УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ СООБЩЕНИЯ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ МЕХАНИЗМУ
DEVICE AND METHOD FOR COMMUNICATING LINEAR MOVEMENT TO A MECHANISM

Ссылка на родственную заявку
По настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с предварительной заявкой №62/118,623, поданной 20 февраля 2015 года, содержание которой полностью включено в настоящую заявку посредством ссылки.
Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Настоящее изобретение относится к системе пневматического привода. В частности, настоящее изобретение относится к системе и способу сообщения линейного перемещения промышленному механизму.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Промышленные системы управления обычно используются для контроля состояния промышленного оборудования, такого как энергетическое оборудование и оборудование для транспортировки нефти и газа, и управления этим оборудованием, а также для контроля протекания технологических процессов, таких как фармацевтические процессы, процессы нефтепереработки и химического обогащения, и управления этими процессами. Для оказания управляющих воздействий при установке органов управления в требуемое положение в промышленных системах управления используются, в основном, такие исполнительные механизмы, как запорно-регулирующая арматура. Из соображений безопасности и в целях повышения эффективности установки органов управления в требуемое положение в некоторых промышленных системах управления упор делается на исполнительные механизмы с пневматическим приводом. Большое число промышленного оборудования функционирует, а многие технологические процессы протекают в непрерывном режиме в течение длительного периода времени, поскольку остановы и повторные запуски оборудования и технологических процессов связаны с дополнительными издержками. Особенно дорого обходятся и носят разрушительный характер незапланированные остановы оборудования или прерывание технологических процессов. Таким образом, для предотвращения дорогостоящих простоев оборудования и прерывания технологических процессов требуются высоконадежные органы управления с пневматическим приводом.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
В примере 1 осуществления настоящего изобретения устройство, предназначенное для сообщения линейного перемещения механизму, состоящему из неподвижной части и подвижной части, содержит множество блоков пневматического линейного привода, динамическое соединительное звено привода и статическое соединительное звено привода. Каждый из множества блоков пневматического линейного привода состоит из статической части и динамической части; при этом динамическая часть перемещается линейно относительно статической части. Динамическое соединительное звено привода выполнено с возможностью соединения динамической части каждого из множества блоков пневматического линейного привода с подвижной частью механизма. Статическое соединительное звено привода выполнено с возможностью соединения статической части каждого из множества блоков пневматического линейного привода с неподвижной частью механизма. Предусмотрена возможность сообщения линейного перемещения механизму рядом блоков пневматического линейного привода, в котором одним блоком меньше, чем во всем множестве блоков пневматического линейного привода. Каждый из множества блоков пневматического линейного привода выполнен с возможностью селективного подсоединения и отсоединения динамического соединительного звена привода и статического соединительного звена привода.
В примере 2 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 1, в котором указанный механизм представляет собой регулирующий клапан, подвижной частью которого является шток клапана, а неподвижной частью - крышка клапана.
В примере 3 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 2, в котором статическое соединительное звено привода выполнено заодно с крышкой клапана.
В примере 4 осуществления настоящего изобретения представлено устройство по любому из предшествующих примеров 2 и 3, в котором динамическое соединительное звено привода выполнено заодно со штоком клапана.
В примере 5 осуществления настоящего изобретения представлено устройство по любому из предшествующих примеров 1-4, в котором каждый из множества блоков привода включает в себя первый элемент; второй элемент; множество линейных направляющих, соединяющих первый элемент со вторым элементом; множество линейных опор, выполненных с возможностью перемещения вдоль множества линейных направляющих; поступательно перемещающийся элемент, соединенный с множеством линейных опор; гидравлический привод, соединяющий поступательно перемещающийся элемент с первым элементом; и пневмофитинг, соединенный с гидравлическим приводом. Пневмофитинг выполнен с возможностью подключения гидравлического привода к пневмолинии. Поступательно перемещающийся элемент является динамической частью блока пневматического линейного привода, а второй элемент является статической частью блока пневматического линейного привода.
В примере 6 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 5, дополнительно содержащее пневматический регулятор, выполненный с возможностью селективного подключения и отключения каждого из множества блоков пневматического линейного привода. Этот регулятор выполнен с возможностью управления срабатыванием множества блоков пневматического линейного привода.
В примере 7 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 6, в котором пневматический регулятор содержит процессор, выполненный с возможностью приема управляющего входного сигнала; датчик положения, электрически связанный с процессором; и пневматическое регулирующее устройство, электрически связанное с процессором. Датчик положения выполнен с возможностью считывания данных о положении подвижной части механизма относительно неподвижной части механизма. Пневматическое регулирующее устройство выполнено с возможностью подключения подачи сжатого газа к множеству пневматических линейных приводов, а также с возможностью плавного изменения давления сжатого газа, подаваемого на множество пневматических линейных приводов, при поступлении соответствующего электрического сигнала с процессора. Электрический сигнал с процессора определяется, по меньшей мере, управляющим входным сигналом и считанным положением подвижной части механизма относительно неподвижной части механизма.
В примере 8 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 7, в котором пневматический регулятор дополнительно содержит датчик давления, электрически связанный с процессором и выполненный с возможностью считывания давления сжатого газа, подаваемого на множество пневматических линейных приводов; при этом электрический сигнал с процессора дополнительно определяется считанным давлением сжатого газа, который подается на множество пневматических линейных приводов.
В примере 9 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 6, в котором первый элемент представляет собой первую пластину, второй элемент представляет собой вторую пластину, а поступательно перемещающийся элемент представляет собой поступательно перемещающуюся пластину; при этом каждый из множества блоков привода дополнительно содержит смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения смещающего усилия, противодействующего усилию, которое прикладывается гидравлическим приводом между первой пластиной и поступательно перемещающейся пластиной.
В примере 10 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 9, в котором каждый из множества блоков привода дополнительно содержит резьбовую цилиндрическую стойку с гайкой. Резьбовая стойка соединена одним концом с поступательно перемещающейся пластиной и выступает в направлении первой пластины. Эта стойка содержит полое внутреннее пространство по своей длине и наружную поверхность с резьбой, занимающей, по меньшей мере, часть длины стойки. Гайка выполнена с возможностью вступления своей резьбой в зацепление с витками резьбы стойки. Смещающий элемент располагается между гайкой и первой пластиной таким образом, что смещающее усилие регулируется за счет навинчивания/свинчивания гайки по длине стойки.
В примере 11 осуществления настоящего изобретения представлено устройство по любому из предшествующих примеров 9 и 10, в котором каждый из множества блоков привода дополнительно содержит датчик положения, электрически связанный с пневматическим регулятором и выполненный с возможностью считывания данных о положении поступательно перемещающейся пластины.
В примере 12 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 11, в котором пневматический регулятор содержит процессор и пневматическое регулирующее устройство. Процессор выполнен с возможностью приема управляющего входного сигнала; при этом он электрически связан с датчиком положения каждого из множества блоков привода. Пневматическое регулирующее устройство электрически связано с процессором. Пневматическое регулирующее устройство выполнено с возможностью подключения подачи сжатого газа к множеству пневматических линейных приводов, а также с возможностью плавного регулирования давления сжатого газа, подаваемого на множество пневматических линейных приводов, при поступлении соответствующего электрического сигнала с процессора. Электрический сигнал с процессора определяется, по меньшей мере, управляющим входным сигналом и считанным положением поступательно перемещающейся пластины каждого из множества блоков пневматического линейного привода.
В примере 13 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 12, в котором каждый из множества блоков привода дополнительно содержит датчик давления, электрически связанный с процессором и выполненный с возможностью считывания данных о давлении сжатого газа, подаваемого на пневматический линейный привод; при этом электрический сигнал с процессора дополнительно определяется считанным давлением сжатого газа, который подается на каждый из множества пневматических линейных приводов.
В примере 14 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 1, в котором каждый из множества блоков привода содержит первый элемент; второй элемент; множество линейных направляющих, соединяющих первый элемент со вторым элементом; множество линейных опор, выполненных с возможностью перемещения вдоль множества линейных направляющих; поступательно перемещающийся элемент, соединенный с множеством линейных опор; гидравлический привод, соединяющий поступательно перемещающийся элемент с первым элементом; первый пневмофитинг, соединенный с гидравлическим приводом; и пневматический регулятор. Первый пневмофитинг выполнен с возможностью селективного подключения блока пневматического линейного привода к подаче сжатого газа. Пневматический регулятор выполнен с возможностью селективного подключения блока пневматического линейного привода к управляющему входному сигналу. Пневматический регулятор содержит процессор, выполненный с возможностью приема управляющего входного сигнала; датчик положения, электрически связанный с процессором и выполненный с возможностью считывания данных о положении поступательно перемещающегося элемента; и пневматическое регулирующее устройство, электрически связанное с процессором. Пневматическое регулирующее устройство выполнено с возможностью подключения подачи сжатого газа из пневмолинии к множеству пневматических линейных приводов. Пневматическое регулирующее устройство также выполнено с возможностью плавного регулирования давления сжатого газа, подаваемого на пневматический линейный привод, при получении соответствующего электрического сигнала с процессора. Электрический сигнал с процессора определяется, по меньшей мере, управляющим входным сигналом и считанным положением поступательно перемещающегося элемента.
В примере 15 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 14, в котором первый элемент представляет собой первую пластину, второй элемент представляет собой вторую пластину, а поступательно перемещающийся элемент представляет собой поступательно перемещающуюся пластину; при этом каждый из множества блоков привода дополнительно содержит смещающий элемент, выполненный с возможностью приложения смещающего усилия, противодействующего усилию, которое прикладывается гидравлическим приводом между первой пластиной и поступательно перемещающейся пластиной.
В примере 16 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 15, в котором каждый из множества блоков привода дополнительно содержит резьбовую цилиндрическую стойку с гайкой. Резьбовая стойка соединена одним концом с поступательно перемещающейся пластиной и выступает в направлении первой пластины. Эта стойка содержит полое внутреннее пространство по своей длине и наружную поверхность с резьбой, занимающей, по меньшей мере, часть длины стойки. Гайка выполнена с возможностью вступления своей резьбой в зацепление с витками резьбы стойки. Смещающий элемент располагается между гайкой и первой пластиной таким образом, что смещающее усилие регулируется за счет навинчивания/свинчивания гайки по длине стойки.
В примере 17 осуществления настоящего изобретения представлено устройство по любому из предшествующих примеров 14-16, в котором каждый из множества блоков пневматического линейного привода дополнительно содержит датчик давления, электрически связанный с процессором и выполненный с возможностью считывания данных о давлении сжатого газа, подаваемого на гидравлический привод; при этом электрический сигнал с процессор дополнительно определяется считанным давлением сжатого газа, который подается на гидравлический привод.
В примере 18 осуществления настоящего изобретения представлено устройство по любому из предшествующих примеров 14-17, в котором процессоры каждого из множества блоков пневматического линейного привода электрически связаны с локальной цепью управления для приема управляющего входного сигнала.
В примере 19 осуществления настоящего изобретения представлено устройство, описанное в примере 18, в котором один из множества блоков пневматического линейного привода подает управляющий входной сигнал на каждый из множества остальных блоков пневматического линейного привода.
В примере 20 осуществления настоящего изобретения представлено устройство по любому из предшествующих примеров 14-19, дополнительно содержащее общую магистраль, выполненную с возможностью обеспечения пневматического соединения каждого из множества блоков привода с гидравлическими приводами. Каждый из множества блоков привода дополнительно содержит второй пневмофитинг, соединенный с гидравлическим приводом; при этом второй пневмофитинг выполнен с возможностью селективного подключения блока пневматического линейного привода к общей магистрали. Пневматический регулятор дополнительно содержит первый пневмоклапан для селективного подключения гидравлического привода к подаче сжатого газа и второй пневмоклапан для селективного подключения гидравлического привода к общей магистрали.
В примере 21 осуществления настоящего изобретения способ сообщения линейного перемещения механизму, состоящему из подвижной части и неподвижной части, предусматривает подсоединение множества блоков пневматического линейного привода к механизму; подключение подачи сжатого газа к каждому из множества блоков пневматического линейного привода; и плавное изменение давления сжатого газа, подаваемого на множество пневматических линейных приводов для сообщения линейного перемещения механизму. Подсоединение множества блоков пневматического линейного привода к механизму предусматривает соединение динамической части каждого блока пневматического линейного привода к подвижной части механизма и соединение статической части каждого блока пневматического линейного привода к неподвижной части механизма. Предусмотрена возможность сообщения линейного перемещения механизму рядом блоков пневматического линейного привода, в котором одним блоком меньше, чем во всем множестве блоков пневматического линейного привода.
В примере 22 осуществления настоящего изобретения представлен способ, описанный в примере 21, дополнительно предусматривающий замену одного из множества блоков пневматического линейного привода при плавном регулировании давления в остальных блоках из множества блоков пневматического линейного привода для сообщения непрерывного линейного перемещения механизму.
В примере 23 осуществления настоящего изобретения представлен способ, описанный в примере 22, в котором один из множества блоков пневматического линейного привода представляет собой один отказавший или аварийный блок из множества блоков пневматического линейного привода; при этом замена предусматривает идентификацию отказавшего или аварийного блока из числа множества блоков пневматического линейного привода, подлежащего замене; отключение подачи сжатого газа к идентифицированному блоку пневматического линейного привода; отсоединение идентифицированного блока пневматического линейного привода от механизма; подсоединение сменного блока пневматического линейного привода к механизму; и подключение подачи сжатого газа к сменному блоку пневматического линейного привода. Отсоединение идентифицированного блока пневматического линейного привода от механизма предусматривает отсоединение динамической части блока пневматического линейного привода от подвижной части механизма и отсоединение статической части блока пневматического линейного привода от неподвижной части механизма. Подсоединение сменного блока пневматического линейного привода к механизму предусматривает подсоединение динамической части сменного блока пневматического линейного привода к подвижной части механизма и подсоединение статической части сменного блока пневматического линейного привода к неподвижной части механизма.
Хотя в настоящем документе раскрыто множество вариантов осуществления настоящего изобретения, специалистам в данной области техники станут очевидными и иные варианты его осуществления после ознакомления с последующим подробным описанием, в котором показаны и описаны иллюстративные варианты осуществления заявленного изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание следует рассматривать как носящие иллюстративный, а не ограничительный характер.
Краткое описание фигур
На фиг. 1А и 1В показаны схематические поперечные сечения устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 2 показано схематическое поперечное сечение еще одного устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 3 показано схематическое поперечное сечение еще одного устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 4 показано схематическое изображение устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
На фиг. 5 показано схематическое поперечное сечение еще одного устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.
Хотя настоящее изобретение обеспечивает возможность внесения в него различных модификаций и может быть реализовано в самых разных формах, ниже представлены на чертежах и подробно описаны в качестве примера конкретные варианты его осуществления. Однако заявленное изобретение не ограничивается этими конкретными описанными вариантами его осуществления. Напротив, предполагается, что заявленное изобретение охватывает все возможные модификации, эквиваленты и альтернативные варианты, входящие в его объем, который определяется прилагаемой формулой изобретения.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
Более полное понимание заявленного изобретения достигается после ознакомления с последующим подробным описанием различных аспектов и вариантов его осуществления. Предполагается, что последующее подробное описание настоящего изобретения носит исключительно иллюстративный, а не ограничительный характер.
На фиг. 1А и 1В показаны схематические поперечные сечения примера линейного приводного устройства, соединенного с механизмом, который предназначен для сообщения линейного перемещения этому механизму, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 1А показано линейное приводное устройство 10, соединенное с механизмом 12. Линейное приводное устройство 10 может содержать множество блоков 14 пневматического линейного привода (на фиг. 1А показано два таких блока), динамическое соединительное звено 16 привода, статическое соединительное звено 18 привода и пневматический регулятор 20. Механизм 12 может представлять собой нормально закрытый регулирующий клапан, включающий в себя корпус 22, крышку 24 и пружину 28 клапана. Крышка 24 соединена с корпусом 22 клапана для направления движения штока 26, а также для уплотнения внутреннего пространства корпуса 22 клапана. Пружина 28 клапана выполнена с возможностью приложения смещающего усилия с целью удержания штока 26 в закрытом положении при отсутствии противодействия какого-либо усилия, прилагаемого линейным приводным устройством 10. Таким образом, шток 26 может представлять собой подвижную часть механизма 12, а крышка 24 может выступать в качестве неподвижной части механизма 12; при этом предполагается, что термин «неподвижный» означает не полное отсутствие движения, а по существу неподвижное или относительно неподвижное положение в сравнении с подвижным положением подвижной части. Кроме того, что также показано на фиг. 1А, динамическое соединительное звено 16 привода выполнено с возможностью соединения каждого из множества блоков 14 пневматического линейного привода с подвижной частью механизма 12, т.е. со штоком 26; а статическое соединительное звено 18 привода выполнено с возможностью соединения каждого из множества блоков 14 пневматического линейного привода с неподвижной частью механизма 12, т.е. с крышкой 24. Термин «статический» означает не полное отсутствие движения или изменчивости положения, а по существу статическое или относительно статическое положение в сравнении с динамическим положением динамического соединительного звена 16 привода. В варианте осуществления настоящего изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 1А, динамическое соединительное звено 16 привода соединено со штоком 26 клапана с помощью гайки и болта или иного крепежного приспособления. В других вариантах осуществления настоящего изобретения динамическое соединительное звено 16 привода может быть выполнено заодно со штоком 26 клапана. В варианте осуществления настоящего изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 1А, статическое соединительное звено 18 привода выполнено заодно с крышкой 24. В других вариантах осуществления настоящего изобретения статическое соединительное звено 18 привода может быть соединено с крышкой 24 с помощью гайки и болта или иной крепежной детали или приспособления.
Все блоки 14 пневматического линейного привода могут быть по существу одинаковыми, как это показано на фиг. 1А и 1В, где проиллюстрированы варианты осуществления настоящего изобретения. Каждый из множества блоков 14 пневматического линейного привода может включать в себя первый элемент или пластину 30, второй элемент или пластину 32, множество линейных направляющих 34 (показано по две таких направляющих для каждого блока 14 пневматического линейного привода), множество линейных опор 36 (показано по две таких опоры для каждого блока 14 пневматического линейного привода), поступательно перемещающийся элемент или пластину 38, гидравлический привод 40, пневмофитинг 42 и спускной клапан 44. Множество линейных направляющих 34 может соединять первый элемент 30 со вторым элементом 32. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения для соединения первого элемента со вторым элементом 32 используются три линейных направляющих 34. Каждая из множества линейных опор 36 выполнена с возможностью перемещения вдоль одной из множества линейных направляющих 34. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может быть предусмотрено три линейных опоры 36. С множеством линейных опор 36 может быть соединен поступательно перемещающийся элемент 38. Второй элемент 32 может представлять собой статическую часть блока 14 пневматического линейного привода. Поступательно перемещающийся элемент 38 может представлять собой динамическую часть блока 14 пневматического линейного привода. Поступательно перемещающийся элемент 38 или динамическая часть выполнена с возможностью линейного перемещения относительно второго элемента 32 или статической части по мере того, как множество линейных опор 36, соединенных с поступательно перемещающимся элементом 38, перемещается вдоль множества линейных направляющих 34, соединенных со вторым элементом 32.
Как также показано на фиг. 1А, динамическое соединительное звено 16 привода может быть выполнено с возможностью соединения поступательно перемещающегося элемента 38 каждого из блоков 14 пневматического линейного привода со штоком 26 механизма 12. Статическое соединительное звено 18 привода может быть выполнено с возможностью соединения второго элемента 32 каждого из блоков 14 пневматического линейного привода с крышкой 24 механизма 12.
Гидравлический привод 40 может соединять поступательно перемещающийся элемент 38 с первым элементом 30. Пневмофитинг 42 может селективно подключать гидравлический привод 40 к регулируемому давлению, как это описано ниже. Пневмофитинг 42 может представлять собой фитинг любого типа, пригодный для обеспечения надежного подсоединения и отсоединения блока 14 пневматического линейного привода от пневмолинии, например, фитинг быстрого рассоединения или нарезной фитинг. Спускной клапан 44 может селективно соединять гидравлический привод 40 с окружающей средой. Гидравлический привод 40 может представлять собой привод, работающий на растяжение, такой как привод «Fluidic Muscle» от компании Festo Corporation. Гидравлический привод 40 можно также назвать «воздушным мускулом». Гидравлический привод 40 может представлять собой полую трубчатую конструкцию с гибкими, но по существу неупругими стенками. По мере возрастания давления между гибких стенок гидравлического привода 40 эти гибкие стенки выдавливаются наружу. При выдавливании наружу гибких стенок между противоположными концами гидравлического привода 40 возникает растягивающее усилие. Гидравлический привод 40 выполнен с возможностью создания большого растягивающего усилия, форм-фактор которого характеризуется относительно небольшой площадью поперечного сечения в направлении, перпендикулярном растягивающему усилию.
Как также показано на фиг. 1А, пневматический регулятор 20 может содержать процессор 46, датчик 48 положения, пневматическое регулирующее устройство 50, множество магистральных запорных клапанов 52 (два из них показаны на фиг. 1А) и пневматическую управляющую линию или магистраль 54. Пневматический регулятор 20 может необязательно содержать датчик 56 давления. Процессор 46 может быть электрически связан с управляющим входом С, датчиком 48 положения, пневматическим регулирующим устройством 50 и датчиком 56 давления. Управляющий вход С может быть электрически связан с промышленной системой управления (не показана) для приема с нее управляющего сигнала. Процессор 46 может представлять собой электронный микропроцессор. Пневматическое регулирующее устройство 50 может пневматически подключать подачу S сжатого газа к пневматической управляющей линии 54. Линия S подачи сжатого газа может подавать газ любого типа под давлением, достаточно высоким для приведения в действие линейного приводного устройства 10. Пневматическая управляющая линия 54 может быть пневматически соединена с пневмофитингом 42. Каждый из множества магистральных запорных клапанов 52 располагается между пневматической управляющей линией 54 и пневмофитингом 42 каждого соответствующего блока из числа множества блоков 14 пневматического линейного привода. За счет селективного открытия или закрытия одного из множества магистральных запорных клапанов 52 соответствующий блок 14 из числа множества блоков 14 пневматического линейного привода может селективно подключаться к пневматической управляющей линии 54 или отсекаться от указанной линии.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения пневматическое регулирующее устройство 50 может содержать преобразователь 58 тока в давление (I/P-преобразователь или преобразователь I/P) и объемный бустер 60. Преобразователь I/P (58) электрически связан с процессором 46 и пневматически соединяет линию S подачи сжатого газа с объемным бустером 60. Объемный бустер 60 также пневматически напрямую соединен с линией S подачи сжатого газа и пневматической управляющей линией 54.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения датчик 48 положения может представлять собой, например, линейный потенциометр, электрически связанный с динамическим соединительным звеном 16 привода и статическим соединительным звеном 18 привода для выдачи электрического сигнала, указывающего на положение динамического соединительного звена 16 привода относительно статического соединительного звена 18 привода. В других вариантах осуществления настоящего изобретения датчик 48 положения может представлять собой, например, емкостной датчик или электромагнитный датчик магнитного потока (датчик на эффекте Холла), физически соединенный или с динамическим соединительным звеном 16 привода, или со статическим соединительным звеном 18 привода, и выполненный с возможностью емкостного считывания относительного положения другого соединительного звена привода из числа динамического соединительного звена 16 привода и статического соединительного звена 18 привода.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, где предусмотрен необязательный датчик 56 давления, в этом датчике 56 давления может быть использована любая известная технология считывания давления; в том числе, например, может быть использован пьезорезистивный тензодатчик, емкостной или электромагнитный датчик. Датчик 56 давления может быть пневматически соединен с пневматической управляющий линией 54 для выдачи электрического сигнала, указывающего на давление в пневматической управляющей линии 54. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения датчик 56 давления может представлять собой датчик абсолютного давления, а электрический сигнал может указывать на абсолютное давление в пневматической управляющей линии 54. В других вариантах осуществления настоящего изобретения датчик 56 давления может представлять собой датчик манометрического давления, а электрический сигнал может указывать на разность между давлением в пневматической управляющей линии 54 и давлением окружающей среды.
В ходе работы процессор 46 пневматического регулятора 20 может получать с управляющего входа С управляющие сигналы, указывающие на требуемый уровень срабатывания механизма 12, например, на повышение уровня срабатывания путем перемещения штока 26 в сторону от полностью закрытого положения. Процессор 46 посылает электрический сигнал на I/Р-преобразователь 58 пневматического регулирующего устройства 50. Этот электрический сигнал может определяться сигналом с управляющего входа С, электрическим сигналом с датчика 48 положения и необязательно сигналом с датчика 56 давления. Преобразователь I/P (58) плавно изменяет давление в линии S подачи сжатого газа при поступлении соответствующего сигнала с процессора 46 для выдачи пневматического управляющего сигнала на объемный бустер 60. Пневматический управляющий сигнал с I/Р-преобразователя 58 повышает давление, подаваемое объемным бустером 60 из линии S подачи сжатого газа в пневматическую управляющую линию 54.
Каждый из множества магистральных запорных клапанов 52 может находиться в открытом положении, вследствие чего давление, повышенное пневматическим регулирующим устройством 50, подается из пневматической управляющей линии 54 в гидравлический привод 40 каждого из блоков 14 пневматического линейного привода через пневмофитинг 42. В каждом блоке 14 пневматического линейного привода повышенное давление, подаваемое из пневматической управляющей линии 54, повышает давление в гидравлическом приводе 40, создавая растягивающее усилие между его противоположными концами. Как было указано выше, гидравлический привод 40 может соединять поступательно перемещающийся элемент 38 с первым элементом 30. Таким образом, растягивающее усилие, создаваемое гидравлическим приводом 40, толкает поступательно перемещающийся элемент 38 в направлении первого элемента 30 и в сторону от второго элемента 32. Движение поступательно перемещающегося элемента 38 в направлении первого элемента 30 и в сторону от второго элемента 32 каждого из множества блоков 14 пневматического линейного привода также перемещает динамическое соединительное звено 16 привода в сторону от статического соединительного звена 18 привода. Растягивающее усилие, создаваемое множеством модулей 14 пневматического линейного привода, достаточно для преодоления смещающего усилия пружины 28 клапана и смещения штока 26 клапана в сторону от полностью закрытого положения.
Точное регулирование положения штока 26 может осуществляться с помощью электрического сигнала с датчика 48 положения. Этот электрический сигнал представляет собой сигнал обратной связи, указывающий на положение динамического соединительного звена 16 привода относительно статического соединительного звена 18 привода. Процессор 46 может регулировать электрический сигнал, посылаемый на I/Р-преобразователь 58 для повышения или уменьшения давления, подаваемого на множество блоков 14 пневматического линейного привода, регулируя, соответственно, положение штока 26.
В необязательном варианте дополнительная точная регулировка давления, подаваемого на гидравлический привод 40, может осуществляться с помощью электрического сигнала с датчика 56 давления. Этот электрический сигнал представляет собой сигнал обратной связи, указывающий на давление в пневматической управляющей линии 54. Электрический сигнал, посылаемый на I/P-преобразователь 58, может регулироваться процессором 46 для дополнительного плавного изменения давления, подаваемого объемным бустером 60 из линии S подачи сжатого газа в пневматическую управляющую линию 54.
Вариант осуществления линейного приводного устройства 10, показанный на фиг. 1А, содержит два модуля 14 пневматического линейного привода, которые вместе сообщают линейное перемещение механизму 12 во всем рабочем диапазоне перемещения штока 26, вследствие чего расход через корпус 22 клапана может варьироваться от нулевого при полностью закрытом клапане до максимального при полностью открытом клапане. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения линейное приводное устройство 10 выполнено таким образом, что линейное перемещение механизму 12 может сообщать ряд блоков 14 пневматического линейного привода, в котором на один блок 14 меньше, чем во всем множестве блоков 14 пневматического линейного привода. Эта способность «горячей замены» дает большое преимущество в том плане, что при выходе из строя одного из блоков 14 пневматического линейного привода он может быть заменен без прерывания работы линейного приводного устройства 10 и без утраты возможности управления механизмом 12. Например, после выявления вышедшего из строя или аварийного блока 14 пневматического линейного привода его замена начинается с отсоединения или отсечения этого блока 14 пневматического линейного привода от подачи сжатого газа пневматическим регулятором 20. Это делается путем закрытия магистрального запорного клапана 52 для заменяемого блока 14 пневматического линейного привода. Затем может быть открыт спускной клапан 44 для сброса внутреннего давления, после чего пневмофитинг 42 блока 14 пневматического линейного привода, подлежащего замене, может быть отсоединен от пневматической управляющей линии 54. После закрытия магистрального запорного клапана 52 и открытия спускного клапана 44 пневматически отключенный блок 14 пневматического линейного привода будет оказывать незначительное или нулевое влияние на работу всего линейного приводного устройства 10. Затем подлежащей замене блок 14 пневматического линейного привода может быть физически отсоединен от линейного приводного устройства 10 путем отсоединения поступательно перемещающегося элемента 38 от динамического соединительного звена 16 привода и отсоединения второго элемента 32 от статического соединительного звена 18 привода. Результат этих операций показан на фиг. 1В, где отсутствует один из множества блоков 14 пневматического линейного привода, а соответствующий магистральный запорный клапан 52 закрыт, гак что пневматический регулятор 20 может продолжать свою работу по управлению оставшимся блоком 14 пневматического линейного привода и механизмом 12.
Установка сменного блока 14 пневматического линейного привода осуществляется путем соединения второго элемента 32 со статическим соединительным звеном 18 привода и соединения поступательно перемещающегося элемента 38 с динамическим соединительным звеном 16 привода с целью физического подсоединения сменного блока 14 пневматического линейного привода. После этого к пневматической управляющей линии 54 может быть подсоединен пневмофитинг 42 сменного блока 14 пневматического линейного привода, а спускной клапан 44 - закрыт.Далее может быть открыт магистральный запорный клапан 52 для сменного блока 14 пневматического линейного привода с целью подключения сменного блока 14 пневматического линейного привода к линии подачи сжатого газа пневматическим регулятором 20. Результат этих операций показан на фиг. 1А. Таким образом, вышедший из строя или аварийный блок 14 пневматического линейного привода может быть заменен без прерывания работы механизма 12.
В варианте осуществления настоящего изобретения, который проиллюстрирован на фиг. 1А и 1В, линейное перемещение механизму 12 способен сообщать один блок 14 пневматического линейного привода, что на один блок меньше, чем два блока 14 пневматического линейного привода, которые предусмотрены в этом варианте осуществления настоящего изобретения. В других вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых множество блоков 14 пневматического линейного привода состоит, например, из трех блоков 14 пневматического линейного привода, необходимо лишь два блока 14 пневматического линейного привода для сообщения линейного перемещения механизму 12. В некоторых других вариантах осуществления настоящего изобретения, в которых множество блоков 14 пневматического линейного привода состоит, например, из n-ого количества блоков 14 пневматического линейного привода, достаточным количеством блоков 14 пневматического линейного привода для сообщения линейного перемещения механизму 12 является число на одно меньше числа n при этом n может представлять собой любое число больше единицы.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения длительная эксплуатация линейного приводного устройства 10 с числом работающих блоков 14 пневматического линейного привода на одно меньше числа n, может оказаться нецелесообразной. Однако в течение относительно небольших периодов времени, например, в течение времени, достаточном для выявления отказа одного из множества блоков 14 пневматического линейного привода и его замены, как это описано выше, эксплуатация всего устройства 10 с числом работающих блоков 14 пневматического линейного привода на одно меньше числа n, не приводит к чрезмерному нагружению блоков 14 пневматического линейного привода.
На фиг. 2 показано схематическое поперечное сечение еще одного линейного приводного устройства, соединенного с механизмом для сообщения этому механизму линейного перемещения, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 2 проиллюстрировано линейное приводное устройство 110, соединенное с механизмом 112. Линейное приводное устройство 110 может содержать множество блоков 114 пневматического линейного привода (на фиг. 2 показаны два из них), динамическое соединительное звено 16 привода, статическое соединительное звено 18 привода и пневматический регулятор 120. Механизм 112 может быть идентичен механизму 12, описанному выше в привязке к фиг. 1А, за исключением того, что он не содержит пружину 28 клапана. Динамическое соединительное звено 16 привода и статическое соединительное звено 18 привода могут быть такими же, что и аналогичные элементы, описанные выше в привязке к фиг. 1А.
Все блоки из множества блоков 114 пневматического линейного привода могут быть по существу одинаковыми. Блок 114 пневматического линейного привода может быть идентичен блоку 14 пневматического линейного привода, описанному выше, за исключением того, что каждый из блоков 114 пневматического линейного привода может дополнительно содержать смещающий элемент 128, датчик 148 положения, датчик 156 давления и резьбовую стойку 170 с резьбовой гайкой 172.
Датчик 148 положения может быть идентичен датчику 48 положения, описанному выше в привязке к фиг. 1А, за исключением того, что датчик 148 положения может быть физически соединен с поступательно перемещающимся элементом 38 и с одной из множества линейных направляющих 34 для выдачи электрического сигнала, указывающего на положение динамического соединительного звена 16 привода относительно статического соединительного звена 18 привода. Датчик 148 положения в каждом из множества блоков 114 пневматического линейного привода может быть электрически связан с процессором 46.
Датчик 156 давления может быть идентичен датчику 56 давления, описанному выше в привязке к фиг. 1А, за исключением того, что датчик 156 давления может быть выполнен с возможностью выдачи электрического сигнала, указывающего на давление между пневмофитингом 42 и гидравлическим приводом 40. Датчик 156 давления в каждом из множества блоков 114 пневматического линейного привода может быть электрически связан с процессором 46.
В качестве смещающего элемента 128 может выступать пружина, такая как винтовая пружина, или иное упругое приспособление. Смещающий элемент 128 может быть выполнен с возможностью приложения смещающего усилия между поступательно перемещающимся элементом 38 и первым элементом 30, противодействуя растягивающему усилию, которое создается гидравлическим приводом 40.
Как показано на фиг.2, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения резьбовая стойка 170 может представлять собой полую трубчатую конструкцию, открытую с обоих концов. Резьбовая стойка 170 может характеризоваться наличием полого внутреннего пространства по всей своей длине и внешней поверхности с резьбой, занимающей, по меньшей мере, часть всей длины резьбовой стойки 170. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения резьбовая стойка 170 может быть соединена одним из своих концов с поступательно перемещающимся элементом 38 и выступать в направлении первого элемента 30. Резьбовая гайка 172 может быть выполнена с возможностью вступления своей резьбой в зацепление с витками резьбы на наружной поверхности резьбовой стойки 170. Смещающий элемент 128 может располагаться между резьбовой гайкой 172 и первым элементом 30 для приложения смещающего усилия между поступательно перемещающимся элементом 38 и первым элементом 30, противодействуя растягивающему усилию, которое создается гидравлическим приводом 40. Величина смещающего усилия может регулироваться путем навинчивания/свинчивания резьбовой гайки 172 по длине резьбовой стойки 170.
Пневматический регулятор 120 может быть идентичен пневматическому регулятору 20, описанному выше в привязке к фиг. 1А, за исключением того, что он не содержит датчик 48 положения или датчик 56 давления, поскольку датчик 148 положения и датчик 156 давления могут быть включены в каждый из множества блоков 114 пневматического линейного привода.
В ходе работы процессор 46 пневматического регулятора 120 может получать с управляющего входа С управляющие сигналы, указывающие на требуемый уровень срабатывания механизма 12, например, на повышение уровня срабатывания путем перемещения штока 26 в сторону от полностью закрытого положения. Процессор 46 посылает электрический сигнал на I/Р-преобразователь 58 пневматического регулирующего устройства 50. Этот электрический сигнал может определяться сигналом с управляющего входа С, электрическими сигналами с каждого из датчиков 148 положения и электрическими сигналами с каждого из датчиков 156 давления. Преобразователь I/P (58) плавно изменяет давление в линии S подачи сжатого газа при поступлении соответствующего электрического сигнала с процессора 46 для выдачи пневматического управляющего сигнала на объемный бустер 60. Пневматический управляющий сигнал с I/Р-преобразователя 58 повышает давление, подаваемое объемным бустером 60 из линии S подачи сжатого газа в пневматическую управляющую линию 54.
Каждый из множества магистральных запорных клапанов 52 может находиться в открытом положении, вследствие чего давление, повышенное пневматическим регулирующим устройством 50, подается из пневматической управляющей линии 54 в гидравлический привод 40 каждого из блоков 114 пневматического линейного привода через пневмофитинг 42. В каждом блоке 114 пневматического линейного привода повышенное давление, подаваемое из пневматической управляющей линии 54, повышает давление в гидравлическом приводе 40, создавая растягивающее усилие между его противоположными концами. Растягивающее усилие, создаваемое гидравлическим приводом 40, толкает поступательно перемещающийся элемент 38 в направлении первого элемента 30 и в сторону от второго элемента 32. Движение поступательно перемещающегося элемента 38 в направлении первого элемента 30 и в сторону от второго элемента 32 каждого из множества блоков 114 пневматического линейного привода также перемещает динамическое соединительное звено 16 привода в сторону от статического соединительного звена 18 привода. Растягивающее усилие, создаваемое множеством модулей 114 пневматического линейного привода, достаточно для преодоления смещающего усилия смещающих элементов 128 в каждом из блоков 114 пневматического линейного привода и смещения штока 26 клапана в сторону от полностью закрытого положения.
Точное регулирование положения штока 26 может осуществляться с помощью электрического сигнала, поступающего с каждого из датчиков 148 положения в процессор 46. Точная регулировка давления, подаваемого на гидравлический привод 40, может осуществляться с помощью электрического сигнала, поступающего с каждого из датчиков 156 давления в процессор 46.
Как и в примере осуществления линейного приводного устройства 10, описанного выше в привязке к фиг. 1А и 1В, линейное приводное устройство 110 выполнено таким образом, что для сообщения перемещения механизму 112 достаточно такого числа блоков 114 пневматического линейного привода, которое на одно меньше всего множества блоков 114 пневматического линейного привода. При выходе из строя одного из блоков 114 пневматического линейного привода он может быть заменен без прерывания работы линейного приводного устройства 110 и без утраты возможности управления механизмом 112.
Линейное приводное устройство 110 может характеризоваться более высокой надежностью в сравнении с линейным приводным устройством 10, описанным выше в привязке к фиг. 1А, так как при отказе одного из датчиков 148 положения или одного из датчиков 156 давления данные будут по-прежнему передаваться в процессор 46 функциональными датчиками 148 положения и датчиками 156 давления остальных блоков 114 пневматического линейного привода. Кроме того, в отличие от линейного приводного устройства 10, замена вышедшего из строя датчика 148 положения или датчика 156 давления не требует прерывания работы, поскольку указанные датчики являются частью блоков 114 пневматического линейного привода, которые могут быть заменены без простоя системы, как это описано выше.
На фиг. 3 показано схематическое поперечное сечение еще одного примера осуществления линейного приводного устройства, соединенного с механизмом для сообщения этому механизму линейного перемещения, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 3 проиллюстрировано линейное приводное устройство 210, соединенное с механизмом 212. Механизм 112 может быть идентичен механизму, описанному выше в привязке к фиг. 2. Линейное приводное устройство 210 может содержать множество блоков 214 пневматического линейного привода (на фиг. 3 показаны два из них), множество запорных клапанов 252 (на фиг. 3 показаны два из них), динамическое соединительное звено 16 привода и статическое соединительное звено 18 привода. Динамическое соединительное звено 16 привода и статическое соединительное звено 18 привода могут быть такими же, что и аналогичные элементы, описанные выше в привязке к фиг. 1А.
Каждый из множества запорных клапанов 252 располагается между линией S подачи сжатого газа и каждым соответствующим блоком из множества блоков 214 пневматического линейного привода. За счет селективного открытия или закрытия одного из множества магистральных запорных клапанов 252 соответствующий блок из числа множества блоков 214 пневматического линейного привода может селективно подключаться к линии S подачи сжатого газа или отсекаться от указанной линии.
Все блоки из множества блоков 214 пневматического линейного привода могут быть по существу одинаковыми. Блок 214 пневматического линейного привода может быть идентичен блоку 14 пневматического линейного привода, описанному выше в привязке к фиг. 1А и 1В, за исключением того, что каждый из блоков 214 пневматического линейного привода может дополнительно содержать смещающий элемент 128, резьбовую стойку 170 с резьбовой гайкой 172, пневматический регулятор 220 и пневмофитинг 242. Смещающий элемент 128, резьбовая стойка 170 и резьбовая гайка 172 могут быть идентичны аналогичным элементам, описанным выше в привязке к фиг. 2. Пневмофитинг 242 может быть идентичен пневмофитингу, описанному выше в привязке к фиг. 1А, за исключением того, что он может соединять блок 214 пневматического линейного привода с линией S подачи сжатого газа через один из множества запорных клапанов 252.
Как показано на фиг. 3, пневматический регулятор 220 может содержать процессор 246, датчик 148 положения, пневматическое регулирующее устройство 50 и пневматическую управляющую линию 254. Пневматический регулятор 220 может необязательно содержать датчик 156 давления. Пневматическое регулирующее устройство 50 может быть идентично аналогичному устройству, описанному выше в привязке к фиг. 1А. Датчик 148 положения и датчик 156 давления могут быть идентичны аналогичным датчикам, описанным выше в привязке к фиг. 2. Процессор 246 может быть электрически связан с управляющим входом С, датчиком 148 положения, пневматическим регулирующим устройством 50 и датчиком 156 давления. Процессор 256 может представлять собой электронный микропроцессор. Пневматическое регулирующее устройство 50 может пневматически соединять линию S подачи сжатого газа с пневматической управляющей линией 254 от пневмофитинга 242. Пневматическая управляющая линия 254 может быть пневматически соединена с гидравлическим приводом 40. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения пневматическое регулирующее устройство 50 может содержать преобразователь 58 тока в давление (I/Р-преобразователь или преобразователь I/P) и объемный бустер 60, как это показано на фиг. 3. Преобразователь I/P (58) электрически связан с процессором 246 и пневматически соединяет линию S подачи сжатого газа с объемным бустером 60. Объемный бустер 60 также пневматически напрямую соединен с линией S подачи сжатого газа через пневмофитинг 242 и с пневматической управляющей линией 254.
В ходе работы процессор 246 пневматического регулятора 220 каждого из множества блоков 214 пневматического линейного привода может получать с управляющего входа С управляющие сигналы, указывающие на требуемый уровень срабатывания механизма 212, например, на повышение уровня срабатывания путем перемещения штока 26 в сторону от полностью закрытого положения. Процессор 246 посылает электрический сигнал на I/Р-преобразователь 58 пневматического регулирующего устройства 50. Этот электрический сигнал может определяться сигналом с управляющего входа С, электрическим сигналом с датчика 148 положения и электрическим сигналом с датчика 156 давления. Преобразователь I/P (58) плавно изменяет давление в линии S подачи сжатого газа при поступлении соответствующего электрического сигнала с процессора 246 для выдачи пневматического управляющего сигнала на объемный бустер 60. Пневматический управляющий сигнал с I/P-преобразователя 58 повышает давление, подаваемое объемным бустером 60 из линии S подачи сжатого газа в пневматическую управляющую линию 254. Повышенное давление, подаваемое из пневматической управляющей линии 254, повышает давление в гидравлическом приводе 40, создавая растягивающее усилие между его противоположными концами. Растягивающее усилие, создаваемое гидравлическим приводом 40, толкает поступательно перемещающийся элемент 38 в направлении первого элемента 30 и в сторону от второго элемента 32. Движение поступательно перемещающегося элемента 38 в направлении первого элемента 30 и в сторону от второго элемента 32 в каждом из множества блоков 214 пневматического линейного привода также перемещает динамическое соединительное звено 16 привода в сторону от статического соединительного звена 18 привода. Растягивающее усилие, создаваемое множеством модулей 214 пневматического линейного привода, достаточно для преодоления смещающего усилия смещающих элементов 128 в каждом из множества блоков 214 пневматического линейного привода и смещения штока 26 клапана в сторону от полностью закрытого положения.
Точное регулирование положения штока 26 может осуществляться с помощью электрического сигнала, посылаемого датчиком 148 положения в процессор 246. Точная регулировка давления, подаваемого на гидравлический привод 40, может осуществляться с помощью электрических сигналов, посылаемых датчиком 156 давления в процессор 246.
Как и в примере осуществления линейного приводного устройства 10 и линейного приводного устройства 110, описанных выше, линейное приводное устройство 210 выполнено таким образом, что для сообщения перемещения механизму 112 достаточно такого числа блоков 214 пневматического линейного привода, которое на одно меньше всего множества блоков 214 пневматического линейного привода. При выходе из строя одного из блоков 214 пневматического линейного привода он может быть заменен без прерывания работы линейного приводного устройства 210 и без утраты возможности управления механизмом 112. Например, после выявления вышедшего из строя или аварийного блока 214 пневматического линейного привода его замена начинается с отсоединения или отсечения этого блока 214 пневматического линейного привода от линии S подачи сжатого газа путем закрытия запорного клапана 252, соответствующего блоку 214 пневматического линейного привода, подлежащему замене. Затем может быть открыт спускной клапан 44 для сброса внутреннего давления, после чего от запорного клапана 252 может быть отсоединен пневмофитинг 242. Пневматический регулятор 220 также может быть электрически отключен от управляющего входа С.Затем подлежащей замене блок 214 пневматического линейного привода может быть физически отсоединен от линейного приводного устройства 210 путем отсоединения поступательно перемещающегося элемента 38 от динамического соединительного звена 16 привода и отсоединения второго элемента 32 от статического соединительного звена 18 привода.
Установка сменного блока 214 пневматического линейного привода осуществляется путем соединения второго элемента 32 со статическим соединительным звеном 18 привода и соединения поступательно перемещающегося элемента 38 с динамическим соединительным звеном 16 привода с целью физического подсоединения сменного блока 214 пневматического линейного привода. Затем к запорному клапану 252 может быть подсоединен пневмофитинг 242 сменного блока 214 пневматического линейного привода, а спускной клапан 44 - закрыт.После этого магистральный запорный клапан 252 может быть открыт с целью подключения сменного блока 214 пневматического линейного привода к линии S подачи сжатого газа. Таким образом, вышедший из строя или аварийный блок 214 пневматического линейного привода может быть заменен без прерывания работы механизма 112.
Линейное приводное устройство 210 может характеризоваться более высокой надежностью в сравнении с линейным приводным устройством 10 или линейным приводным устройством 110, описанными выше, так как при отказе одного из пневматических регуляторов 220 его функции будут дублироваться в каждом из множества остальных блоков 214 пневматического линейного привода. Кроме того, замена вышедшего из строя пневматического регулятора 220 не требует прерывания работы, поскольку эти пневматические регуляторы являются частью блоков 214 пневматического линейного привода, которые могут быть заменены без простоя системы, как это описано выше.
На фиг. 4 представлено схематическое изображение устройства согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 4 приведен пример осуществления линейного приводного устройства 310, предназначенного для сообщения линейного перемещения механизму, такому как механизм 112, описанный выше в привязке к фиг. 2, с помощью динамического соединительного звена привода и статического соединительного звена привода, таких как динамическое соединительное звено 16 привода и статическое соединительное звено 18 привода, описанные выше в привязке к фиг. 1А. Для упрощения изображения этот механизм не показан. Динамическое соединительное звено привода и статическое соединительное звено привода являются частью линейного приводного устройства 310 и также условно не показаны на чертеже. Как показано на фиг. 4, линейное приводное устройство 310 может также содержать множество блоков 214а, 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода и локальную цепь 380 управления. Блоки 214а, 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода могут быть идентичны блокам 214 пневматического линейного привода, описанным выше в привязке к фиг. 3. Локальная цепь 380 управления электрически связана с процессорами 246 каждого из блоков 214а, 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода и может выдавать управляющий входной сигнал С, указывающий на требуемый уровень срабатывания каждого из них. Локальная цепь 380 управления может также обеспечивать связь между каждым из множества блоков 214а, 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения все блоки из множества блоков 214а, 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода могут принимать идентичные управляющие сигналы с управляющего входа С через локальную цепь 380 управления. Один из множества блоков 214а, 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода, например, блок 214а пневматического линейного привода, может представлять собой основной блок управления, а остальные блоки 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода - вторичные блоки управления. При такой конфигурации блок 214а пневматического линейного привода может исполнять функции основного блока управления и посылать управляющие сигналы локальной цепи управления в каждый из вторичных блоков 214b, 214с и 214d управления пневматического линейного привода при получении соответствующего управляющего сигнала с управляющего входа С. В качестве вторичных блоков управления блоки 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода могут срабатывать при получении соответствующего управляющего сигнала локальной цепи управления и игнорировать управляющий сигнал с управляющего входа С.Таким образом, один из множества блоков пневматического линейного привода, например, блок 214а пневматического линейного привода, может управлять срабатыванием всех блоков пневматического линейного привода линейного приводного устройства 310 и координировать их работу.
Как и в вариантах осуществления линейного приводного устройства 210, описанного выше, линейное приводное устройство 310 выполнено таким образом, что для сообщения перемещения механизму 112 достаточно такого числа блоков 214 пневматического линейного привода, которое на одно меньше всего множества блоков 214 пневматического линейного привода. Как показано на фиг. 4, это означает, что в случае выхода из строя одного из множества блоков 214а, 214b, 214с или 214d пневматического линейного привода он может быть заменен без прерывания работы линейного приводного устройства 310. При отказе любого вторичного блока привода его замена осуществляется так же, как это описано выше в отношении блока 214 пневматического линейного привода в привязке к фиг. 3. При отказе основного блока привода его замена также осуществляется таким же образом, как это описано выше в привязке к фиг. 3, за исключением того, что после отказа блока 214а пневматического линейного привода или его извлечения из линейного приводного устройства 310 один из оставшихся блоков пневматического линейного привода, например, блок 214b, может автоматически брать на себя функции основного блока и посылать сигналы локальной цепи управления в каждый из остальных вторичных блоков управления, т.е. в блоки 214с и 214d пневматического линейного привода, при получении соответствующих управляющих сигналов с управляющего входа С. После установки сменного блока на замену вышедшему из строя блоку 214а пневматического линейного привода вновь установленный бок может стать основным блоком привода, а блок 214b пневматического линейного привода - вернуться к исполнению функций вторичного блока привода. В альтернативном варианте сменный блок, установленный на замену вышедшему из строя блоку 214а пневматического линейного привода, может исполнять функции вторичного блока привода, а блок 214b пневматического линейного привода - продолжить исполнять функции основного блока привода до тех пор, пока он не будет заменен.
Таким образом, один из множества блоков 214а, 214b, 214с и 214d пневматического линейного привода может управлять срабатыванием всех блоков пневматического линейного привода линейного приводного устройства 310 и координировать их работу; при этом вышедший из строя или аварийный блок пневматического линейного привода может быть заменен без прерывания работы линейного приводного устройства 310.
На фиг. 5 показано схематическое поперечное сечение еще одного примера осуществления линейного приводного устройства, соединенного с механизмом с целью сообщения этому механизму линейного перемещения, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. На фиг. 5 показано линейное приводное устройство 410, соединенное с механизмом 112. Механизм 112 может быть идентичен механизму, описанному выше в привязке к фиг. 2. Линейное приводное устройство 410 может содержать множество блоков 414 пневматического линейного привода (на фиг. 5 показаны два из них), множество запорных клапанов 252 (на фиг. 5 показаны два из них), общую магистраль 462, динамическое соединительное звено 16 привода и статическое соединительное звено 18 привода. Динамическое соединительное звено 16 привода и статическое соединительное звено 18 привода могут быть такими же, что и аналогичные элементы, описанные выше в привязке к фиг. 1А. Общая магистраль 462 может быть пневматически соединена со всеми блоками из множества блоков 414 пневматического линейного привода для выравнивания давления во всех гидравлических приводах 40, как это описано ниже.
Каждый из множества запорных клапанов 252 располагается между линией S подачи сжатого газа и каждым соответствующим блоком из числа всех блоков 414 пневматического линейного привода. За счет селективного открытия или закрытия одного из множества магистральных запорных клапанов 252 соответствующий блок из числа множества блоков 414 пневматического линейного привода может селективно подключаться к линии S подачи сжатого газа или отсекаться от указанной линии.
Все блоки 414 пневматического линейного привода могут быть по существу идентичны друг другу. Блок 414 пневматического линейного привода может быть идентичен блоку 214 пневматического линейного привода, описанному выше в привязке к фиг. 3, за исключением того, что пневматический регулятор 220 заменен пневматическим регулятором 420, а каждый из блоков 414 пневматического линейного привода может дополнительно содержать пневмофитинг 464. Пневмофитинг 464 может быть идентичен пневмофитингу 242, описанному выше в привязке к фиг. 3, за исключением того, что он может соединять блок 414 пневматического линейного привода с общей магистралью 462, как это показано на фиг. 5.
Как показано на фиг. 5, пневматический регулятор 420 может содержать процессор 446, датчик 148 положения, пневматическое регулирующее устройство 50, пневматическую управляющую линию или магистраль 454, пневмоклапан 466 управляющей линии и пневмоклапан 468 общей магистрали. Пневматический регулятор 420 может необязательно содержать датчик 156 давления. Пневматическое регулирующее устройство 50 может быть идентично аналогичному устройству, описанному выше в привязке к фиг. 1А. Датчик 148 положения и датчик 156 давления могут быть идентичны аналогичным датчикам, описанным выше в привязке к фиг. 2. Пневмоклапан 466 управляющей линии и пневмоклапан 468 общей магистрали могут представлять собой, например, электромагнитные клапаны. Процессор 446 может быть электрически связан с управляющим входом С, датчиком 148 положения, пневматическим регулирующим устройством 50, датчиком 156 давления, пневмоклапаном 466 управляющей линии и магистральным пневмоклапаном 468. Процессор 446 может представлять собой электронный микропроцессор.
Как показано на фиг. 5, пневматическая управляющая линия 454 может пневматическим способом селективно соединять гидравлический привод 40 с пневматическим регулирующим устройством 50 через пневмоклапан 466 управляющей линии и с общей магистралью 464 через магистральный пневмоклапан 468. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения пневматическое регулирующее устройство 50 может содержать преобразователь 58 тока в давление (I/Р-преобразователь или преобразователь I/P) и объемный бустер 60. Преобразователь I/P (58) электрически связан с процессором 446 и пневматически соединяет линию S подачи сжатого газа с объемным бустером 60. Объемный бустер 60 также пневматически напрямую соединен с линией S подачи сжатого газа через пневмофитинг 242 и с пневматической управляющей линией 54 через пневмоклапан 466 управляющей линии.
В ходе работы процессор 446 пневматического регулятора 420 каждого из множества блоков 414 пневматического линейного привода может получать с управляющего входа С управляющие сигналы, указывающие на требуемый уровень срабатывания механизма 212, например, на повышение уровня срабатывания путем перемещения штока 26 в сторону от полностью закрытого положения. Пневматический регулятор 420 может также получать сигналы с управляющего входа С, указывающие на одно из четырех альтернативных состояний управления каждым из блоков 414 пневматического линейного привода. В первом состоянии блоку 414 пневматического линейного привода предписано функционировать в качестве автономного блока, работающего так, как это описано выше в отношении блока 214 пневматического линейного привода в привязке к фиг. 3, для перемещения штока 26 в сторону от полностью закрытого положения. В первом состоянии процессор 446 посылает электрические сигналы на открытие пневмоклапана 466 управляющей линии и закрытие пневмоклапана 468 общей магистрали, что согласуется с конфигурацией блока 214 пневматического линейного привода.
Во втором состоянии блоку 414 пневматического линейного привода предписано управлять остальными блоками 414 пневматического линейного привода. Во втором состоянии процессор 446 посылает электрические сигналы на открытие как пневмоклапана 466 управляющей линии, так и пневмоклапана 468 общей магистрали. Процессор 446 посылает электрический сигнал в I/Р-преобразователь 58 пневматического регулирующего устройства 50. Этот электрический сигнал может определяться сигналом с управляющего входа С, электрическим сигналом с датчика 148 положения и электрическим сигналом с датчика 156 давления. Преобразователь I/P (58) плавно изменяет давление в линии S подачи сжатого газа при поступлении соответствующего электрического сигнала с процессора 446 для выдачи пневматического управляющего сигнала на объемный бустер 60. Пневматический управляющий сигнал с I/Р-преобразователя 58 повышает давление, подаваемое объемным бустером 60 из линии S подачи сжатого газа в пневматическую управляющую линию 454 и в остальные блоки 414 пневматического линейного привода путем их соединения с общей магистралью 462. Повышенное давление, подаваемое из пневматической управляющей линии 454, повышает давление в гидравлическом приводе 40 каждого из множества блоков 414 пневматического линейного привода, создавая растягивающее усилие между его противоположными концами. Растягивающее усилие, создаваемое множеством блоков 414 пневматического линейного привода, достаточно для преодоления смещающего усилия смещающих элементов 128 в каждом из блоков 414 пневматического линейного привода и смещения штока 26 клапана в сторону от полностью закрытого положения.
В третьем состоянии блоку 414 пневматического линейного привода предписано управляться одним из остальных блоков 414 пневматического линейного привода. В третьем состоянии процессор 446 посылает электрические сигналы на закрытие пневмоклапана 466 управляющей линии и открытие пневмоклапана 468 общей магистрали. В этом состоянии повышенное давление подается в пневматическую управляющую линию 454 исключительно из общей магистрали 462, регулируясь одним из остальных блоков 414 пневматического линейного привода. Повышенное давление, подаваемое из пневматической управляющей линии 454, повышает давление в гидравлическом приводе 40 каждого из множества блоков 414 пневматического линейного привода, создавая растягивающее усилие между его противоположными концами. Растягивающее усилие, создаваемое множеством блоков 414 пневматического линейного привода, достаточно для преодоления смещающего усилия смещающих элементов 128 в каждом из блоков 414 пневматического линейного привода и смещения штока 26 клапана в сторону от полностью закрытого положения.
В четвертом состоянии блоку 414 пневматического линейного привода предписано отсечь пневматическую управляющую линию 454 как от пневматического регулирующего устройства 50, так и от общей магистрали 462. В четвертом состоянии процессор 446 посылает электрические сигналы на закрытие пневмоклапана 466 управляющей линии и пневмоклапана 468 общей магистрали. Это состояние блокировки может быть использовано, например, когда никакого изменения давления в гидравлическом приводе 40 не требуется, или в промежуточном состоянии до перехода к какое-либо состояние из числа первого, второго и третьего состояний.
Как и в вариантах осуществления линейного приводного устройства 10, линейного приводного устройства 110 и линейного приводного устройства 210, описанных выше, линейное приводное устройство 410 выполнено таким образом, что для сообщения перемещения механизму 112 достаточно такого числа блоков 414 пневматического линейного привода, которое на одно меньше всего множества блоков 414 пневматического линейного привода. При выходе из строя одного из блоков 414 пневматического линейного привода он может быть заменен без прерывания работы линейного приводного устройства 410 и без утраты возможности управления механизмом 112. Например, если один из множества блоков 414 пневматического линейного привода находится во втором состоянии и определен как вышедший из строя или аварийный, другой блок из числа множества блоков 414 пневматического линейного привода может принять сигнал с управляющего входа С на переход во второе состояние для того, чтобы взять на себя управление остальными блоками 414 пневматического линейного привода. После перехода в состояние, в котором больше не осуществляется управление вышедшим из строя блоком 414 пневматического линейного привода, этот блок может быть заменен с установкой нового блока 414 пневматического линейного привода, как это описано выше в привязке к фиг. 3, путем отсоединения и повторного подсоединения пневмофитингов 242 и 464. Таким образом, вышедший из строя или аварийный блок 414 пневматического линейного привода может быть заменен без прерывания работы механизма 112.
В иллюстративные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть внесены различные дополнения и модификации без отступления от объема заявленного изобретения. Например, хотя варианты осуществления настоящего изобретения, описанные выше, относятся к конкретным признакам, объем данного изобретения также охватывает варианты его осуществления, которые включают в себя разные комбинации признаков, а также варианты его осуществления, которые не включают в себя все вышеописанные признаки. И, кроме того, предполагается, что термин «может», используемый в описании различных вариантов осуществления настоящего изобретения, означает «может» в противоположность терминам «должен», «может только», «необходимо» или иному абсолютному термину.