержит обводной клапан, гидравлически сообщающийся с обводным соединением на выходе объемного бустера.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения обводное устройство состоит из привода, выполненного с возможностью перемещаться в первом и втором направлениях, и из первого и второго объемных бустеров, гидравлически сообщающихся с приводом. Первый и второй объемный бустеры содержат первый и второй подающие каналы, первый и второй выпускные каналы и первое и второе обводные соединения на выходе объемного бустера, сообщающиеся гидравлически с первым и вторым подающими каналами. Обводное устройство дополнительно содержит обводной клапан, сообщающийся гидравлически с первым и вторым обводными соединениями на выходе объемного бустера.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения распределитель в сборе содержит: клапан; привод, перемещающийся в первом и втором направлениях, соединенный с клапаном, при этом конфигурация привода позволяет перемещать клапан в первом и втором направлениях; первый объемный бустер, сообщающийся гидравлически с приводом, при этом первый объемный бустер содержит первый подающий канал, первый выпускной канал и первое обводное соединение на выходе объемного бустера, гидравлически сообщающееся с первым подающим каналом; второй объемный бустер, гидравлически сообщающийся с приводом, при этом второй объемный бустер содержит второй подающий канал, второй выпускной канал и второе обводное соединение на выходе объемного бустера, гидравлически сообщающееся со вторым подающим каналом; и обводной клапан, гидравлически сообщающийся с первым и вторым обводными соединениями на выходе объемного бустера.
Краткое описание графических материалов
Фиг.1 иллюстрирует распределитель в сборе с типовым пневматическим обводным соединением на поршневом приводе, расположенном по направлению размещения объемного бустера.
Фиг.2 иллюстрирует распределитель в сборе с типовым штурвалом и обводным клапаном, расположенным по направлению размещения объемного бустера.
Фиг.3 иллюстрирует распределитель в сборе с указанным приводом поршневого типа и обводным устройством в соответствии с изобретением.
Фиг.4 иллюстрирует поперечное сечение привода, проиллюстрированного на Фиг.1, и демонстрирует установку первого и второго объемных бустеров непосредственно на привод.
Фиг.5 иллюстрирует поперечное сечение объемного бустера с обводным соединением на выходе объемного бустера в соответствии с изобретением.
Фиг.6A иллюстрирует внешний вид объемного бустера с обводным соединением на выходе объемного бустера в соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения.
Фиг.6B иллюстрирует внешний вид объемного бустера с обводным соединением на выходе объемного бустера в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.
Фиг.7 иллюстрирует внешний вид устройства объемного бустера в соответствии с изобретением.
Осуществление изобретения
Несмотря на то что в тексте, указанном ниже, представлено подробное описание типового варианта осуществления изобретения, следует понимать, что заявленный объем изобретения определяется формулой изобретения, представленной в конце данной заявки. Подробное описание следует толковать лишь как типовое, и оно не описывает каждый возможный вариант осуществления изобретения, так как описание каждого возможного варианта осуществления изобретения является нецелесообразным, и даже невозможным. Исходя из предоставленной информации, специальные знания могут быть задействованы для выполнения одного или более вариантов осуществления изобретения, при использовании актуальной технологии, либо технологии, разработанной после даты подачи данной патентной заявки. Такие дополнительные решения все еще будут рассматриваться как такие, которые находятся в рамках представленной формулы изобретения.
Термин «жидкость» используется в данной патентной заявке в техническом смысле и может включать в себя, по меньшей мере, понятия жидкостей и газов.
Исходя из данных Фиг.3, блок управляющего клапана 30 при использовании устройства байпаса 31, спроектированного в соответствии с замыслом изобретения, может содержать клапан 32, привод 34, примыкающий к клапану 32 и рассчитанный для перемещения клапана 32 между первым и вторым положениями, первый и второй объемные бустеры 36, 38, сообщающиеся гидравлически с приводом 34, и клапан байпаса 40, сообщающийся гидравлически с выпускными соединениями 42, 44 объемного бустера, которые расположены на первом и втором объемных бустерах 36, 38. Например, как подробно описано ниже, первый и второй объемные бустеры 36, 38 могут гидравлически сообщаться с приводом 34 посредством соединений 76, 78, или объемные бустеры 36, 38 могут быть установлены непосредственно на привод 34. Выпускные байпас-соединения объемного бустера 42, 44 могут, к примеру, гидравлически сообщаться с клапаном байпаса 40 через соединения 77 и 79 соответственно. Клапан байпаса 40 можно открыть для выравнивания давления в приводе 34, что дает возможность осуществлять ручное управление приводом 34.
Как показано на Фиг.4, клапан 32 состоит из затвора клапана 46, который подвижно размещен в корпусе 48 клапана 32. Корпус 48 перфорирован так, что через него может проходить текучая среда. Затвор 46 соединен со штоком 50 и перемещается между первым положением, как на схеме 4, при котором проход 52 открыт и жидкость может проходить в отверстия корпуса 48, и вторым положением, в котором затвор 46 смещается вниз и перекрывает отверстия корпуса 48 так, что жидкость не может пройти через проход 52. Дополнительно клапан 32 может действовать как дроссельный клапан таким образом, что затвор 46 может располагаться в любом месте между первым и вторым положениями для управления потоком жидкости через клапан 32.
Привод 34 совмещен с клапаном 32 и предназначен для перемещения клапана 32 между первым и вторым положениями. Привод 34 может, например, включать цилиндр 54, в котором скользит шток поршня 56. Шток поршня 56 включает поршень 58 и хомут привода 60. Хомут 60 соединен со штоком 50 посредством соединителя штока 62 так, что когда двигается поршень 58, также перемещается затвор 46. Управляющий элемент 64 прилегает к соединителю штока 62 и может определять положение затвора 46.
Поршень 58 скользит в камере 66 цилиндра 54. Поршень 58 разделяет камеру 66 на верхнюю и нижнюю - 68, 70, которые в целом герметично изолированы друг от друга поршнем 58. Первый канал 72 позволяет впускать жидкость в верхнюю секцию камеры 68, а второй канал 74 предназначен для впуска жидкости в нижнюю секцию камеры 70.
Как известно, чтобы закрыть проход 52 клапаном 32, в верхнюю камеру 68 через первый канал 72 может быть подана жидкость под давлением, а жидкость во второй камере 70 можно вывести через второй канал 74. Поршень 58 и затвор 46 затем выталкиваются вниз, закрывая проход 52. Для открытия прохода 52 в нижнюю камеру 70 подается жидкость под давлением через второй канал 74, а жидкость в верхней камере может быть выпущена через первый канал 72. Поршень 58 и затвор 46 выталкиваются вверх, открывая проход 52.
Верхняя камера 36 гидравлически сообщается первым бустером 36. Нижняя камера 70 сообщается гидравлически со вторым бустером 38. Жидкость подаваемая первым бустером 36 проходит через первый канал 72 в верхнюю камеру 68. Таким же образом жидкость, которая подается вторым бустером 38, проходит по второму каналу 74 в нижнюю камеру 70. На схеме 4 первый и второй бустеры 36, 38 непосредственно установлены на привод 34. Альтернативно первый и второй бустеры 36, 38 могут сообщаться гидравлически с верхней и нижней камерами 68, 70 через первое и второе соединения 76, 78 (как показано на схеме 3). В этом примере первое и второе соединения 76, 78 являются ниппелями, но могут быть использованы и другие типы соединений, такие как гибкий или жесткий пластик.
Согласно схеме 3, главная подающая магистраль 80 соединена с регулятором 82 и подает на регулятор 82 жидкость под давлением из источника давлениям, например от воздушного компрессора. Регулятор 82 сообщается по текучей среде и подает жидкость под давлением к первому бустеру 36, второму бустеру 38 и устройству позиционирования 84 через подающую магистраль первого бустера 88, подающую магистраль второго бустера 90 и подающую магистраль устройства позиционирования 92 соответственно. В свою очередь эти подающие магистрали могут быть выполнены из металлических труб, жестких или гибких пластиковых труб и т.п. Регулятор 82 может регулировать давление жидкости, подаваемой к этим элементам.
Устройство позиционирования 84 электрически связано с центром ввода 94. Устройство позиционирования 84 получает от центра ввода 94 команды на передвижение клапана 32 в желаемое положение, т.е. закрывающее положение, открывающее положение или в любое положение между ними. Устройство позиционирования 84 может быть электрически связано с центром ввода 94 и таким образом может определять положение затвора 46 клапана 32. Устройство позиционирования 84, выборочно используя первый и второй бустеры 36, 38, управляет движением клапана 32 описанным здесь способом.
Устройство позиционирования 84 сообщается гидравлически с первым бустером 36 через первую выпускную магистраль 96 и сообщается по текучей среде со вторым бустером 38 через вторую выпускную магистраль 98. Устройство позиционирования 84 получает электрический командный входной сигнал от центра ввода 94 и преобразует этот электрический сигнал в пневматические сигналы. Устройство позиционирования 84 использует текучую среду под давлением из регулятора 82 для доставки первого пневматического сигнала через первую выпускную магистраль 96 к первому бустеру 36 и второй пневматический сигнал через вторую выпускную магистраль 98 ко второму бустеру 38.
Если входной сигнал центра 94 подает устройству команду открыть клапан 32 в нормальном режиме, устройство позиционирования 84 подает жидкость под давлением через второй бустер 38 в нижнюю камеру 70 (см. фиг.4) привода 34, при этом устройство позиционирования 84 позволяет жидкости под давлением пройти из верхней камеры 68 (схема 4), через первый бустер 36, для выпуска в атмосферу или третий резервуар. Если входной сигнал команды побуждает клапан 32 закрыться, происходит обратный процесс.
Традиционно, если из центра ввода 94 поступает команда устройству позиционирования 84 быстро открыть клапан 32 при скачке давления, второй пневматический сигнал идет через второй бустер 38 к нижней камере 70. Второй сигнал также активирует второй бустер 38, как будет описано, таким образом, что большой объем текучей среды под давлением проходит через подающую магистраль 90 через второй бустер 38 к нижней камере 70, таким образом срочно открывая клапан 32.
Бустеры 36, 38 могут работать традиционным образом. Например, бустеры 36, 38 могут использоваться, как описано в патенте №7,458,310, на полное описание которого ссылается данный документ. Согласно фиг.5, первый бустер 36, как правило, включает кожух или корпус 100, снабженный входной или подающей камерой 102 и выпускной камерой 104, сообщающимися друг с другом посредством подающего канала 106 в корпусе 100. Подающая камера 102 имеет с одной стороны подающее отверстие 108, открывающееся наружу корпуса 100. С внутренней стороны подающая камера 102 связана с подающим каналом. Выпускная камера 104 сообщается с подающим каналом 106 с внутренней стороны выпускной камеры 104 и открывается наружу корпуса 100 через выпускное отверстие 110. Подающая камера 102 и подающее отверстие 108 сообщаются с регулятором 82 (схема 3) через подающую магистраль первого бустера 88. Выпускная камера 104 сообщается с приводом 34 через первое соединение 76 (как показано на схеме 3) и непосредственно сообщается с первым каналом 72 привода 34 (на схеме 4, когда бустер 36 непосредственно установлен на приводе 34).
Ограничительный проход байпаса 112 сообщается с выпускным проходом 104 и имеет регулировочный винт 114. Регулировочный винт байпаса 114 может быть настроен так, чтоб позволить малым объемам жидкости проходить от устройства позиционирования 84 через первый бустер 36 к верхней камере 68 привода 34, как оговаривается далее, избегая ввода в действие объемного бустера. Большая разность давлений на первом бустере 36 приведет в действие бустер, как описано ниже.
Подающий клапан 116 расположен в подающей камере 102 и примыкает к подающему каналу 106. Подающий клапан 116 в этом примере выполнен единым целым на части штока 118 и относительно плотно сдвинут в закрытое положение к гнезду 120 подающего канала 106 посредством пружины 122. Пружина 122 является просто предохранительной мерой для обеспечения того, что подающий клапан 116 останется закрытым, когда бустер 36 не функционирует или при сбое в клапанной системе 32.
В этом примере в корпусе над камерами 102 и 104 и подающим каналом 106 предусмотрена полость 124. Первый выпускной канал 126 выполнен сообщающимся с участком выпускной камеры 128 полости 124 и с выпускной камерой 104 ниже по потоку от подающего канала 106. Входной сигнальный канал 130 сообщается гидравлически с подающей магистралью первого бустера 88 от устройства позиционирования 84 и с участком верхней сигнальной камеры 132 полости 124.
Канал байпаса 133 обеспечивает сообщение по текучей среде между проходом байпаса 112 и входным сигнальным каналом 130. Когда устройство позиционирования 84 подает жидкость под давлением в первый бустер 36 через входной сигнальный канал 130, чтобы закрыть клапан 32, жидкость проходит в верхнюю сигнальную камеру 132 и через канал байпаса 133. Если давление жидкости недостаточно велико для того, чтобы привести в действие первый бустер 36, как будет здесь описано, жидкость проходит через канал байпаса 133 ограничительный проход байпаса 112 в выпускную камеру 104. Оттуда жидкость идет к приводу 34 для закрытия клапана 32. Так как первый бустер 36 не был приведен в действие, закрытие клапана 32 занимает достаточно долгое время.
Свободно перемещающаяся мембранная конструкция 134 расположена в полости 124, разделяет полость 124 на выпускную и сигнальную камеры 128 и 132 соответственно и функционирует в качестве дискового клапана 32. Мембранная конструкция 134 включает свободно перемещающийся патрубок 136, помещенный между парой мембран 138 и 140. Верхняя мембрана 138 называется измерительной мембраной и определяет сигнальную камеру 132. Нижняя мембрана 140 называется мембраной обратной связи и определяет выпускную камеру 128. Патрубок 136 имеет центральное отверстие 142 и набор радиальных проходов 144, радиально отходящих от него наружу. Радиальные проходы 144 сообщаются по текучей среде с кольцевым проходом 146, проходящим вокруг патрубка 136 между мембранами 138 и 140. Кольцевой проход 146 далее сообщается по текучей среде с выпускным отверстием 148, открывающимся в атмосферу снаружи корпуса 100.
Выпускной клапан 150 расположен на штоке 118 клапана напротив подающего клапана 116. Второй выпускной канал 152 располагается на дне патрубка 136 и обеспечивает сообщение между выпускной камерой 128 и центральным отверстием 142 патрубка 136. Выпускной клапан 150 прилегает к гнезду 154, чтобы закрыть второй выпускной канал 152. Полость пружины 156 расположена над мембранной конструкцией 134 и вмещает пружину 158, сдвигающую свободно перемещающуюся конструкцию 134 вниз относительно выпускного клапана 150, чтобы закрыть второй выпускной канал 152. Когда выпускной клапан 150 закрыт, выпускная камера 128 не сообщается с выпускным отверстием 148. Когда он открыт, выпускная камера 104 бустера сообщается по текучей среде с выпускным отверстием 148 через выпускную камеру 128 и мембранный патрубок 136.
Второй бустер 38 в основном подобен первому бустеру 36. Альтернативно второй бустер 38 может иметь первый выпускной канал с меньшим поперечным сечением, чем у первого бустера 36. См. патент №7,458,310.
На Фиг.6A и 6B оба бустера 36, 38 включают выпускные соединения байпаса бустера 42, 44, сообщающиеся гидравлически с выпускным отверстием 110. Выпускные соединения байпаса бустера 42, 44 могут размещаться на одной или нескольких сторонах бустеров 36, 38 для разных вариантов монтажа бустеров 36, 38 в блоке управляющего клапана 30.
В соответствии с фиг.7, клапан байпаса 40 может сообщаться гидравлически с выпускными соединениями байпаса бустера 42, 44 первого и второго бустеров 36, 38. Например, соединения 77, 79 могут проходить от выпускных соединений байпаса бустера 42, 44 до клапана байпаса 40. В случае с блоком управляющего клапана 30 схемы 3, соединение может быть проведено от выпускных соединений байпаса бустера 42, 44 первого и второго бустеров 36, 38 к клапану байпаса 40 для выравнивания давлений в верхней и нижней камерах 68, 70 привода 34. Альтернативно, как показано на фиг.4, бустеры 36, 38 могут устанавливаться непосредственно на привод 34. Как детально описано ниже, в нормальном режиме работы клапан байпаса 40 остается закрытым. Но в ручном режиме работы привода 34 клапан байпаса 40 открывается для выравнивания давлений в верхней и нижней камерах 68, 70 для ручного перемещения привода 34. В качестве клапана байпаса 40 может выступать например игольчатый клапан. Альтернативно клапан байпаса 40 может быть пневматическим байпасом.
Дополнительно выпускные соединения байпаса бустера 42, 44 могут использоваться с диагностическими системами устройства позиционирования (не указаны) для наблюдения за текущим давлением в приводе 34.
Как показано на фиг.5, в нормальном режиме устройство позиционирования 84 передает пневматический сигнал, преобразованный из электрических импульсов, исходя из положения привода 34. Сигнал давления передается в сигнальный канал 130 и таким образом сигнальную камеру 132 бустера 36 (первый бустер 36 указывается в данном случае только для примера). Далее, посредством регулятора 82 на подающую камеру 102 поступает неизменный уровень давления. Выпускная камера 104 соединена с приводом 34.
Разность давлений на первом бустере 36 возникает между сигнальной камерой 132 и выпускной камерой 128 и, таким образом, выпускной камерой 104 (через первый выпускной канал 126). Если разность давлений на бустере 36 незначительна, что определяется настройкой обвода бустера в соответствии с требованиями, каждый из клапанов 116 и 150 остается закрытым. Мембранная конструкция 134 будет находиться в неподвижном ненагруженном положении, при этом каждый из клапанов 116 и 150 прижат к соответствующему гнезду 120 и 154. Соответствующие пружины 122 и 158 содействуют сдвигу клапанов 116, 150, закрытых в условиях несущественной или нулевой разности давлений. Существенной разностью давлений является та, которая достаточно велика, чтобы подействовать на мембранную конструкцию 134 либо в верхнем, либо в нижнем направлении, и совместно сдвинуть подающий клапан 116 и выпускной клапан 150, так как каждый из них прикреплен к штоку 118.
В процессе функционирования условие положительной разности давлений выполняется, когда давление существенно больше в сигнальной камере 132 по сравнению с выпускной камерой 104. Устройство позиционирования 84 доставляет сигнал под большим давлением к сигнальному каналу 130. Свободно перемещающуюся мембранную конструкцию 134 толкает вниз разность давлений на выпускном клапане 150, при этом второй выпускной канал 152 удерживается закрытым, а подающий клапан 116 открывается. Таким образом, первый бустер 36 доставляет объем воздуха под давлением в привод 34 из подающей камеры 102 через выпускную камеру 104. Выпуск бустера 36 также оказывает действие на мембранную конструкцию 134 через первый выпускной канал 126. Когда давление в выпускной камере 104 поднимается до уровня давления в сигнальной камере 132, подающий клапан 116 поднимается и закрывается.
Когда давление в сигнальной камере 132 существенно меньше, чем в выпускной камере 104, достигается отрицательная разность давлений. Например, устройство позиционирования 84 может подать корректирующий пневматический входной сигнал на сигнальный канал 130, который находится при сравнительно низком давлении. Свободно перемещающаяся мембранная конструкция 134 и шток 118 клапана поднимутся. Подающий клапан 116, если еще не закрыт, закроет подающий канал 106. После закрытия шток 118 и клапаны 116 и 150 не будут далее двигаться вверх. Обратное давление в выпускной камере 104 сдвигает свободно перемещающуюся мембранную конструкцию 134 далее вверх против силы пружины 158 и открывает второй выпускной канал 152. Воздух в этом примере будет выпущен в атмосферу из выпускной камеры 104 через выпускное отверстие 148.
На фиг.4 и 7 показано, что во время ручной регулировки клапан байпаса 40 гидравлически сообщается с первым и вторым бустерами 36, 38, позволяя верхней и нижней камерам 68 привода 34 сообщаться гидравлически. Соответственно, разность давлений в верхней и нижней камерах может выравняться с помощью клапана байпаса 40.
Например, когда давление в верхней камере 68 ниже, чем в нижней камере 70, открытие клапана байпаса 40 приведет к движению избытка давления в нижней камере 70 к выпускному отверстию бустера 110 второго бустера 38, а в верхнюю камеру 68 - через клапан байпаса 40 и выпускное отверстие бустера 110 первого бустера 36. При достижении равенства давлений в верхней и нижней камерах поршень 58 можно вручную переместить, например ручным маховиком или другим подходящим способом. При ручном режиме работы привода давление в верхней и нижней камерах 68, 70 остается равным благодаря клапану байпаса 40.
Бустеры 36, 38 с выпускными соединениями байпаса бустера 42, 44 позволяют устанавливать бустер 36 непосредственно на привод 34 (как показано на схеме 4). Установка бустера 36, 38 напрямую на привод 34 смещает центр тяжести в середину и может улучшить антивибрационные характеристики. Таким образом, можно избежать необходимости в тройнике 18 и ниппеле 20, которые используются в традиционных схемах байпаса (как показано на фиг.1) для подключения бустеров к приводу и клапану байпаса, что так же исключит появление канала утечки. В дополнение к этому, устройство байпаса 31 в данном изобретении позволит сократить расходы и время на сборку. В данном документе устройство байпаса 31 предполагает использование первого и второго бустеров 36, 38. Но предлагаемое изобретение позволяет применять любое количество бустеров, равно как и один бустер.
Вышеизложенный текст приводит подробное описание различных вариантов реализации данного изобретения, и следует понимать, что правовые рамки изобретения ограничены формулой изобретения, приложенной в конце настоящего патентной заявки. Подробное описание следует понимать исключительно в целях примера, оно не отражает все возможные варианты реализации данного изобретения, поскольку такое описание, даже при возможности его осуществления является нецелесообразным. Различные варианты реализации могут иметь место в условиях существующих технологий и технологий, развитых после даты подачи данной заявки, что, по-прежнему, будет подпадать под действие притязаний, определенных данным изобретением.