Система и способ выведения текучей среды из набора емкостей и повторного заполнения таких емкостей
Система выведения текучей среды содержит манифольд, имеющий выходное отверстие для текучей среды, предназначенное для ее выведения, клапан для текучей среды, подключенный к манифольду, первую и вторую накопительные емкости для текучей среды, подключенные к манифольду. Клапан выполнен с возможностью управления первым трактом для текучей среды, сформированным между второй накопительной емкостью и выходным отверстием, с открыванием первого тракта для текучей среды, когда сумма первого давления и смещающего давления превышает второе давление в первой накопительной емкости. Техническим результатом является сокращение времени технического обслуживания и снижение стоимости. 25 з.п. ф-лы, 17 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройствам выдачи (выведения) текучей среды и, более конкретно, к системе и способу выведения текучей среды из набора емкостей и повторного заполнения таких емкостей
Уровень техники
Заполнение контейнеров, предназначенных для текучих сред и, в частности, для хранения кислорода, природного газа, двуокиси углерода и других подобных веществ, можно осуществить различным образом. Один из известных подходов включает хранение больших количеств текучей среды, например, в складской цистерне и транспортировку к ней более мелких мобильных (перемещаемых) контейнеров с заполнением их указанной средой. В другом известном варианте большое количество текучей среды хранят в крупной мобильной цистерне (например, установленной на трейлере) и перевозят ее к пунктам местонахождения заказчиков с предложением соответствующих услуг на месте.
Пользователи, которым приходится часто заполнять небольшие мобильные контейнеры, обычно хранят большие количества текучей среды локально. Например, пожарное депо может хранить кислород в своем здании, что позволяет на месте заполнять мобильные кислородные цистерны для пожарников. Сходным образом дилеры, имеющие дело с природным газом, могут хранить его с последующим заполнением небольших контейнеров заказчиков. Известный способ заполнения на месте включает хранение текучей среды в предназначенной для этого одной относительно большой емкости с последующим перемещением текучей среды в подлежащий заполнению конкретный (например, относительно небольшой, мобильный) контейнер. Однако в некоторых ситуациях нет возможности обеспечить наличие достаточного пространства для размещения относительно большой общей емкости указанного назначения, необходимой для оказания адекватных услуг по заполнению небольших контейнеров.
Чтобы обойти указанные пространственные ограничения, можно использовать множество емкостей для хранения текучей среды (накопительных емкостей), имеющих уменьшенные размеры, в комбинации с каскадной системой выведения текучей среды. Обычно такую систему изготавливают, соединяя или связывая множество указанных контейнеров с регулятором через требуемое количество следующих друг за другом клапанов последовательности. Эти каскадные системы можно применять, в частности, для заполнения относительно небольших контейнеров текучей средой из накопительных емкостей. Когда давление в одной из накопительных емкостей понижается в достаточной степени (например, в процессе заполнения контейнера потребителя), клапан последовательности разблокирует подачу текучей среды из другой такой емкости, давление в которой находится на относительно более высоком уровне. Схемы известных каскадных систем часто сложны, поскольку требуют использования большого числа линий для связывания клапанов последовательности и других компонентов системы. В результате сборка и разборка известных каскадных систем во время их установки и технического обслуживания занимает много времени и требует больших денежных затрат.
Раскрытие изобретения
Приведенные далее примеры способов и устройств могут быть использованы для выведения текучей среды из набора емкостей и повторного заполнения таких емкостей. Один из описанных образцов системы содержит распределитель в виде манифольда, имеющего прикрепленный к нему клапан для текучей среды и выходное отверстие для ее выпуска. Указанный манифольд присоединен к первой и второй накопительным емкостям, предназначенным для хранения текучей среды. Конфигурация клапана обеспечивает управление первым трактом для текучей среды, образованным между второй емкостью и выходным отверстием.
Согласно другому приведенному примеру клапан может содержать коаксиально соединенные крышку и основание. В возможном варианте у крышки имеются полость, определяющая собой внутреннюю поверхность крышки, наружная поверхность и первый канал для передачи давления, проходящий в крышке между ее наружной поверхностью и полостью. Основание может иметь наружную поверхность и полость, определяющую его внутреннюю поверхность. Кроме того, в основании могут быть выполнены входной канал для текучей среды, проходящий между наружной поверхностью основания и полостью основания, выходной канал для текучей среды, проходящий между наружной поверхностью основания и полостью основания, и второй канал для передачи давления, проходящий между наружной поверхностью основания и полостью основания. Внутри полостей основания и крышки может быть помещен клапанный компонент, предназначенный для управления трактом для текучей среды, который проходит через входной и выходной каналы.
Согласно следующему приведенному примеру манифольд может иметь первую полость для размещения первого клапана для текучей среды, а также первое и второе входные отверстия для текучей среды, подключенные соответственно к первой и второй накопительным емкостям. Манифольд может иметь также выходное отверстие, конфигурация которого обеспечивает выведение текучей среды, поступающей через указанные отверстия.
Согласно еще одному приведенному примеру в схеме предусмотрено наличие блока спаренных обратных клапанов, содержащего корпус и расположенный в нем первый обратный клапан. В указанную конструкцию может входить также второй обратный клапан, расположенный рядом с первым и, по существу, соосный с ним.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 в сечении иллюстрирует пример каскадной системы, которую можно применять для подачи текучей среды из набора емкостей.
Фиг.2 иллюстрирует пример трактов для текучей среды, ассоциированных с показанным на фиг.1 примером каскадной системы.
Фиг.3 иллюстрирует пример клапана последовательности, пригодного для применения при осуществлении раскрытых в данном описании систем и способов.
Фиг.4 иллюстрирует другой пример каскадной системы, которую можно применять для выведения текучей среды из набора накопительных емкостей и для заполнения таких емкостей.
Фиг.5А, 5В и 5С иллюстрируют, соответственно на видах спереди, сверху и с торца, еще один пример каскадной системы, которую можно применять для выведения текучей среды из набора накопительных емкостей и для заполнения таких емкостей с использованием загрузочного контура, выполненного в виде единого целого с манифольдом.
Фиг.6 в перспективном изображении представляет пример манифольда с несколькими клапанами, примененного при разработке примера каскадной системы, показанного на фиг.5А-5С.
Фиг.7 в перспективном изображении представляет пример манифольда, примененного при разработке схемы, показанной на фиг.5А-5С и 6.
Фиг.8 в перспективном изображении представляет пример манифольда, представленный на фиг.5А-5С, 6 и 7, с показом сформированных в нем нескольких каналов для текучей среды
Фиг.9 на виде сверху представляет пример манифольда, показанный на фиг.5А-5С, 6, 7 и 8 и оснащенный несколькими картриджами спаренных обратных клапанов.
Фиг.10А и 10В-10Е соответственно на виде с торца и в сечении иллюстрируют пример манифольда, показанный на фиг.5А-5С и 6-9.
Фиг.11 представляет детальное изображение фрагмента одного из картриджей спаренных обратных клапанов, показанных на фиг.5В, 5С, 6 и 9.
Осуществление изобретения
Приведенные примеры устройств и способов могут быть использованы для выведения текучей среды из набора емкостей и повторного заполнения таких емкостей. В частности, в приложениях, связанных, например, с заправочными станциями, для выведения текучей среды из емкостей можно присоединить указанный набор к каскадной системе, рассмотренной в данном описании в виде примера. Кроме того, такие каскадные устройства или системы пригодны для подачи дыхательного кислорода, водорода, природного газа, двуокиси углерода и любой другой текучей среды. В одном из примеров осуществления изобретения контейнер (такой как бутылка, бак, контейнер для отбора текучей среды и другие подобные объекты) присоединяют или подключают с целью заполнения к предлагаемой каскадной системе и включают регулятор, обеспечивающий возможность подачи текучей среды из первой накопительной емкости (например, из емкости, в которой давление находится на минимальном уровне). После выравнивания давлений в указанной емкости и в заполняемом контейнере каскадная система автоматически позволяет текучей среде поступать из другой накопительной емкости (занимающей, например, следующее место в последовательности указанных емкостей), в которой по сравнению с первой такой емкостью давление выше. Благодаря этому продолжается непрерывная подача текучей среды в заполняемый контейнер после того, как давление в ней превысило уровень давления в первой накопительной емкости. Таким образом, каскадная система автоматически позволяет (например, последовательным образом) формировать (в частности, открывать) тракты подачи текучей среды, ведущие к следующим накопительным емкостям, характеризуемым относительно более высоким давлением в них. В результате обеспечивается, по существу, непрерывная подача текучей среды в заполняемый контейнер.
В отличие от известных каскадных систем, которые сконструированы с использованием относительно большого количество линий для текучей среды, подсоединяющих необходимое количество стандартных клапанов последовательности, в описанных в настоящем документе примерах системы такого назначения применены манифольды. Их конфигурация обеспечивает возможность установки и подключения клапанов последовательности. Тем самым существенно уменьшается (вплоть до полного исключения из схемы) число линий, необходимых для подключения указанных клапанов и других компонентов каскадной системы. В результате сокращается время, требуемое для сборки и технического обслуживания. В добавление к сказанному, укорочение требуемой длины линий для текучей среды приводит к уменьшению числа компонентов, для которых возможны износ, ложное срабатывание или выход из строя, т.е. для представленных примеров каскадной системы сокращаются суммарное время технического обслуживания и стоимость.
Для установки клапанов последовательности представляемый в данном описании манифольд каскадной системы содержит несколько отверстий, например резьбовых отверстий, портов, полостей и т.д. Конфигурация каждого из этих отверстий обеспечивает установку такого клапана, который, в свою очередь, подключен к соответствующей накопительной емкости для текучей среды. В манифольде выполнено множество проточных каналов, соединяющих входные и выходные отверстия клапанов. Тем самым обеспечивается возможность функционирования клапанов и подача текучей среды из каждой накопительной емкости, причем клапаны последовательности автоматически и друг за другом управляют указанными трактами, блокируя (например, перекрывая) или разблокируя (например, открывая) их. В отличие от известных клапанов последовательности, которые устанавливают отдельно друг от друга и соединяют с другими клапанами последовательности посредством линий для текучей среды, при конструировании описанных далее примеров таких клапанов применены корпуса типа картриджа, которые вставляются в соответствующее отверстие манифольда и закрепляются в указанном отверстии или входят с ним в контакт каким-либо другим образом.
Кроме того, описанные далее примеры каскадных систем позволяют загружать текучую среду в присоединенный к системе набор накопительных емкостей (например, повторного заполнять или пополнять эти емкости). Чтобы обеспечить возможность такой загрузки и управление ею, сконструирован загрузочный контур, разблокирующий (например, открывающий) загрузочный тракт, который проходит к каждой накопительной емкости от загрузочной емкости или от источника подачи загружаемой текучей среды. В некоторых примерах предлагаемых конструкций предусмотрена возможность загрузки накопительных емкостей без создания помех для работы клапанов последовательности, связанной с подачей текучей среды, или без прерывания этой работы. Таким образом, указанная каскадная система может быть использована для подачи текучей среды из набора накопительных емкостей одновременно с их заполнением.
Чтобы еще больше сократить длину линий для текучей среды, требуемых для конструирования описанной далее каскадной системы, предусмотрена возможность выполнить в предлагаемом образце манифольда отверстие для установки обратного клапана прямо в манифольд (имеются ввиду однонаправленный клапан, клапан одностороннего действия, клапан, ограничивающий поток текучей среды одним направлением, и другие подобные устройства). В таком варианте промежуточная соединительная линия для текучей среды между указанным клапаном и манифольдом вообще не нужна. В отличие от известных обратных клапанов, для которых требуется линия для текучей среды, присоединяющая клапан к другому устройству (например, к клапану последовательности, регулятору или иному подобному устройству), предлагаемые модификации обратных клапанов, описанные далее, снаружи выглядят как картридж, т.е. имеют корпуса соответствующего типа. Указанные корпуса вставляются в соответствующие отверстия манифольда, сопрягаются с ними или входят в контакт с этими отверстиями каким-либо иным образом. В данном манифольде выполнено множество каналов для текучей среды, соединяющих или связывающих обратные клапаны с прочими компонентами (например, с клапанами последовательности и/или с другими обратными клапанами) или с участками манифольда, позволяя тем самым осуществлять операции подачи текучей среды и повторной загрузки.
Далее описан пример блока спаренных обратных клапанов, содержащего два клапана в одном корпусе. Для каждого клапана предусмотрена возможность работать автономно, поэтому данный картридж может обеспечить выполнение двух функций. В частности, один из клапанов можно использовать для направления загружаемого потока текучей среды в накопительную емкость, а другой - для подачи текучей среды из указанной емкости.
На фиг.1 и 2 детально проиллюстрирован, в сечении, один из примеров каскадной системы 100, которую можно использовать для подачи текучей среды (например, кислорода, природного газа, пропана, водорода и других подобных веществ) из набора накопительных емкостей 102а-102с. Данная система содержит манифольд 104, состоящий из нескольких последовательно расположенных ступеней (106а-106с). Каждая из таких ступеней содержит присоединенный к манифольду клапан последовательности (обозначенный соответственно, как 108а, 108b и 108с). Каждый клапан подключен к соответствующей накопительной емкости (102а, 102b или 102с) для текучей среды. К выходному отверстию 112 манифольда подключен регулятор 110, обеспечивающий возможность заполнения контейнеров для текучей среды (например, опустошенных и заполняемых контейнеров, бутылок, баллонов высокого давления и других подобных изделий) из накопительных емкостей 102а-102с.
Каждая накопительная емкость присоединена к манифольду 104 через соответствующий обратный клапан, входящий в комплект клапанов 114а-114с. Указанные клапаны позволяют потоку текучей среды проходить только в одном направлении (например, в сторону выходного отверстия 112 манифольда). Тем самым блокируется обратный поток в накопительные емкости из отверстия 112 или любого другого источника. В представленном примере клапаны 114а-114с присоединены к манифольду посредством специальных линий, соответственно 116а, 116b или 116с. Однако в других примерах осуществления (в частности, в каскадной системе 500, описанной далее в качестве примера со ссылками на фиг.5А-5С и 6-9) манифольдам (например, манифольду 504, представленному на указанных чертежах) можно придать конфигурацию, позволяющую картриджи обратных клапанов (например, картриджи 512a-512d спаренных обратных клапанов, представленные на фиг.5В, 5С, 6 и 9) вставить непосредственно в манифольд, уменьшив тем самым длину требуемой линии для текучей среды и упростив сборку устройства.
Каскадная система 100 позволяет обеспечить в накопительных емкостях 102а-102с давление, достаточное для того, чтобы заполнить хранившейся в них текучей средой требуемые контейнеры. Например, при заполнении контейнера 118 клапаны 108а-108с последовательности активируют подачу среды по очереди из каждой накопительной емкости 102а-102с, чтобы гарантировать, что давление на выходе из манифольда 104 по сравнению с давлением в контейнере 118 находится на уровне, достаточном для проведения указанного заполнения. Во время данной операции после присоединения контейнера 118 к регулятору 110 текучая среда подается из первой накопительной емкости 102а через обратный клапан 114а первой ступени и далее к выходному отверстию 112 манифольда по тракту 120 (см. фиг.2) подачи текучей среды из первой емкости.
Чтобы отслеживать уровень давления в контейнере 118, его присоединяют или подключают к порту 122 восприятия давления. Указанный порт соединен с каналом 124 передачи давления, выполненным в манифольде. Данный канал 124 связан с каналами 126а-126с передачи давления клапанов 108а-108с последовательности соответственно (см. фиг.2). В результате образуется тракт 128 передачи давления, через который передается давление, имеющее место в контейнере 118. Это позволяет каждому клапану 108а-108с во время процедуры заполнения воспринимать указанное давление.
Когда давление в контейнере 118 превысит на определенную величину уровень давления в первой накопительной емкости 102а, первый клапан 108а последовательности автоматически разблокирует (например, откроет) тракт 130 (см. фиг.2) подачи текучей среды из второй накопительной емкости 102b. Указанный тракт проходит между емкостью 102b и выходным отверстием 112 манифольда. После этого начинается поступление текучей среды из емкости 102b через тракт 130 для текучей среды в контейнер 118. В частности, как показано на фиг.2, текучая среда проходит из второй накопительной емкости 102b через обратный клапан 114b второй ступени, входное отверстие 132а первой ступени, первый клапан 108а последовательности и выходит из выходного отверстия 134а первой ступени к выходному отверстию 112 манифольда. Когда второй тракт 130 подачи текучей среды разблокирован, первый тракт 120 подачи текучей среды, по существу, отключен (например, перекрыт), а первый клапан 108а последовательности и первый обратный клапан 114а предотвращают перетекание текучей среды из второй накопительной емкости 102b в первую накопительную емкость 102а.
Когда давление в контейнере 118 превысит на определенную величину уровень давления во второй накопительной емкости 102b, второй клапан 108b последовательности автоматически разблокирует тракт 136 (см. фиг.2) подачи текучей среды из третьей накопительной емкости 102с. Указанный тракт проходит между емкостью 102с и выходным отверстием 112 манифольда. Затем начинается поступление текучей среды из третьей накопительной емкости 102с через тракт 136 для текучей среды, по своему назначению аналогичный трактам 120 и 130. Как показано на фиг.2, тракт 136 от третьей накопительной емкости 102с проходит через обратный клапан 114 с третьей ступени, входное отверстие 132b второй ступени, второй клапан 108b последовательности, выходное отверстие 134b второй ступени, входное отверстие 132а первой ступени, первый клапан 108а последовательности, выходное отверстие 134а первой ступени и наружу к выходному отверстию 112 манифольда.
В некоторых примерах осуществления предусмотрена возможность присоединить к манифольду 104 дополнительные накопительные емкости (не показаны), например четвертую накопительную емкость. В такой схеме контейнер 118 можно заполнить с доведением давления текучей среды до более высокого уровня по сравнению с давлением в третьей накопительной емкости 102с
Когда поступление текучей среды прерывают посредством регулятора 110 и отсоединяют контейнер 118 от данной каскадной системы 100, клапаны 108а-108с последовательности запирают тракты 136 и 130 подачи текучей среды из второй и третьей накопительных емкостей, тем самым открывая тракт 120 подачи текучей среды из первой накопительной емкости для любого следующего контейнера, подлежащего заполнению, для которого предусмотрена возможность подключения к системе 100.
Описанная выше процедура включает последовательное активирование подачи текучей среды из трех или четырех накопительных емкостей. Однако возможна ситуация, когда желаемое давление в контейнере 118 не превышает уровень, прерывающий подачу текучей среды из первой накопительной емкости. В этом случае контейнер 118 можно заполнить, не задействуя тракты подачи текучей среды, связанные со второй или третьей накопительными емкостями.
На фиг.3 представлен пример клапана 300 последовательности, который можно использовать для выполнения функции клапанов 108а-108с (см. фиг.1 и 2), описанных выше в связи с каскадной системой 100, и клапанов такого же назначения, описанных далее в связи с другими примерами каскадных систем. Клапан 300 работает, по существу, подобно или идентично клапанам 108а-108с. В проиллюстрированном примере указанный клапан изображен присоединенным к первой и второй накопительным емкостям 302а и 302b соответственно, что позволяет заполнять контейнер 304 текучей средой из обеих указанных емкостей или из одной из них.
В приведенном примере основание 306 клапана 300 имеет наружную поверхность 308 и полость 310, определяющую собой внутреннюю поверхность 312 основания. Чтобы обеспечить возможность протекания текучей среды на участке между второй накопительной емкостью 302b и наполняемым контейнером 304, в основании выполнены входной и выходной каналы 314 и 316 клапана соответственно (например, на фиг.2 указанным каналам клапана отвечают входы 132а-132b и выходы 134а-134b соответствующих ступеней устройства). Входной канал 314 клапана проходит между наружной поверхностью 308 основания и его внутренней поверхностью 312, формируя соответствующий тракт (например, показанный на фиг.2 тракт 130 подачи текучей среды из второй накопительной емкости), по которому текучая среда может проходить из емкости 302b к полости 310 основания. Выходной канал 316 клапана проходит между полостью 310 основания и его наружной поверхностью 308, формируя соответствующий тракт (например, упомянутый выше тракт 130), по которому текучая среда, содержавшаяся в емкости 302b, может проходить из полости 310 основания к заполняемому контейнеру 304.
Чтобы клапан 300 последовательности мог воспринимать давление текучей среды в контейнере 304, в основании 306 выполнен канал 318 передачи давления наполнения (например, на фиг.1 указанному каналу отвечают каналы 126а-126с передачи давления). Канал 318 проходит между наружной и внутренней поверхностями 308 и 312 основания соответственно, формируя тракт, по которому давление текучей среды может передаваться от контейнера 304 в полость 310 основания (например, на фиг.2 указанному тракту отвечает тракт 128 передачи давления).
Кроме того, клапан 300 последовательности имеет крышку 320 с наружной поверхностью 322 и полостью 324, определяющей внутреннюю поверхность 326 крышки. Чтобы клапан 300 мог реагировать на давление в первой накопительной емкости 302а, в крышке, между ее наружной и внутренней поверхностями 322 и 326 соответственно, выполнен канал 328 передачи накопленного давления. Указанный канал позволяет подсоединить или подключить клапан 300 к первой накопительной емкости 302а и формирует тракт передачи накопленного давления, проходящий от емкости 302а к камере 329 передачи накопленного давления, составляющей часть полости 324 крышки.
Основание 306 присоединено к крышке 320 с образованием герметичного объема, выдерживающего давление и заключающего в себе несколько компонентов клапана. В частности, внутри сборки основание 306 - крышка 320 заключен поршень 330, присоединенный к держателю 332 пружины, причем поршень герметично, но с возможностью скольжения сопряжен с полостью 324 крышки. Расположенные напротив друг друга поверхности 334 и 336 поршня воспринимают соответственно накопленное давление и давление наполнения. Давление в первой накопительной емкости 302а и давление в контейнере 304 создают усилия, приложенные соответственно к поверхности 334, воспринимающей накопленное давление, и к поверхности 336, воспринимающей давление наполнения.
Для восприятия давления в контейнере 304 в приведенном примере клапан 300 последовательности имеет шток 338, через который проходит насквозь канал 340. Давление текучей среды в указанном контейнере передается в канал 318 передачи давления наполнения и далее через канал 340 штока и боковые отверстия 342 штока в напорную камеру 343 полости 324 крышки. Кроме того, указанное давление передается через боковые отверстия 344 держателя пружины в камеру 346 держателя, благодаря чему давление в контейнере 304 оказывается приложенным к поверхности 336, воспринимающей, таким образом, давление наполнения. Такое воздействие направлено против усилия, которое прилагается к поверхности 334, воспринимающей накопленное давление (например, давление в первой накопительной емкости 302а). На основе разницы между направленными в противоположные стороны усилиями, приложенными к поверхностям 334 и 336, клапан 300 разблокирует (например, открывает) и блокирует (например, перекрывает) тракт для текучей среды, проходящий от второй накопительной емкости 302b к контейнеру 304 (например, показанный на фиг.2 тракт 128 передачи давления, подсоединенный ко второй емкости).
Для блокирования и разблокирования тракта для текучей среды, отходящего от второй накопительной емкости 302b, шток 338 клапана снабжен участком 348, представляющим собой затвор. На чертеже шток изображен в положении запирания, в котором затвор 348 упирается в седло 350 клапана (или входит с ним в плотный контакт), образуя соответствующее уплотнение, блокирующее или перекрывающее тракт для текучей среды, отходящий от емкости 302b. Седло 350 можно изготовить из пластика, гарантируя тем самым герметичное сопряжение между седлом 350 и затвором 348, выдерживающее давление. Для разблокирования или открывания указанного тракта шток 338 клапана перемещается в сторону крышки, к открытому положению, в котором затвор 348 выходит из контакта с седлом, открывая для текучей среды проход между седлом и затвором. Затем текучая среда проходит через боковые отверстия 352 втулки 354 штока клапана и далее по направлению к выходному каналу 316 клапана.
Перемещением штока 338 и, таким образом, затвора 348 управляет поршень 330. Другими словами, если поршень движется в сторону канала 328, воспринимающего накопленное давление, шток 338 и затвор 348 также смещаются к указанному каналу, т.е. к открытому положению, в котором разблокируется тракт для текучей среды, исходящий из накопительной емкости 302b. При движении поршня 330 от канала 328 шток 338 также перемещается от указанного канала к положению запирания, приводящему затвор 348 в контакт с седлом 350 клапана и блокирующему указанный тракт.
Перемещение поршня 330 происходит в результате разницы направленных в противоположные стороны усилий, которые действуют на поверхности 334 и 336, воспринимающие соответственно накопленное давление и давление наполнения. Для приложения к поршню смещающего давления, вызывающего его движение к открытому положению (когда уровень давления в контейнере 304 меньше, чем в первой накопительной емкости 302а), данный клапан 300 последовательности снабжен пружиной 356 отрицательного смещения, находящейся в промежутке между ее опорой 358 и держателем 332. Если смещающее давление указанной пружины составляет примерно 18 кг/см2, поршень начинает перемещаться к открытому положению клапана (например, скользить по направлению к каналу 328 передачи накопленного давления), в котором давление в контейнере 304 достигает уровня, лежащего на 18 кг/см2 ниже давления в первой накопительной емкости 302а. Другими словами, когда сумма давления, приложенного пружиной 356, и давления в контейнере 304 превышает давление в емкости 302а, поршень перемещается в сторону канала 328, т.е. к открытому положению, разблокируя или открывая тракт для текучей среды, проходящий между второй накопительной емкостью 302b и контейнером 304. Предусмотрена возможность выбрать смещающее давление пружины 356 таким образом, чтобы оно составляло любое пригодное значение, например 3,6 кг/см2, 7,2 кг/см2,18 кг/см2, 28,8 кг/см2 и т.д.
Для облегчения взаимодействия данного клапана 300 последовательности с манифольдом (например, с манифольдом 104, показанным на фиг.1 и 2) и упрощения технического обслуживания клапанов соответствующих каскадных систем (например, каскадной системы 100, показанной на фиг.1 и 2), основание 306 выполнено как корпус, представляющий собой картридж. Такой корпус клапана 300 можно легко вставить в манифольд, причем для этого не требуется отсоединять и/или присоединять многочисленные линии для текучей среды к каналам (или портам) 314, 316 и 318 клапана.
Чтобы предотвратить смешивание потоков текучей среды, проходящих через канал 328 передачи накопленного давления, канал 318 передачи давления наполнения и входной канал 314 клапана последовательности, в клапане 300 предусмотрено наличие нескольких кольцевых и статических уплотнений. Например, для предотвращения утечки текучей среды через канал 328 в камеру 329 полости 324 крышки поршень 330 снабжен кольцевым уплотнением 360. Чтобы предотвратить утечку текучей среды, исходящей из второй накопительной емкости 302b, в ту же полость 324, у штока 338 клапана имеется верхнее уплотнительное кольцо 362, а у втулки 354 штока и опоры 358 седла - статические уплотнения 364 и 366 соответственно. Для предотвращения утечки текучей среды, исходящей из канала 318, в другие зоны полости 310 основания, шток 338 клапана оснащен нижним уплотнительным кольцом 368.
На фиг.4 представлен другой пример каскадной системы 400, которую можно применять для выведения текучей среды из набора накопительных емкостей 402а-402d и для повторного заполнения таких емкостей. По существу, система 400 функционирует подобно или идентично системе 100, описанной выше в связи с обсуждением фиг.1 и 2, причем используемые в ней клапаны последовательности подобны или идентичны клапану 300, показанному на фиг.3 Однако в добавление к подаче текучей среды из накопительных емкостей 402a-402d в контейнер 404, в данном случае каскадная система обладает также способностью загружать (заполнять) накопительные емкости текучей средой. Эта особенность системы 400 существенно снижает потребность в отключении или отсоединении накопительных емкостей от каскадной системы в ситуациях, когда, в частности, они опустошены и требуется их пополнить или заполнить заново. Например, хотя предусмотрена возможность отключения емкостей 402a-402d для целей технического обслуживания, нет необходимости отсоединять указанные емкости, чтобы пополнить их текучей средой, когда они опустошены. Вместо этого их можно загрузить, используя текучую среду, доставленную из источника подачи (не показан), например из накопительной цистерны (в частности из передвижной цистерны на трейлере, стационарной цистерны, установленной вне помещения, и т.д), а также от компрессора или другого устройства аналогичного назначения.
Каскадная система 400 содержит загрузочный контур 406, представляющий собой загрузочную линию 408, которая подключена к каждой из накопительных емкостей 402a-402d через соответствующие загрузочные обратные клапаны 410а-410d. Источник подачи текучей среды подсоединен к контуру 406 через загрузочный вход 412. Текучая среда, поданная к указанному входу, последовательно заполняет накопительные емкости 402a-402d, начиная с емкости, давление в которой минимально. Другими словами, загружаемая текучая среда проходит по тракту для текучей среды, присоединенному к той из указанных емкостей, давление в которой находится на наименьшем уровне, и начинает заполнять ее в первую очередь. После повышения давления в первой накопительной емкости до уровня, при котором минимальным оказывается давление в другой накопительной емкости, начинается заполнение обеих емкостей одновременно. Когда давления во всех емкостях 402a-402d выравниваются, загружаемая текучая среда начинает одновременно заполнять все емкости до тех пор, пока они не будут заполнены до желаемых уровня и/или давления. Во время описанной операции, поскольку уровни давления в накопительных емкостях 402a-402d понижены в различной степени, перетекание текучей среды из накопительных емкостей с повышенным давлением в накопительные емкости с пониженным давлением предотвращается загрузочными обратными клапанами 410а-410d.
Фиг.5А, 5В и 5С, соответственно на виде спереди, сверху и с торца, иллюстрируют еще один пример каскадной системы 500, которую можно применять для выведения текучей среды из набора накопительных емкостей 502a-502d и для заполнения таких емкостей с использованием загрузочного контура, выполненного в виде единого целого с манифольдом. Система 500 содержит манифольд 504, который, как показано на фиг.8, 9 и 10С, имеет загрузочный контур 505. Данный контур сформирован внутри манифольда, чтобы уменьшить длину линии для текучей среды, требуемую для этого контура. Данная система функционирует, по существу, подобно или идентично системе 400, описанной выше со ссылками на фиг.4.
Для установки клапанов 506а-506с последовательности (см. фиг.5А-5С и 6) в манифольде 504 выполнено соответствующее количество отверстий 508а-508с (т.е. полостей для установки клапанов), как это показано на фиг.7-9. Каждый из указанных клапанов, по существу, подобен или идентичен клапану 300, показанному на фиг.3. Клапаны 506а-506с имеют корпуса типа картриджа, конфигурация которых позволяет вставить или ввинтить их в отверстия 508а-508с или зафиксировать их в отверстиях каким-либо иным способом.
Манифольд 504 имеет несколько отверстий (т.е. гнезд) 510a-510d для обратных клапанов (см. фиг.5А, 7-9 и 10С). В эти отверстия вставляются картриджи 512a-512d указанных клапанов (см. фиг.5В, 5С, 6 и 9), причем каждый картридж содержит два клапана. В частности, как показано на фиг.9, каждый такой картридж содержит соответствующий клапан из комплекта 514a-514d обратных клапанов подачи текучей среды и соответствующий клапан из комплекта 516a-516d загрузочных обратных клапанов. Клапаны 514a-514d и 516a-516d функционируют, по существу, так же, как соответственно клапаны 114а-114с (см. фиг.1 и 2) и 410a-410d (см. фиг.4). Введение или установка картриджей 512a-512d обратных клапанов непосредственно в манифольд значительно уменьшает длину линии для текучей среды, требуемую для реализации каскадной системы 500. Далее указанные картриджи будут описаны более подробно в связи с фиг.11.
Каждая из емкостей 502a-502d присоединена к одному из входных/выходных отверстий 520a-520d (см. фиг.5С, 7 и 8), выполненных в манифольде 504 для подключения накопительных емкостей. При подаче текучей среды из накопительных емкостей 502a-502d в контейнер 518 указанные отверстия (т.е. входы/выходы накопительных емкостей) выполняют функцию входных отверстий. Однако во время процедуры загрузки они функционируют как выходные отверстия (см. далее), обеспечивая подачу текучей среды в накопительные емкости.
Для восприятия давления в накопительных емкостях 502а-502с входные отверстия 517а-517с (см. фиг.5А-5С и 6) клапанов 506а-506с последовательности присоединены через соответствующие линии 519а-519с передачи давления (см фиг.5А-5С) к соответствующим выходным отверстиям 521а-521с (см фиг.5А-5С, 6, 7 и 9) манифольда. Из накопительных емкостей 502а-502с текучая среда проходит в манифольд 504 через их входные отверстия 520а-520с, а выходит из него через его выходные отверстия 521а-521с. Затем она проходит через линии 519а-519с передачи давления в отверстия 517а-517с и заполняет камеры указанных клапанов, воспринимающие накопленное давление (например, камеру 329 указанного назначения, показанную на фиг.3). Тем самым каждый из клапанов 506а-506с последовательности получает возможность воспринимать давление соответствующей накопительной емкости, входящей в набор емкостей 502а-502с
Для подачи текучей среды к контейнеру 518 из манифольда 504 к его выходному отверстию 524 (см. фиг.5А, 7, 8, 10А и 10В) присоединена линия 522 подачи текучей среды (см. фиг.5А). Как показано на фиг.5А, 8 и 10В, между отверстием 508а для первого клапана и выходным отверстием 524 проходит выходной канал 526, обеспечивающий формирование соответствующих трактов (например, трактов 120, 130 и 136 для текучей среды, показанных на фиг.2), предназначенных для подачи (выведения) текучей среды из накопительных емкостей 502a-502d в контейнер 518.
Чтобы обеспечить подачу текучей среды из первой накопительной емкости 502а, вход 520а (см. фиг.5С, 7 и 8) указанной емкости подключен к первому картриджу 512а спаренных обратных клапанов, как это показано на фиг.8. В результате текучая среда из первой накопительной емкости получает возможность проходить через обратный клапан 514а подачи, выходной канал 526 и выходное отверстие 524. Чтобы обеспечить подачу текучей среды из второй накопительной емкости 502b, вход 520b (см. фиг.5С, 7 и 8) указанной емкости подключен ко второму картриджу 512b спаренных обратных клапанов, как это показано на фиг.8. В результате текучая среда из второй накопительной емкости получает возможность проходить через обратный клапан 514b подачи, канал 528, проходящий между отверстием 510b обратного клапана и отверстием 508а первого клапана последовательности, клапан 506а последовательности, выходной канал 526 и выходное отверстие 524. В проиллюстрированном примере текучая среда из третьей и четвертой накопительных емкостей подается подобным образом через соответствующие обратные клапаны 514c-514d подачи, каналы и клапаны 506а-506с последовательности.
Для восприятия давления в контейнере 518 к входному отверстию 532 передачи давления (см. фиг.5А, 6-8, 10А и 10Е) наполнения подсоединена линия 530 передачи давления наполнения (см. фиг.5А). Как показано на фиг.5А, 8 и 10Е, между каждым клапаном последовательности, входящим в комплект клапанов 506а-506с, и входным отверстием 532 проходит канал 534 передачи давления наполнения. Это позволяет каждому из перечисленных клапанов последовательности (см. фиг.5А-5С и 6) воспринимать давление в контейнере 518 (см. фиг.5А).
Для пополнения накопительных емкостей 502a-502d текучей средой к загрузочному входному отверстию 538 (см. фиг.7-9, 10А и 10С) манифольда 504 подсоединена загрузочная линия 536 (см. фиг.5А). Как показано на фиг.8, 9 и 10С, между каждым из отверстий 510a-510d для обратных клапанов и указанным входным отверстием 538 проходит загрузочный канал 540. Во время процедуры загрузки загружаемая текучая среда проходит через отверстие 538 и далее через тот из загрузочных обратных клапанов 516a-516d (см. фиг.9), который соответствует накопительной емкости с минимальным давлением. Например, если такому условию отвечает первая накопительная емкость 502а, а следующим объемом с минимальным давлением (вторым минимальным давлением) является вторая накопительная емкость 502b, загружаемая текучая среда сначала проходит через первый загрузочный обратный клапан 516а (см. фиг.9) и далее через вход 520а (см. фиг.5С, 7 и 8) первой накопительной емкости 502а, заполняя ее. Когда давление в указанной емкости выйдет на уровень, по существу, равный давлению во второй накопительной емкости 502b, загружаемая текучая среда начинает одновременно проходить через первый и второй обратные клапаны 516а, 516b загрузки и входы 520а, 520b первой и второй накопительных емкостей, синхронно заполняя указанные емкости. Подобным образом процедура загрузки продолжается далее с пополнением текучей средой всех накопительных емкостей 502a-502d.
Картриджи 512a-512d обратных клапанов одновременно с загрузкой накопительных емкостей позволяют заполнять контейнер 518. Например, во время прохода загружаемой текучей среды через первый обратный клапан 516а загрузки (см. фиг.9) для заполнения первой накопительной емкости 502а, указанная среда имеет возможность проходить через первый обратный клапан 514а подачи, заполняя контейнер 518.
Как видно из фиг.5А, конфигурация манифольда 504 позволяет подключить линию 522 подачи, линию 530 передачи давления наполнения и линию 536 загрузки к любому концу манифольда. В частности, в альтернативном примере осуществления предусмотрена возможность подключить перечисленные линии соответственно к входам 542, 544 и 546 (см. фиг.7), а линии 519а, 519b и 519с (см. фиг.5В) для текучей среды - соответственно к выходным отверстиям 521b, 521с и 521d манифольда. В такой схеме манифольд 504 можно использовать для подачи текучей среды через его конец, имеющий входы 542, 544 и 546 (см. фиг.7). В любом варианте осуществления все входы, не подключенные к какой-либо линии (например к линии для текучей среды, клапану или другому подобному компоненту), следует перекрыть или заглушить, чтобы предотвратить утечку текучей среды из манифольда 504 во время работы.
Хотя это и не показано на чертежах, в манифольде 504 можно, кроме того, сформировать выходы или отверстия для датчиков давления. Это позволяет проводить соответствующий мониторинг в каждой из накопительных емкостей 502а-502d, используя манометры, аналоговые и/или цифровые датчики. Указанным выходам можно придать конфигурацию, обеспечивающую возможность указанного подключения датчиков или манометров через линии для текучей среды или непосредственно, т.е. без применения каких-либо промежуточных линий.
На фиг.11 приведено детальное изображение картриджа 600 спаренных обратных клапанов, который может выполнять функцию любого из картриджей 512а-512d, показанных на фиг.5В, 5С, 6 и 9. Указанный картридж содержит первый и второй обратные клапаны 602 и 604 соответственно, которые могут работать независимо друг от друга. Например, первый клапан 602 можно использовать в качестве одного из обратных клапанов 514a-514d подачи (см. фиг.9), позволяющих текучей среде проходить из накопительных емкостей 502a-502d в контейнер 518, а второй клапан 604 - в качестве одного из клапанов 516a-516d загрузки, также показанных на фиг.9 и позволяющих загружаемой текучей среде проходить во время загрузки из канала 540 загрузки в указанные накопительные емкости.
В проиллюстрированном примере картридж 600 имеет корпус 606, содержащий участки 608 и 610 соответственно с первым и вторым обратными клапанами 602, 604. Кроме того, у указанного корпуса имеется крепежный участок 612 с резьбовой поверхностью 614, позволяющей прикрепить картридж 600 к гнезду или отверстию (например, к отверстиям 510a-510d для обратных клапанов, показанным на фиг.5А, 7, 8 и 10С).
Обратные клапаны 602, 604 размещены впритык и соосно относительно друг друга по длине своего картриджа 600. В частности, первый участок 608 корпуса указанных клапанов имеет концевую часть 616 с наружной резьбой, посредством которой он соединен с концевой частью 618 второго участка 610 корпуса, имеющей внутреннюю резьбу. Это позволяет, по существу, совместить оси клапанов 602 и 604. Кроме того, участок 610 имеет концевую часть 620 с наружной резьбой, входящей в зацепление с внутренней резьбой концевой части 622 крепежного участка 612 корпуса.
Объем настоящего изобретения не ограничен конкретными устройствами, способами и изделиями, приведенными в данном описании в качестве примеров. Напротив, изобретение охватывает все устройства, способы и изделия, соответствующие прилагаемой формуле изобретения, причем как буквально, так и с учетом эквивалентов.
1. Система выведения текучей среды, содержащая:
манифольд, имеющий выходное отверстие для текучей среды, предназначенное для ее выведения,
клапан для текучей среды, подключенный к манифольду,
первую накопительную емкость для текучей среды, подключенную к манифольду, и
вторую накопительную емкость для текучей среды, подключенную к манифольду,
причем указанный клапан выполнен с возможностью управления первым трактом для текучей среды, сформированным между второй накопительной емкостью и выходным отверстием, с открыванием первого тракта для текучей среды, когда сумма первого давления и смещающего давления превышает второе давление в первой накопительной емкости.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первая накопительная емкость выполнена с возможностью обеспечения подачи текучей среды к выходному отверстию через второй тракт для текучей среды, когда первый тракт перекрыт.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный клапан имеет порт для восприятия давления текучей среды, подсоединенный к первой накопительной емкости с обеспечением возможности восприятия клапаном давления, ассоциированного с указанной емкостью.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что указанный клапан выполнен с возможностью управления первым трактом для текучей среды в зависимости от давления, ассоциированного с первой накопительной емкостью.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что первая накопительная емкость присоединена к манифольду через клапан одностороннего действия.
6. Система по п.5, отличающаяся тем, что клапан одностороннего действия выполнен с возможностью предотвращения перетекания текучей среды из второй накопительной емкости в первую накопительную емкость.
7. Система по п.1, отличающаяся тем, что первое давление ассоциировано с контейнером, в который производится отбор текучей среды и который подключен к манифольду для получения текучей среды, по меньшей мере, от одной из первой и второй накопительных емкостей.
8. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно образует тракт загрузки текучей среды, подключенный к первой накопительной емкости через первый клапан одностороннего действия и ко второй накопительной емкости через второй клапан одностороннего действия.
9. Система по п.8, отличающаяся тем, что тракт загрузки текучей среды обеспечивает возможность пополнять текучую среду в первой и второй накопительных емкостях одновременно с подачей текучей среды манифольдом в контейнер, в который производится отбор текучей среды.
10. Система по п.8, отличающаяся тем, что тракт загрузки текучей среды обеспечивает возможность ее подачи в первую очередь к той из первой и второй накопительных емкостей, которая имеет минимальное давление, с последующей одновременной подачей текучей среды в первую и вторую накопительные емкости, когда давления в них оказываются, по существу, равными.
11. Система по п.8, отличающаяся тем, что первый и третий клапаны одностороннего действия сформированы внутри единого корпуса типа картриджа, причем манифольд выполнен с возможностью приема указанного корпуса, а третий клапан одностороннего действия выполнен с возможностью предотвращения перетекания текучей среды из второй накопительной емкости в первую накопительную емкость.
12. Система по п.1, отличающаяся тем, что клапан содержит:
крышку, у которой имеются полость, определяющая внутреннюю поверхность крышки, наружная поверхность крышки и первый канал для передачи давления, проходящий между наружной поверхностью крышки и полостью крышки,
основание, которое соединено с крышкой соосно с ней, и у которого имеются наружная поверхность, полость, определяющая внутреннюю поверхность основания, входной канал для текучей среды, проходящий между наружной поверхностью основания и полостью основания, выходной канал для текучей среды, проходящий между наружной поверхностью основания и полостью основания, и второй канал для передачи давления, проходящий между наружной поверхностью основания и полостью основания, а также клапанный компонент, находящийся внутри полостей основания и крышки и предназначенный для управления трактом для текучей среды, включающим входной канал и выходной канал.
13. Система по п.12, отличающаяся тем, что клапанный компонент управляет трактом для текучей среды в зависимости от первого давления текучей среды, воспринимаемого через первый канал для передачи давления, и второго давления текучей среды, воспринимаемого через второй канал для передачи давления.
14. Система по п.12, отличающаяся тем, что клапанный компонент представляет собой шток клапана, имеющий сквозной канал, по которому текучая среда может перетекать из второго канала для передачи давления в полость крышки.
15. Система по п.12, отличающаяся тем, что клапанный компонент представляет собой пружину, оказывающую смещающее давление, чтобы создать первое усилие, противодействующее второму усилию, создаваемому первым давлением текучей среды, ассоциированным с первым каналом для передачи давления.
16. Система по п.15, отличающаяся тем, что клапан дополнительно содержит поршень, контактирующий со скольжением с полостью крышки, причем второе усилие действует на первую торцевую поверхность поршня, а второе давление текучей среды, ассоциированное со вторым каналом для передачи давления, создает третье усилие, действующее на вторую торцевую поверхность поршня, противоположную первой торцевой поверхности.
17. Система по п.16, отличающаяся тем, что клапанный компонент открывает тракт для текучей среды, когда сумма первого и третьего усилий превосходит второе усилие.
18. Система по п.1, отличающаяся тем, что манифольд содержит:
первую полость для установки первого клапана для текучей среды,
выходное отверстие для текучей среды,
первое входное отверстие для текучей среды, предназначенное для подключения к первой накопительной емкости, и
второе входное отверстие для текучей среды, предназначенное для подключения ко второй накопительной емкости,
причем выходное отверстие сконфигурировано для выведения текучей среды, поступившей через указанные первое и второе входные отверстия.
19. Система по п.18, отличающаяся тем, что манифольд дополнительно содержит канал для текучей среды, проходящий между первой полостью и выходным отверстием и предназначенный для подачи текучей среды, по меньшей мере, от одной из первой и второй накопительных емкостей.
20. Система по п.18, отличающаяся тем, что манифольд дополнительно содержит отверстие, связанное с обратным клапаном и обеспечивающее возможность поступления текучей среды от первого входного отверстия к выходному отверстию.
21. Система по п.18, отличающаяся тем, что манифольд дополнительно содержит канал, обеспечивающий возможность поступления текучей среды от второго входного отверстия в первую полость, а также от второго входного отверстия к выходному отверстию.
22. Система по п.18, отличающаяся тем, что манифольд дополнительно содержит входной порт для восприятия давления и канал для передачи давления, проходящий между указанным входным отверстием и первой полостью.
23. Система по п.22, отличающаяся тем, что канал для передачи давления обеспечивает возможность первому клапану открывать тракт для текучей среды, проходящий от второго входного отверстия к выходному отверстию в зависимости от давления текучей среды, ассоциированного с первым каналом для передачи давления, и второго давления, ассоциированного с первой накопительной емкостью.
24. Система по п.18, отличающаяся тем, что первая полость представляет собой отверстие, сконфигурированное с возможностью закрепления в нем картриджа первого клапана и подключения каналов для текучей среды, проходящих через манифольд, к соответствующим портам первого клапана с обеспечением первому клапану возможности управлять трактом для текучей среды, связанным, по меньшей мере, со второй накопительной емкостью.
25. Система по п.18, отличающаяся тем, что манифольд дополнительно содержит вторую полость для установки второго клапана для управления трактом для текучей среды, служащим для подачи текучей среды к выходному отверстию, по меньшей мере, от третьей накопительной емкости.
26. Система по п.18, отличающаяся тем, что манифольд дополнительно содержит входное отверстие для текучей среды, обеспечивающее возможность пополнения текучей средой первой и второй накопительных емкостей.
