УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
FLUID CONTROL DEVICE

Приоритетной заявкой для настоящего изобретения является предварительная патентная заявка США №60/913,130 от 20.04.2007, которая принадлежит заявителю настоящего изобретения и содержание которой полностью включено в данное описание посредством ссылки на нее.
Область техники
Изобретение относится к газовым регуляторам и, более конкретно, к газовым регуляторам, снабженным избыточным клапаном для стравливания избыточного давления.
Уровень техники
Давление, под которым газ поступает из газораспределительных систем, может варьировать в зависимости от требований, предъявляемых к системе, климата, источника снабжения и/или других факторов. Однако для большинства сооружений, которые можно рассматривать как конечных потребителей и которые оснащены различным газовым оборудованием, таким как котлы, плиты и т.д., необходимо, чтобы газ подавался к ним под определенным давлением и при расходе, меньшем или равном максимальной пропускной способности газового регулятора. Поэтому в таких газораспределительных системах устанавливают газовые регуляторы, гарантирующие, что подаваемый газ отвечает требованиям со стороны конечных потребителей. Обычные газовые регуляторы содержат управляющий привод, работающий по замкнутому контуру и обеспечивающий восприятие давления поставляемого газа и управление этим давлением.
В дополнение к управлению по замкнутому контуру, некоторые традиционные газовые регуляторы содержат избыточный клапан. Данный клапан обеспечивает защиту от избыточного давления, например, при выходе из строя регулятора или какого-то иного компонента распределительной системы. В частности, если выходное давление превышает заданное пороговое давление, избыточный клапан открывается, чтобы сбросить в атмосферу, по меньшей мере, часть газа и понизить тем самым давление в системе.
На фиг.1 показан известный газовый регулятор 10, который содержит привод 12 и регулирующий клапан 14. У регулирующего клапана 14 имеются вход 16 и выход 18. Вход 16 служит для приема газа, например, из газораспределительной системы. Выход 18 служит для подачи газа конечному потребителю, например, такому как промышленное предприятие, ресторан, многоквартирный дом, имеющие один или более газовых приборов.
Чтобы обеспечить соответствие давления на выходе 18 регулирующего клапана 14 (т.е. выходного давления) желательному (т.е. задаваемому) выходному давлению, с регулирующим клапаном 14 связан привод 12. Данный привод 12 содержит корпус 20 и управляющий узел 22. В корпусе 20 имеется полость 21, вмещающая, по меньшей мере, часть управляющего узла 22, который выполнен с возможностью воспринимать и регулировать выходное давление регулирующего клапана 14. Более конкретно, управляющий узел 22 содержит диафрагму 24, поршень 32 и управляющий рычаг 26 с клапанным диском (далее - диском) 28. Управляющий узел 22 (точнее - диафрагма 24) воспринимает выходное давление регулирующего клапана 14 и регулирует положение диска 28, управляя тем самым расходом потока текучей среды, проходящего через регулирующий клапан 14.
Более конкретно, диафрагма 24, функционально связанная (через поршень 32) с управляющим рычагом 26 и, следовательно, с диском 28, управляет проходным отверстием регулирующего клапана 14 на основе воспринятого ею выходного давления. В частности, когда конечный потребитель использует оборудование, такое, например, как котел или топка, накладывающее требования по расходу газа на ту часть газораспределительной системы, которая расположена по направлению потока за газовым регулятором 10, выходной поток увеличивается, понижая тем самым выходное давление. Соответственно, диафрагма 24 воспринимает это понижение выходного давления и перемещает поршень 32 и правую сторону управляющего рычага 26 вниз относительно ориентации, показанной на фиг.1. Такое смещение управляющего рычага 26 отводит диск 28, открывая тем самым регулирующий клапан 14. Данная конфигурация позволяет пропускать газ к выходу 18 регулирующего клапана 14.
В известном регуляторе 10, показанном на фиг.1, управляющий узел 22, как уже упоминалось, функционирует так же, как избыточный клапан. Более конкретно, управляющий узел 22 дополнительно содержит пружину 40 сброса давления и клапан 42 сброса давления (перепускной клапан). Указанный клапан 42 установлен в выпускном канале 34, выполненном в корпусе 20 привода 12. В центральной части диафрагмы 24 имеется сквозное отверстие 44, а поршень 32 снабжен уплотнительной манжетой 38. Указанная пружина 40 установлена между поршнем 32 и диафрагмой 24, чтобы прижать диафрагму 24 к уплотнительной манжете 38 и, тем самым, перекрыть отверстие 44 во время нормального функционирования.
В случае аварии, например поломки управляющего рычага 26, управляющий узел 22 больше не способен обеспечить прямое управление диском 28, так что поток на входе, текущий через регулирующий клапан 14, переместит диск 28 в крайнее открытое положение. Это позволяет максимальному количеству газа поступать в привод 12. Таким образом, по мере заполнения привода 12 газом возрастает давление, действующее на диафрагму 24, заставляя ее отойти от уплотнительной манжеты 38 и тем самым открывая отверстие 44. Поэтому газ будет проходить через отверстие 44 в диафрагме 24 и, далее, к избыточному клапану 42.
Данный клапан 42 содержит затвор 46 и перепускную пружину 54, удерживающую затвор 46 в закрытом положении, как это показано на фиг.1. Когда давление внутри привода 12 и смежного с ним избыточного клапана 42 достигает заданного порогового давления, затвор 46 смещается вверх, преодолевая усилие пружины 54, и открывает избыточный клапан, сбрасывая тем самым газ через выпускной канал 34 в атмосферу и снижая давление внутри регулятора 10. В некоторых вариантах выполнения выпускной канал 34 снабжен внутренней резьбой 35, в которую можно ввинтить резьбу трубопровода, транспортирующего сбрасываемый газ в нужное место.
Предусмотрена возможность изменять размеры выпускного канала 34 и компонентов избыточного клапана 42 в зависимости от конкретного приложения регулятора 10. Например, если приложения требуют высокоэффективного сброса давления, может потребоваться также и избыточный клапан 42 с повышенной пропускной способностью. В типичном случае конструкция таких клапанов подобна конструкции избыточного клапана 42, описанного выше, и отличается только увеличенными размерами. Поэтому для размещения более крупного избыточного клапана необходимо увеличить также и размеры выпускного канала 34.
На фиг.2 в качестве примера показан внешний вид корпуса 20 в одном из известных регуляторов, причем выполненному в указанном корпусе выпускному каналу 34 придана конфигурация, позволяющая поместить в него избыточный клапан, обладающий низкой пропускной способностью. У корпуса 20 имеются верхняя часть 20а и нижняя часть 20b. Верхняя часть 20а корпуса имеет выпускной канал 34, выполненный с ней в виде единой детали, и участок 51 в виде крышки. Для стравливания текучей среды с использованием избыточного клапана, обладающего низкой пропускной способностью, диаметр выпускного канала 34 составляет, например, примерно 5 см или менее. В дополнение к сказанному, верхняя и нижняя части 20а, 20b корпуса по их периметрам снабжены фланцами 25а, 25b, скрепленными между собой с помощью крепежных элементов 36. Количество указанных элементов 36 и промежутки между ними задаются конструкцией регулятора 10 таким образом, чтобы фланцами 25а, 25b частей 20а, 20b корпуса можно было эффективно зажать и герметизировать диафрагму 24, показанную на фиг.1. Тем самым сводится к минимуму возможность утечки и гарантируется оптимальная работа регулятора. Обычно крепежными элементами 36 являются резьбовые крепежные элементы, такие как болты с шестигранными головками и шестигранные гайки, как это показано на чертеже.
Части 20а, 20b известных корпусов изготовлены посредством литья, причем для получения полости в литейной форме используют несколько литейных стержней, определенным образом позиционируемых относительно друг друга. Указанная полость задает конкретную геометрию частей 20а, 20b корпуса. Из-за сложного характера процесса отливки верхняя часть 20а известного корпуса (см. фиг.2) выполнена со стойкой 31, расположенной непосредственно между выпускным каналом 34 и фланцем 25а. Указанная стойка 31 верхней части 20а известного корпуса по фиг.2, по существу, представляет собой монолитный выступ, расположенный между парой смежных крепежных элементов 36. Наличие стойки 31 является следствием особенностей процесса изготовления; кроме того, она обеспечивает наличие конструктивной опоры для той части выпускного канала 34, которая расположена над фланцем 25а верхней части 20а корпуса.
Для сравнения на фиг.3 представлен фрагмент наружной конструкции верхней части 120а другого известного корпуса, причем выполненному в указанном корпусе выпускному каналу 134 придана конфигурация, позволяющая поместить в него избыточный клапан, обладающий высокой пропускной способностью. Таким образом, по сравнению, например, с выпускным каналом 34 по фиг.1 и 2 выпускной канал 134 имеет больший диаметр. Для стравливания текучей среды с использованием избыточного клапана, обладающего высокой пропускной способностью, диаметр выпускного канала 134 составляет, например, около 6,3 см или более. Как и в случае корпуса 20, рассмотренного выше, показанная на фиг.3 верхняя часть 120а корпуса имеет участок 151 в виде крышки, по периметру которой проходит фланец 125а. Фланец 125а выполнен с возможностью прикрепления к ответному фланцу нижней части корпуса (как это показано, например, на фиг.1) с помощью крепежных элементов 136.
Вследствие увеличенных размеров выпускного канала 134 два из указанных крепежных элементов, а именно элементы 136а, 136b, приходится позиционировать примерно под выпускным каналом 134, чтобы обеспечить достаточно равномерную герметизацию диафрагмы, установленной между частями корпуса. Из-за этого верхняя часть 120а корпуса (см. фиг.3) не имеет монолитной стойки, такой как стойка 31 по фиг.2, замененной в данном случае парой ребер 131 а, 131b. Наличие таких ребер 131а, 131b позволяет обеспечить доступ к фланцу 125а верхней части 120а корпуса непосредственно под выпускным каналом 134, т.е. ввести в указанный фланец 125а резьбовые крепежные элементы 136а, 136b для скрепления частей корпуса одна с другой. В дополнение к сказанному, как и стойка 31, описанная со ссылками на фиг.2, ребра 131а, 131b позволяют обеспечить наличие конструктивной опоры для той части выпускного канала 134, которая расположена над фланцем 125а верхней части 120а корпуса.
Одним из недостатков известных конструкций верхних частей 20а, 120а корпуса является наличие стойки 31 и ребер 131а, 131b, которые затрудняют затягивание и/или отпускание резьбовых крепежных элементов 36, 136а, 136b обслуживающим персоналом. Например, как показано на фиг.3, при сборке или разборке регулятора 10 механик может использовать для этой цели гаечный ключ или другой подобный инструмент. Ребра 131а, 131b могут препятствовать свободному перемещению гаечного ключа, а это может увеличить время затягивания и/или отпускания резьбовых крепежных элементов 136а, 136b.
Раскрытие изобретения
Изобретение обеспечивает создание устройства для регулирования потока текучей среды (далее - регулятора), которое содержит регулирующий клапан и привод. Привод имеет корпус, соединенный с регулирующим клапаном, и управляющий узел, который регулирует поток газа, проходящий через регулирующий клапан. Корпус состоит из верхней и нижней частей, скрепленных друг с другом по периферийному фланцу с помощью крепежных элементов. Для защиты от избыточного давления регулятор содержит также избыточный клапан, который установлен внутри выпускного канала, выполненного в одной из частей корпуса, и позволяет сбрасывать газ в атмосферу в условиях избыточного давления. Размеры и конфигурация выпускного канала выбраны так, чтобы свести к минимуму помехи при введении резьбовых крепежных элементов в соответствующие отверстия и/или при удалении из них. С этой целью верхняя поверхность фланца полностью открыта для введения в нее крепежных элементов.
В одном из вариантов выполнения конфигурация выпускного канала выбрана из условия возможности помещения в него избыточного клапана, обладающего высокой пропускной способностью.
Согласно другому своему аспекту настоящее изобретение обеспечивает создание литейной формы для изготовления той части корпуса привода регулятора, которая предназначена для помещения в нее избыточного клапана, обладающего высокой пропускной способностью. Указанная форма содержит несколько литейных стержней, в своей совокупности определяющих конфигурацию части корпуса, имеющей периферийный фланец и выпускной канал. Это позволяет получить верхнюю поверхность фланца, полностью открытую для введения в нее крепежных элементов.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 на виде сбоку в продольном разрезе представлен известный регулятор.
На фиг.2 в перспективном изображении представлен корпус одного из известных регуляторов, содержащий выпускной канал для размещения избыточного клапана, обладающего низкой пропускной способностью.
На фиг.3 в перспективном изображении представлен фрагмент корпуса другого известного регулятора, содержащего выпускной канал для размещения избыточного клапана, обладающего высокой пропускной способностью.
На фиг.4 в перспективном изображении представлен фрагмент корпуса регулятора, сконструированного в соответствии с принципами настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.4 показан внешний вид корпуса 220 регулятора. Корпус содержит выпускной канал 234, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения и сконфигурированный, например, для установки внутри него избыточного клапана, обладающего высокой пропускной способностью. Для реализации такой установки диаметр выпускного канала 234 может составлять, например, около 6,3 см или более. Однако корпус 220 по фиг.4 можно выполнить также и с возможностью установки избыточного клапана, обладающего низкой пропускной способностью, и в таком варианте указанный диаметр может быть менее 6,3 см. При этом корпус 220 пригоден для использования с регулятором, рассмотренным со ссылками на фиг.1.
Подобно известным корпусам 20, 120, описанным выше со ссылками на фиг.1-3, у корпуса 220 по данному варианту осуществления изобретения имеются верхняя часть 220а и нижняя часть (не показана), которая в одном из вариантов подобна нижней части 20b корпуса, описанной со ссылками на фиг.1.
На верхней части 220а корпуса находятся выполненные в виде единой детали участок 251 в виде крышки, выпускной канал 234 и фланец 225. Фланец 225 проходит по всему периметру указанного участка 251 и выполнен с возможностью прикрепления к ответному фланцу нижней части корпуса, такому как фланец 25b нижней части 20b корпуса, показанной на фиг.1. Для этого во фланце 225 имеются отверстия 237, предназначенные для введения в них крепежных элементов 236. Указанные крепежные элементы 236 прикрепляют верхнюю часть 220а корпуса к нижней части корпуса, такой, например, как нижняя часть 20b корпуса, показанная на фиг.1.
Количество крепежных элементов 236 и промежутки между ними задаются конструкцией регулятора таким образом, чтобы корпус 220 эффективно зажимал и герметизировал диафрагму, такую как диафрагма 24 по фиг.1, между фланцами своих верхней и нижней частей. Тем самым сводится к минимуму возможность утечки и гарантируется оптимальная работа регулятора. Обычно крепежными элементами 236 являются резьбовые крепежные элементы, такие как болты с шестигранными головками и шестигранные гайки.
В данном варианте выполнения фланец 225 верхней части 220а корпуса имеет верхнюю поверхность 225а и нижнюю поверхность 225b. Как уже упоминалось, указанный фланец 225 проходит по всему периметру верхней части 220а корпуса, которая в данном случае в сечении может представлять собой круг. Поэтому фланцем 225 может быть кольцевой фланец, проходящий по периферии верхней части 220а корпуса. Нижняя поверхность 225b фланца 225 выполнена с возможностью герметичного сопряжения с периферийной зоной диафрагмы, такой как диафрагма 24 по фиг.1. Верхняя поверхность 225а фланца не имеет разрывов, не несет на себе каких-либо препятствий (т.е. полностью открыта) и имеет форму кольца. Она является поверхностью, к которой прижимаются шестигранные головки 236а крепежных элементов 236. В таком выполнении вся верхняя поверхность 225а фланца 225 является опорной поверхностью для крепежных элементов 236.
Выпускной канал 234 верхней части 220а корпуса по фиг.4 представляет собой L-образный проход, посредством которого внутренний объем корпуса (см. фиг.1) сообщается с атмосферой. Указанный проход служит для сброса текучей среды и в соответствующих условиях обеспечивает защиту от избыточного давления таким же образом, как это было описано выше применительно к регулятору 10 по фиг.1. Выпускной канал 234 по настоящему варианту выполнения представляет собой, по существу, полую изогнутую трубу (аналогичную показанной на фиг.1). Он выполнен в виде единой детали с верхней частью 220а корпуса и состоит из вертикального участка 234а и соединительного участка 234b, причем указанные участки расположены примерно перпендикулярно друг другу. Вертикальный участок 234а проходит, по существу, вверх от участка 251, имеющего вид крышки и находящегося на верхней части 220а корпуса. Соединительный участок 234b отходит от вертикального участка 234а над верхней поверхностью 225а фланца 225 и пространственно отделен от указанной поверхности. Другими словами, участок 234b отходит в виде консоли от вертикального участка 234а, так что часть этого участка находится над верхней поверхностью 225а фланца 225, ни на что не опираясь. Указанный соединительный участок 234b имеет, по существу, цилиндрическую наружную поверхность 243 и образует отверстие 240, напрямую соединенное с атмосферой. Указанное отверстие 240 имеет круглое сечение и может быть приспособлено для подключения к трубопроводу, обеспечивая возможность транспортировать в нужное место выбросы из выпускного канала 234. Для этого в одном из вариантов выполнения внутренняя цилиндрическая поверхность 241 отверстия 240 снабжена резьбой (не показана), сопрягаемой с резьбой на трубопроводе или на другом трубном фитинге. Таким образом, цилиндрическая поверхность 241 в варианте выполнения по фиг.4 может иметь число витков резьбы, достаточное для резьбового сопряжения с трубопроводом или с другим соединительным звеном, диаметр которых составляет примерно 6,3 см или более.
Как уже упоминалось, соединительный участок 234b выпускного канала 234 имеет цилиндрическую наружную поверхность 243, т.е. образует, по существу, цилиндр с одинаковым диаметром по длине между отверстием 240 и вертикальным участком 234а выпускного канала 234. В такой конструкции соединительный участок 234b не имеет опорной стойки или ребер, таких как стойка 31 и ребра 131а, 131b в частях 20а, 120а известных корпусов, описанных выше со ссылками на фиг.1-3. Таким образом, верхняя поверхность 225а фланца 225 верхней части 220а корпуса по данному варианту выполнения полностью открыта, что обеспечивает желаемый свободный и незатрудненный доступ к каждой головке 236а каждого крепежного элемента 236, расположенного по окружности фланца 225 верхней части 220а корпуса. Это преимущество позволяет техническому персоналу ускоренным образом проводить сборку и разборку корпуса привода регулятора, сконструированного в соответствии с принципами настоящего изобретения, причем как в ходе исходного монтажа, так и в дальнейшем во время технического оперативного обслуживания для замены диафрагмы, пружины или любого другого компонента.
Представленную на фиг.4 часть 220а корпуса можно изготовить посредством машинной обработки, литья, инжекционного формования или, по существу, любым другим способом. Однако при использовании литьевого способа изготовления приходится применять несколько литейных стержней, каждый из которых обеспечивает формирование углубления. В таком выполнении при определенном позиционировании всех стержней относительно друг друга совокупность указанных углублений задает полость, определяющую конкретную геометрию части 220а корпуса. В частности, в одном из вариантов выполнения несколько стержней, соединенных в единую систему, определяют линию разъема, которая задает конкретную геометрию выпускного канала 234 (конкретно речь идет о линии 300 разъема, показанной на фиг.4). В такой конструкции с помощью литейного стержня или литейных стержней, соотносящихся с указанной линией 300 (см. фиг.4), удобно задать в литейной форме полость для части 220а корпуса, не требующей предусматривать наличие пространства для стойки или ребер, сформированных с примыканием к выпускному каналу 234.
Хотя часть 220а корпуса, представленная на фиг.4, была описана как обеспечивающая свободный доступ к крепежным элементам 236 за счет устранения стойки и ребер, описанных выше со ссылками соответственно на фиг.2 и 3, в альтернативном варианте выполнения часть 220а корпуса может содержать фланец 225 с увеличенным радиальным размером. В таком варианте нет необходимости исключать из конструкции указанные стойку или ребра. В частности, при увеличенном радиальном размере фланца 225 отверстия 237, предназначенные для введения в них крепежных элементов 236, можно сместить в радиальном направлении к краю фланца, так что крепежные элементы не будут в неудобной близости к стойке или ребрам. В таком альтернативном варианте выполнения верхняя поверхность 225а увеличенного фланца 225 опять-таки представляет собой непрерывную и полностью открытую кольцевую зону, смещенную в радиальном направлении наружу от соединительного участка 234b выпускного канала 234 и являющуюся опорной поверхностью для крепежных элементов 236. При таком выполнении опорную поверхность для крепежных элементов 236 составляет только самый крайний радиальный участок верхней поверхности 225а фланца 225.
Таким образом, объем настоящего изобретения не ограничивается представленными вариантами осуществления и определяется только прилагаемой формулой с учетом любых возможных эквивалентов.