Регулируемый дисковый механизм для газового регулятора
Изобретение относится к технике регулирования газа и направлено на уменьшение степени падения давления в механизме при нормальной работе, что обеспечивается за счет того, что устройство для регулирования текучей среды содержит корпус клапана, ограничивающий впускное и выпускное отверстия, клапанное окно, расположенное в корпусе клапана между впускным и выпускным отверстиями, клапанный диск, расположенный в корпусе клапана с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением для регулирования потока текучей среды через корпус клапана, причем клапанный диск имеет уплотнительную поверхность для вхождения в контакт с клапанным окном, когда клапанный диск находится в закрытом положении, а также цилиндрический элемент, прикрепленный с возможностью снятия к окружности клапанного диска и выступающий над уплотнительной поверхностью клапанного диска для направления потока текучей среды, проходящей от клапанного окна в выпускное отверстие. 4 н. и 19 з.п. ф-лы, 7 ил.
Испрашивается приоритет по предварительной заявке США №60/913109 "Регулируемый дисковый механизм для газового регулятора" (дата подачи 20 апреля 2007 г.), полное содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к газовым регуляторам и, в частности, к газовым регуляторам, имеющим исполнительные механизмы с замкнутой системой регулирования.
Уровень техники
Давление, под которым газораспределительные системы передают газ, может изменяться в зависимости от требований, предъявляемых к данной системе, климату, источнику питания и/или другим факторам. Однако большинство установок конечных потребителей, содержащих потребители газа, например печи, духовки и т.п., требуют, чтобы газ подводился под заданным давлением и при максимальной или меньшей пропускной способности газового регулятора. Поэтому в этих распределительных системах используются газовые регуляторы, обеспечивающие соответствие подводимого газа требованиям установок конечных потребителей. Традиционные газовые регуляторы включают исполнительный механизм замкнутой системы регулирования для восприятия и регулирования давления подводимого газа.
В дополнение к замкнутой системе регулирования некоторые традиционные газовые регуляторы включают предохранительный клапан. Предохранительный клапан предназначен для обеспечения защиты от избыточного давления при выходе из строя, например, регулятора или какого-либо другого элемента системы распределения текучей среды. Соответственно при превышении давления подводимой текучей среды заданного порога давления предохранительный клапан открывается и выпускает по меньшей мере часть газа в атмосферу, таким образом уменьшая давление в системе.
На фиг.1 и 1А показан традиционный газовый регулятор 10. Регулятор 10 в целом содержит исполнительный механизм 12 и клапан 14 регулятора. Клапан 14 регулятора ограничивает впускное отверстие 16 для приема газа, например, от газораспределительной системы и выпускное отверстие 18 для подачи газа к установке конечного пользователя, например заводу, ресторану, жилому зданию и т.п., имеющей один или более потребителей. Клапан 14 регулятора дополнительно включает клапанное окно 36, расположенное между впускным и выпускным отверстием. Газ при перемещении от впускного отверстия 16 к выпускному отверстию 18 клапана 14 регулятора проходит через клапанное окно 36.
Исполнительный механизм 12 присоединен к клапану 14 регулятора для обеспечения соответствия давления в выпускном отверстии 18 клапана 14 регулятора, то есть давления на выпуске, требуемому давлению на выпуске или давлению в системе регулирования. Поэтому исполнительный механизм 12 находится в проточном сообщении с клапаном 14 регулятора через горловину 34 клапана и горловину 20 исполнительного механизма. Исполнительный механизм содержит узел 22 регулирования для восприятия и регулирования давления на выпуске клапана 14 регулятора. Более конкретно, узел 22 регулирования включает мембрану 24, поршень и регулирующий рычаг 26, имеющий клапанный диск 28. Традиционный клапанный диск 28 включает в целом цилиндрический корпус 25 и уплотнительный вкладыш 29, прикрепленный к корпусу 25. Корпус 25 клапана может также включать круговой фланец 31, выполненный в нем как единое целое, как показано на фиг.1А. Мембрана 24 воспринимает давление на выпуске клапана 14 регулятора. Узел 22 регулирования дополнительно включает регулирующую пружину 30, находящуюся в контакте с верхней частью мембраны 24 для компенсации воспринимаемого давления на выпуске. Соответственно требуемое давление на выпуске, которое может также называться давлением в системе регулирования, устанавливается путем выбора регулирующей пружины 30.
Мембрана 24 функционально соединена с регулирующим рычагом 26, и, следовательно, клапанный диск 28 через поршень 32 регулирует открытие клапана 14 на основе воспринимаемого давления на выходе. Например, при работе конечного потребителя, например печи, появляется расход в газораспределительной системе после регулятора 10, расход на выпуске увеличивается, соответственно уменьшается давление на выпуске. Соответственно мембрана воспринимает это уменьшенное давление на выпуске. Это обеспечивает растяжение регулирующей пружины 30, а также перемещение поршня 32 и правой части регулирующего рычага 32 вниз в соответствии с ориентацией, показанной на фиг.1. Это смещение регулирующего рычага 26 перемещает клапанный диск 28 от клапанного окна 36 для открытия клапана 14 регулятора. На фиг.1A показан клапанный диск 34 в первом или нормальном режиме работы. При этом к потребителю может подводиться газ через клапанное окно 36 по направлению к выпускному отверстию 18 клапана 14 регулятора.
В традиционном регуляторе 10 регулирующая пружина 30 по своей природе создает меньшее усилие по мере растяжения к несжатому состоянию при смещении регулирующего рычага 26 для открытия клапанного окна 36. Кроме того, по мере растяжения регулирующей пружины 30 мембрана 24 деформируется, что приводит к увеличению площади мембраны 24. Уменьшенное усилие регулирующей пружины 30 и увеличенная площадь мембраны 24 в этом случае вместе являются причиной того, что при работе регулятора усилие, обеспечиваемое регулирующей пружиной, становится недостаточным для компенсации усилия, создаваемого мембраной, что приводит к уменьшению давления на выпуске в системе регулирования по сравнению с первоначально установленным конечным потребителем. Это явление известно как "провал". При возникновении "провала" давление на выпуске уменьшается ниже установленного давления в системе регулирования и регулятор 10 работает некорректно.
В традиционном регуляторе 10, показанном на фиг.1, узел 22 регулирования дополнительно служит в качестве предохранительного клапана, указанного выше. Более конкретно, узел 22 регулирования также включает предохранительную пружину 40 и перепускной клапан 42. Мембрана 24 включает отверстие 44 в ее центральной части, а поршень 32 включает уплотнительную манжету 38. Предохранительная пружина 40 расположена между поршнем 32 и мембраной 24 для смещения мембраны 24 к уплотнительной манжете 38 и закрытия отверстия 44 при нормальной работе. При возникновении неисправности, например выходе из строя регулирующего рычага 26, узел 22 регулирования больше не связан непосредственно с клапанным диском 28 и клапанный диск 28 перемещается в крайнее открытое положения под действием потока на впуске. Это приводит к попаданию большого количества газа в исполнительный механизм 12. Таким образом, по мере наполнения исполнительного механизма 12 газом давление на мембрану 24 возрастает, что вызывает перемещение мембраны 24 от уплотнительной манжеты 38 и тем самым открытие отверстия 44. Вследствие этого газ проходит через отверстие 44 в мембране 24 к перепускному клапану 42. Перепускной клапан 42 включает пробку 46 клапана и перепускную пружину 54, смещающую клапанную пробку 46 в закрытое положение, как показано на фиг.2. При достижении давлением в исполнительном механизме 12 и смежном перепускном клапане 42 заданного порога давления клапанная пробка 46 смещается вверх, сжимая перепускную пружину 54, и открывается, выпуская тем самым газ в атмосферу и уменьшая давление в регуляторе 10.
При выборе регулятора для конкретного применения перед специалистами стоит задача увеличения пропускной способности при установленном давлении в системе регулирования и уменьшения количества газа, выпускаемого в атмосферу при неисправности. Обычно данная задача выполняется путем расчета или выбора различных аспектов регулятора 10, например клапанного окна, для обеспечения некоторого соотношения этих противоположных друг другу требований. Для ограничения количества газа, выпускаемого в атмосферу предохранительным клапаном, специалисты часто выбирают самое маленькое доступное окно, обеспечивающее требуемую пропускную способность.
Раскрытие изобретения
В настоящем изобретении предложен выполненный с возможностью регулирования регулирующий элемент и/или регулятор или другое устройство для регулирования потока текучей среды. В одном примере осуществления регулируемый регулятор, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения, может включать корпус клапана, клапанное окно, клапанный диск, мембрану и насадку. Корпус клапана ограничивает впускное и выпускное отверстия. Клапанное окно расположено в корпусе клапана между впускным и выпускным отверстиями. Клапанный диск расположен в корпусе клапана с возможностью смещения между открытым положением и закрытым положением для регулирования потока текучей среды через корпус клапана.
Дополнительно в одном примере осуществления клапанный диск может иметь уплотнительную поверхность для вхождения в контакт с клапанным окном, когда клапанный диск находится в закрытом положении. Мембрана может быть функционально соединена с клапанным диском для регулирования положения клапанного диска. Насадка расположена на клапанном диске и выступает по оси над уплотнительной поверхностью клапанного диска, так что насадка направляет поток текучей среды через клапанное окно в выпускное отверстие корпуса клапана, когда клапанный диск находится в открытом положении.
В одном примере осуществления насадка может представлять собой регулируемую насадку, выполненную с возможностью осевого перемещения между множеством положений относительно клапанного диска с обеспечением тем самым настройки регулятора для соответствия конкретным требованиям.
В альтернативном примере осуществления насадка или клапанный диск или и насадка, и клапанный диск могут включать шкалу для отображения положения насадки относительно клапанного диска.
В одном примере осуществления насадка может включать цилиндрическую насадку, находящуюся посредством резьбового соединения в контакте с клапанным диском. В одном варианте насадка находится посредством резьбового соединения в контакте с окружностью клапанного диска. В другом варианте насадка может быть выполнена с возможностью полного снятия с клапанного диска.
В соответствии с другим или альтернативным примером осуществления регулятор дополнительно включает множество насадок. Например, регулятор может включать первую насадку и вторую насадку. Каждая из первой и второй насадок может быть выполнена с возможностью взаимозаменяемого расположения на клапанном диске для обеспечения различных рабочих характеристик регулятора. Например, первая насадка может выступать над клапанным диском на первое расстояние для обеспечения первой характеристики расхода, а вторая насадка может выступать над клапанным диском на второе расстояние для обеспечения второй, отличной характеристики.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет собой вид бокового поперечного разреза традиционного регулятора.
Фиг.1А представляет собой вид бокового поперечного разреза клапана регулятора, показанного на фиг.1.
Фиг.2 представляет собой вид бокового поперечного разреза регулятора, выполненного в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения, на котором клапанный диск показан в закрытом положении.
Фиг.3 представляет собой вид бокового поперечного разреза регулятора, показанного на фиг.2, на котором клапанный диск показан в рабочем положении.
Фиг.4 представляет собой изображение поперечного разреза в частично разобранном виде регулирующего элемента регулятора, показанного на фиг.3 и 3A, выполненного в соответствии с первым примером осуществления настоящего изобретения.
Фиг.5A-5C представляют собой вид бокового разреза регулирующего элемента, показанного на фиг.3, 3A и 4, выполненного в соответствии с первым, вторым и третьим примерами осуществления соответственно.
Фиг.6 представляет собой вид бокового разреза клапана регулятора, показанного на фиг.3, на котором регулирующий элемент показан в полностью открытом рабочем положении.
Фиг.7A-7C представляют собой вид бокового разреза регулирующего элемента, выполненного в соответствии с альтернативным примером осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
На фиг.2 и 3 показан газовый регулятор 100, выполненный в соответствии с одним примером осуществления настоящего изобретения. Газовый регулятор 100 в целом содержит исполнительный механизм 102 и клапан 104 регулятора. Клапан 104 регулятора включает впускное отверстие 106 для приема газа, например, от газораспределительной системы и выпускное отверстие 108 для подачи газа к установке, имеющей, например, одного или более потребителей. Исполнительный механизм 102 присоединен к клапану 104 регулятора и включает узел 122 регулирования, имеющий регулирующий элемент 127. В первом нормальном режиме работы узел 122 регулирования воспринимает давление в выпускном отверстии 108 клапана 104 регулятора, то есть давление на выпуске, и регулирует положение регулирующего элемента 127 таким образом, что давление на выпуске приблизительно равняется заданному давлению в системе регулирования. Дополнительно при возникновении неисправности в системе регулятор 100 обеспечивает функцию предохранения, которая в целом подобна функции предохранения, описанной выше со ссылкой на регулятор 10, показанный на фиг.1 и 1А.
Как показано на фиг.2, клапан 104 регулятора ограничивает проходное отверстие 110 и горловину 112 клапана. Проходное отверстие 110 расположено между впускным отверстием 106 и выпускным отверстием 108. Клапанное окно 136 расположено в проходном отверстии 110 и ограничивает канал 148, имеющий впускное отверстие 150 и выпускное отверстие 152. Газ при перемещении от впускного отверстия 106 к выпускному отверстию 108 клапана 104 регулятора проходит через канал 148 клапанного окна 136. Клапанное окно 136 выполнено с возможностью извлечения из клапана 104 регулятора, так что оно может быть заменено другим клапанным окном, имеющим канал другого диаметра или конструкцию, обеспечивающую рабочую характеристику или характеристику расхода клапана 104 регулятора для конкретного применения. В описанном примере осуществления горловина 112 клапана ограничивает отверстие 114 (показано на фиг.3A и 4), расположенное по оси, в целом перпендикулярной оси впускного отверстия 106 и выпускного отверстия 108 клапана 104 регулятора.
Исполнительный механизм 102 включает корпус 116 и узел 122 регулирования, как указано выше. Корпус 116 включает верхнюю часть 116a корпуса и нижнюю часть 116b корпуса, соединенные друг с другом, например, множеством крепежных средств. Нижняя часть 116b корпуса ограничивает регулирующую полость 118 и горловину 120 исполнительного механизма. Горловина 120 исполнительного механизма присоединена к горловине 112 клапана 104 регулятора для обеспечения проточного сообщения между исполнительным механизмом 102 и горловиной 104 регулятора. В описанном примере осуществления регулятор 100 включает хомут 111, соединяющий горловины 112, 120 друг с другом. Верхняя часть 116а корпуса ограничивает предохранительную полость 134 и выпускное окно 156. Верхняя часть 116а корпуса дополнительно ограничивает выступающую часть 158 для размещения части узла 122 регулирования, как описано ниже.
Узел 122 регулирования включает узел 121 мембраны, узел 123 диска и перепускной клапан 142. Узел 121 мембраны включает мембрану 124, поршень 132, регулирующую пружину 130, предохранительную пружину 140, объединенное гнездо 164 пружины, гнездо 166 предохранительной пружины, гнездо 160 регулирующей пружины и направляющую 159 поршня.
Более конкретно, мембрана 124 включает мембрану в форме диска, ограничивающую отверстие 144 в ее центральной части. Мембрана 124 выполнена из гибкого, по существу воздухонепроницаемого материала, и ее периферия герметично зафиксирована между верхней и нижней частями 116a, 116b корпуса 116. Таким образом, мембрана 124 отделяет предохранительную полость 134 от регулирующей полости 118.
Объединенное гнездо 164 пружины расположено на мембране 124 и ограничивает отверстие 170, расположенное концентрически с отверстием 144 в мембране 124. Как показано на фиг.2, объединенное гнездо 164 пружины поддерживает регулирующую пружину 130 и предохранительную пружину 140.
Поршень 132 в описанном примере осуществления включает в целом удлиненный элемент в форме штока, имеющий часть 138 уплотнительной манжеты, вилку 172, часть 174 с резьбой и направляющую часть 175. Часть 138 уплотнительной манжеты вогнутая и в целом имеет форму диска, а также проходит вокруг средней части поршня 132 и расположена непосредственно под мембраной 124. Вилка 172 включает полость, выполненную с возможностью размещения соединителя 135, который соединяет часть узла 123 диска для обеспечения соединения узла 121 мембраны с узлом 123 диска, как описано ниже.
Направляющая часть 175 и часть 174 с резьбой поршня 132 расположены в отверстиях 144, 170 в мембране 124 и в объединенном гнезде 164 пружины соответственно. Направляющая часть 175 поршня 132 расположена с возможностью скольжения в полости в направляющей 159 поршня, которая обеспечивает осевое выравнивание поршня 132 относительно остальной части узла 122 регулирования. Предохранительная пружина 140, гнездо 166 предохранительной пружины и гайка 176 расположены на части 174 с резьбой поршня 132. Гайка 176 удерживает предохранительную пружину 140 между объединенным гнездом 164 пружины и гнездом 166 предохранительной пружины. Регулирующая пружина 130 расположена на объединенном гнезде 164 пружины, как указано, внутри выступающей части 158 верхней части 116a корпуса. Гнездо 160 регулирующей пружины навинчено на выступающую часть 158 и сжимает регулирующую пружину 130 с объединенным гнездом 164 пружины. В описанном примере осуществления регулирующая пружина 130 и предохранительная пружина 140 включают винтовые пружины сжатия. Соответственно регулирующая пружина 130 посажена напротив верхней части 116a корпуса и создает усилие, направленное вниз к объединенному гнезду 164 пружины и мембране 124. Предохранительная пружина 140 посажена напротив объеденного гнезда 164 пружины и создает усилие, направленное вверх к гнезду 166 предохранительной пружины, которая в свою очередь прикладывается к поршню 132. В описанном примере осуществления усилие, создаваемое регулирующей пружиной 130, регулируется путем регулирования положения гнезда 160 регулирующей пружины в выступающей части 158, и, следовательно, давление в системе регулирования регулятора 100 также может регулироваться.
Регулирующая пружина 130 сжимается под действием давления в регулирующей полости 118, воспринимаемого мембраной 124. Как указано, это давление равно давлению в выпускном отверстии 108 клапана 104 регулятора. Соответственно усилие, создаваемое регулирующей пружиной 130, устанавливает требуемое давление на выпуске или давление в системе регулирования регулятора 100. Узел 121 мембраны функционально соединен с узлом 123 диска, как указано выше, через часть 172 вилки поршня 132 и соединитель 135.
Более конкретно, узел 123 диска включает регулирующий рычаг 126 и направляющую 162 стержня. Регулирующий рычаг 126 включает стержень 178, плечо 180 и регулирующий элемент 127. Регулирующий элемент 127 в описанном примере осуществления включает клапанный диск 128 и насадку 182. Стержень 178, плечо 180 и клапанный диск 128 выполнены отдельно и собраны для образования регулирующего рычага 126. Более конкретно, стержень 178 представляет собой в целом прямой шток, имеющий выступ 178a и углубление 178b, которое в описанном примере осуществления в целом прямоугольное. Плечо 180 представляет собой слегка изогнутый шток и включает конец 180а с точкой опоры и свободный конец 180b. Конец 180a с точкой опоры включает отверстие 184, в котором размещен палец 186, установленный на нижней части 116b корпуса. Конец 180a с точкой опоры также включает кулак 187, имеющий эллиптическое поперечное сечение и расположенный в углублении 178b стержня 178. Свободный конец 180b размещен между верхней частью 135a и пальцем 135b соединителя 135, который прикреплен к вилке 172 поршня 132. Таким образом, соединитель 135 функционально соединяет узел 123 диска с узлом 121 мембраны.
Направляющая 162 стержня включает в целом цилиндрическую внешнюю часть 162a, в целом цилиндрическую внутреннюю часть 162b и множество перемычек 162с, соединяющих внутреннюю и внешнюю части 162b, 162а. Внешняя часть 162a направляющей 162 стержня выполнена с возможностью размещения в горловинах 112, 120 клапана 104 регулятора и нижней части 116b корпуса соответственно. Внутренняя часть 162b выполнена с возможностью удержания стержня 178 регулирующего рычага 126 с возможностью скольжения. Таким образом, направляющая 162 стержня служит для обеспечения выравнивания клапана 104 регулятора, корпуса 116 исполнительного механизма, узла 122 регулирования и, более конкретно, стержня 178 регулировочного рычага 126 узла 122 регулирования.
Как показано на фиг.4, клапанный диск 128 регулирующего элемента 127 включает хомут 193 и в целом цилиндрический корпус 185. Хомут 193 выполнен с возможностью защелкивания на выступе 178a стержня 178, как показано на фиг.2. Цилиндрический корпус 185 имеет круглую уплотнительную поверхность 188 и внешнюю поверхность 190. Цилиндрический корпус может также включать уплотнительный элемент 191, прикрепленный к нему и имеющий уплотнительную поверхность 188. Уплотнительный элемент 191 может быть прикреплен к остальной части цилиндрического корпуса 185 с помощью, например, клейкого вещества или других средств. Уплотнительный элемент 191 может быть выполнен из того же материала, что и остальная часть цилиндрического корпуса 185, или другого материала. Например, в одном примере осуществления уплотнительный элемент 191 может включать полимерный уплотнительный элемент 191.
Как показано на фиг.4, насадка 182 включает в целом полый цилиндрический элемент, который также может быть назван хомутом, имеющим кольцеобразную торцевую поверхность 192 и внутреннею поверхность 194. В одном примере осуществления внутренняя поверхность 194 насадки 182 включает резьбу, выполненную с возможностью вхождения в контакт с сопряженной резьбой, расположенной на внешней поверхности 190 клапанного диска 128, как показано на фиг.4, например. Дополнительно насадка 182 может включать часть 196 внутренней поверхности с фаской, расположенную смежно с торцевой поверхностью. Часть 196 внутренней поверхности с фаской может также являться частью с конусообразным сечением, имеющей по меньшей мере в одном примере осуществления, например, форму усеченного конуса.
В сборе насадка 182 может быть прикреплена к окружности клапанного диска 128, так чтобы торцевая поверхность 192 могла быть расположена в целом параллельно уплотнительной поверхности 188 клапанного диска 128 и смещена от нее. Таким образом, в сборе уплотнительная поверхность 188 утоплена в торцевой поверхности 192 насадки 182 и тем самым ограничивает в целом цилиндрическую полость 127a (как показано, например, на фиг.5B и 5C) в регулирующем элементе 127 между уплотнительной поверхностью 188 и торцевой поверхностью 192. Как указано, описанный пример осуществления регулирующего элемента 127 может включать насадку 182, прикрепленную с помощью резьбового соединения к клапанному диску 128. Это обеспечивает то преимущество, что осевое положение насадки 182 может быть отрегулировано путем вращения насадки 182 относительно клапанного диска 128. Такое осевое смещение позволяет настроить регулирующий элемент 127 к конкретным требованиям, как описано ниже. В других примерах осуществления насадка 182 может включать набор винтов (не показаны) вместо резьбы, так что осевое положение насадки 182 может быть зафиксировано путем подтяжки набора винтов к внешней поверхности 190 клапанного диска 128. В других примерах осуществления насадка 182 может быть прикреплена к клапанному диску 128 с помощью резьбового соединения и дополнительно включать набор винтов. В других примерах осуществления насадка 182 и клапанный диск 128 могут быть соединены с помощью винта с рифленой головкой, шпоночного или шлицевого соединения, обеспечивающего регулирование положения насадки 182 относительно клапанного диска 128. Кроме того, в одном примере осуществления регулирующий элемент 127 может включать шкалу на внутренней поверхности 194 насадки или внешней поверхности 190 клапанного диска 128 или на обоих, так чтобы отображалось положение насадки 182 относительно клапанного диска 128. Например, шкала может включать масштабные или градуированные метки 299 на внешней поверхности 190 клапанного диска 128, как показано на фиг.4.
На фиг.2 показан регулятор 100 в закрытом положении при отсутствии расхода в системе после регулятора 100. Поэтому уплотнительная поверхность 188 клапанного диска 128 герметично входит в контакт с выпускным отверстием 152 клапанного окна 136. При этом газ не проходит через клапанное окно 136 и клапан 104 регулятора. Такое положение обеспечивается, когда давление на выпуске, которое соответствует давлению в регулирующей полости 118 корпуса 116 и воспринимается мембраной 124, превышает усилие, создаваемое регулирующей пружиной 130. Соответственно давление на выпуске перемещает мембрану 124 и поршень 132 в закрытое положение.
Однако в случае появления рабочего расхода в газораспределительной системе, например, начала работы потребителя, например печи, плиты и т.п., данный потребитель потребляет газ из регулирующей полости 118 регулятора 100, таким образом уменьшая давление, воспринимаемое мембраной 124. По мере уменьшения давления, воспринимаемого мембраной 124, возникает неравенство усилия регулирующей пружины и усилия, создаваемого давлением на выпуске и прикладываемого к мембране 124, так что регулирующая пружина 130 растягивается и смещает мембрану 124 и поршень 132 вниз относительно корпуса 116. Это вызывает поворот плеча 180 по часовой стрелке вокруг пальца 186, который, в свою очередь, поворачивает кулак 187 относительно углубления 178b в стержне 178. При этом регулирующий элемент 127 перемещается от выпускного отверстия 152 клапанного окна 136, открывая клапан 104 регулятора.
На фиг.3 и 3A показан узел 121 мембраны, включающий регулирующий элемент 127 в примере нормального рабочего положения. При этом газораспределительная система подает газ к последующему потребителю через клапан 104 регулятора при давлении в системе регулирования, установленном регулирующей пружиной 130. Дополнительно узел 121 мембраны продолжает воспринимать давление на выпуске клапана 104 регулятора. Пока давление на выпуске остается примерно равным давлению в системе регулирования, узел 122 регулирования поддерживает регулирующий элемент 127 в одном положении. Однако, если расход на выпуске, то есть потребление, уменьшается, тем самым увеличивая давление на выпуске сверх давления в системе регулирования, установленного регулирующей пружиной 130, мембрана 124 воспринимает увеличенное давление на выпуске и перемещается вверх, сжимая регулирующую пружину 130. В другом случае, если расход на выпуске, то есть потребление, увеличивается, тем самым уменьшая давление на выпуске ниже давления в системе регулирования, мембрана воспринимает уменьшенное давление на выпуске и пружина 130 смещает мембрану 124 и поршень 132 вниз, открывая клапан 104 регулятора. Таким образом, узел 122 регулирования реагирует на небольшие отклонения от давления на выпуске или давления в системе регулирования и регулирует положение регулирующего элемента 127.
По мере растягивания регулирующей пружины 130, смещения регулирующего элемента 127 и открытия клапанного окна 136 усилие, создаваемое пружиной, и площадь мембраны 124 уменьшаются. В традиционном регуляторе 10, описанном выше со ссылкой на фиг.1. и 1А, такое уменьшение усилия пружины и уменьшение площади мембраны приводит к уменьшению значения давления на выпуске, необходимого для уравновешивания мембраны 24, что тем самым приводит к тому, что мембрана 24 воспринимает давление, меньшее, чем фактическое давление на выпуске. Это, в свою очередь, приводит к дальнейшему открытию клапанного окна 36 узлом 22 регулирования, что уменьшает давление на выпуске клапана 14 регулятора ниже давления в системе регулирования. Как указано выше, это явление известно как "провал".
Однако регулирующий элемент 127 регулятора 100, описанный в соответствии с этим примером осуществления настоящего изобретения, включает насадку 182, прикрепленную к клапанному диску 128, которая способствует компенсации "провала". Насадка 182 выполнена с возможностью выборочно выступать над уплотнительной поверхностью 188 клапанного диска 128, так что, когда регулирующий элемент 127 находится в первом рабочем режиме или условиях, насадка 182 может направлять поток газа из клапанного окна 136 от мембраны 124 исполнительного механизма 102 и к выпускному отверстию 108 клапана 104 регулятора, как описано ниже. При этом понятно, что насадка 182 может искусственно вызывать уменьшение давления или неверное измерение давления мембраной 124 из-за создаваемого ограничения. Меньшее воспринимаемое давление мембраны 124 вызывает смещение мембраны регулирующей пружиной 130 вниз, еще более открывая клапанное окно 136. Это приводит к увеличению расхода газа из клапана 104 в выпускное отверстие 108 и увеличению давления в системе регулирования. Соответственно регулирующий элемент 127 в описанном примере осуществления обеспечивает "повышение" для компенсации "провала", образующегося в противном случае.
Как описано ниже, насадка 182 в описанном примере осуществления прикреплена с возможностью регулирования к клапанному диску 128. Поэтому регулирующий элемент 127 может быть настроен, например, для разных требований путем регулирования осевого положения насадки 182 относительно клапанного диска 128, что, в свою очередь, изменяет величину, на которую насадка 182 выступает над уплотнительной поверхностью 188, и направляет поток газа к выпускному отверстию 108 клапана 104 регулятора.
Например, как показано на фиг.5A-5C, регулирующий элемент 127 в описанном примере осуществления может быть выполнен с возможностью регулирования в трех компоновках. Следует понимать, что в описанном примере осуществления, в котором насадка 182 и клапанный диск 128 соединены с помощью резьбового соединения, регулирующий элемент 127 может быть расположен по существу в бесконечном количестве компоновок.
На фиг.5А показан регулирующий элемент 127 в первой компоновке, в которой торцевая поверхность 192 насадки 182 в целом выровнена с уплотнительной поверхностью 188 клапанного диска. Такая компоновка регулирующего элемента 127 обеспечивает небольшое "повышение" из-за увеличенного диаметра регулирующего элемента 127, но не ограничивает полость между насадкой и клапанным диском 128 для направления потока.
Напротив, на фиг.5B показан регулирующий элемент 127 во второй компоновке, в которой торцевая поверхность 192 насадки 182 выступает на первое расстояние над уплотнительной поверхностью 188 клапанного диска 128. При этом регулирующий элемент 127 ограничивает цилиндрическую полость 127а между уплотнительной поверхностью 188 клапанного диска 128 и внутренней поверхностью 194 насадки 182. На фиг.5C показан регулирующий элемент 127 в третьей компоновке, в которой торцевая поверхность 192 насадки 182 выступает на второе расстояние над уплотнительной поверхностью 188 клапанного диска 128. Второе расстояние больше первого, и поэтому компоновка, показанная на фиг.5C, имеет полость 127а, большую, чем полость 127а на фиг.5B.
Как показано на фиг.3, при нормальной работе и компоновке регулирующего элемента, показанной на фиг.5В или фиг.5C, поток текучей среды из клапанного окна 136 проходит по меньшей мере частично в полость 127а, ограниченную регулирующим элементом 127. По мере изменения направления текучей среды от уплотнительной поверхности 188 текучая среды покидает полость 127a и направляется к выпускному отверстию 108 корпуса 104 клапана. Внутренняя поверхность 196 с фаской насадки 182, показанная на фиг.4, способствует сбору и отпусканию текучей среды насадкой 182. Поэтому часть насадки 182, выступающая над уплотнительной поверхностью 188 клапанного диска 128, направляет поток текучей среды к выпускному отверстию 108 корпуса 104 клапана, одновременно направляя ту же текучую среду от исполнительного механизма 102, обеспечивая "повышение" давления, воспринимаемого мембраной 124.
Как указано выше, насадка 182 расположена с возможностью регулирования относительно клапанного диска 128, так что степень "повышения" может быть настроена. Например, в примере выполнения насадки 182, показанном на фиг.5C, ее торцевая поверхность 192 расположена дальше от уплотнительной поверхности 188 уплотнительного диска 128 по сравнению с вариантом выполнения, показанным на фиг.5В. Поэтому третья компоновка, показанная на фиг.5C, ограничивает большую полость 128а и обеспечивает большую степень "повышения", чем вторая компоновка, показанная на фиг.5B. Регулирующий элемент 127, таким образом, по-разному взаимодействует с потоком через клапан 104 регулятора в каждой из этих разных компоновок.
В случае возникновения неисправности в системе регулирующий элемент 127 в описанном примере осуществления не влияет на функцию предохранения регулятора 100. Напротив, как показано на фиг.6, во втором режиме работы или режиме неисправности регулирующий элемент 127 перемещается в полностью открытое положение, обеспечивая уменьшение давления в регуляторе 100. Соответственно это вызывает перемещение поршня 132 и уплотнительной манжеты 138 в крайнее нижнее положение. При этом регулирующий элемент 127 сводит к минимуму ограничение потока от клапанного окна 136 и обеспечивает прохождение потока в выпускное отверстие 108 клапана 104 регулятора, а также в исполнительный механизм 102, обеспечивая уменьшение давления в выпускном отверстии 108 клапана 104 регулятора, заданное конструкцией предохранительного клапана. Например, при увеличении давления в регулирующей полости 118 свыше давления сброса, установленного предохранительной пружиной 140, давление перемещает мембрану 124 и объединенное гнездо 164 пружины вверх, тем самым сжимая предохранительную пружину 140 гнездом 166 предохранительной пружины. Это, в свою очередь, вызывает выход мембраны 124 из контакта с уплотнительной манжетой 138 поршня и обеспечивает проход газа через отверстия 144, 170 и в предохранительную полость 134 над мембраной 124. По мере наполнения предохранительной полости 134 газом давление в ней увеличивается.
При увеличении давления в предохранительной полости 134 свыше заданного давления выпуска перепускной клапан 142 открывается и выпускает газ через выпускное окно 156 в атмосферу, подобно традиционному регулятору 10, показанному на фиг.1. Более конкретно, перепускной клапан 142 включает клапанную пробку 146 и перепускную пружину 154. Как показано на фиг.2, перепускной клапан 142 расположен в верхней части 116a корпуса 116, смежно с выпускным окном 156. Более конкретно, выпускное окно 156 включает L-образную полость, содержащую вертикальную часть 156а и горизонтальную часть 156b. Вертикальная часть 156а находится в проточном сообщении с предохранительной полостью 134. Горизонтальная часть 156b открыта в атмосферу. Вертикальная часть 156а содержит перепускной клапан 142 и ограничивает поверхность 198 седла. Перепускная пружина 154 смещает клапанную пробку 146 к поверхности 198 седла выпускного окна 156 в закрытое положение.
На фиг.7А-7C показан альтернативный пример осуществления регулирующего элемента 127, выполненного в соответствии с принципами настоящего изобретения. Регулирующий элемент 227 включает клапанный диск 228 и множество насадок 282а, 282b, 282c. Клапанный диск 228 подобен клапанному диску 128, описанному выше со ссылкой на фиг.3-6. Клапанный диск 228 включает в целом цилиндрический корпус 285 и хомут 293. Корпус 285 включает уплотнительную поверхность 288 и внешнюю поверхность 290. Хомут выполнен с возможностью защелкивания на стержне регулирующего узла, подобно выступу 178а стержня 178, описанному выше со ссылкой на фиг.2 и 3.
Множество насадок 282а, 282b, 282c выполнены с возможностью взаимозаменяемого расположения на корпусе 285 клапанного диска 228. Таким образом, технический персонал может заменить насадку 282а, например, на другую насадку 282b для настройки регулирующего элемента 227 и получения конкретной характеристики расхода для конкретных требований, подобно настройке регулирующего элемента 127 путем регулирования одной насадки 182, описанной выше.
Например, каждая из множества насадок 282а, 282b, 282c имеет разные осевые размеры. Поэтому влияние регулирующего элемента 227 на поток через клапан 104 регулятора и, следовательно, давление на выпуске зависит от того, какая насадка 282а, 282b, 282c используется. В остальном насадки 282а, 282b, 282c одинаковы. Более конкретно, каждая насадка 282а, 282b, 282c включает в целом цилиндрический элемент, который может быть также назван хомутом или корпусом, имеющим торцевую поверхность 292 и внутреннюю поверхность 294, включающую внутреннюю поверхность 299 с фаской. В одном примере осуществления внутренняя поверхность 294 насадок 282а, 282b, 282c может быть с возможностью снятия прикреплена к корпусу 285 регулирующего диска 228 с помощью резьбы, винта с рифленой головкой, набора винтов или любого другого устройства для крепления или комбинации устройств для крепления. Соответственно, так как каждая из насадок 282а, 282b, 282c имеет разный осевой размер, каждая из них выступает на разное расстояние над уплотнительной поверхностью 288 клапанного диска 228 и поэтому по-разному влияет на расход и давление газа, проходящего через регулятор 104 клапана при нормальной работе.
На основе вышеизложенного регулятор и/или регулирующий элемент, выполненный в соответствии с настоящим изобретением, преимущественно компенсирует, уменьшает или предотвращает образование "провала" путем направления потока газа через клапанное окно 136 в выпускное отверстие 108 клапана 104 регулятора без ухудшения предохранительного сброса давления в регуляторе 100. Более того, регулируемые и/или взаимозаменяемые регулирующие элементы 127, 227 настоящего изобретения преимущественно обеспечивают возможность настройки регулятора 100 для различных конкретных требований. Несмотря на то что в данном документе описаны различные примеры осуществления регулятора и регулирующих элементов, настоящее изобретение не ограничивается этими примерами осуществления, а скорее включает примеры осуществления, определенные объемом и сущностью представленной ниже формулы изобретения.
Например, один альтернативный пример осуществления регулирующего элемента, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения, может включать в целом чашеобразный элемент клапанного диска и множество вкладышей. Чашеобразный элемент клапанного диска может ограничивать полость, а вкладыши, например, могут иметь различную толщину. Таким образом, вкладыши могут быть расположены с возможностью взаимной замены в полости клапанного диска для ограничения различной глубины полости, тем самым обеспечивая различное влияние на поток через клапан 104 регулятора. В одном примере осуществления вкладыши могут включать намагниченные вкладыши, вкладыши с резьбой или просто посаженные с натягом вкладыши. В другом примере осуществления вкладыши могут быть уложены в полость для обеспечения различной глубины.
Более того, описанный здесь регулятор 100 является только примером устройства для регулирования текучей среды, включающего принципы настоящего изобретения. Другие устройства для регулирования текучей среды, например регулирующие клапаны, могут также использовать устройства и/или преимущества настоящего изобретения.
1. Устройство для регулирования текучей среды, содержащее корпус клапана, ограничивающий впускное и выпускное отверстия, клапанное окно, расположенное в корпусе клапана между впускным и выпускным отверстиями, клапанный диск, расположенный в корпусе клапана с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положения для регулирования потока текучей среды через корпус клапана, причем клапанный диск имеет уплотнительную поверхность для вхождения в контакт с клапанным окном, когда клапанный диск находится в закрытом положении, и цилиндрический элемент, прикрепленный с возможностью снятия к окружности клапанного диска и выступающий над уплотнительной поверхностью клапанного диска для направления потока текучей среды, проходящей от клапанного окна в выпускное отверстие.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что цилиндрический элемент выполнен с возможностью осевого смещения относительно клапанного диска между первым положением и вторым положением.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что цилиндрический элемент и/или клапанный диск содержит (содержат) шкалу для отображения положения цилиндрического элемента относительно клапанного диска.
4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что цилиндрический элемент находится в контакте посредством резьбового соединения с внешней цилиндрической поверхностью клапанного диска.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что дополнительно содержит первый цилиндрический элемент и второй цилиндрический элемент, каждый из которых выполнен с возможностью взаимозаменяемого расположения на клапанном диске, причем первый цилиндрический элемент выполнен с возможностью выступания на первое расстояние над уплотнительной поверхностью, а второй цилиндрический элемент выполнен с возможностью выступания на второе расстояние над уплотнительной поверхностью.
6. Устройство для регулирования текучей среды, содержащее корпус клапана, имеющий впускное отверстие, выпускное отверстие и клапанное окно, расположенное между впускным отверстием и выпускным отверстием, и исполнительный механизм, прикрепленный к корпусу клапана для регулирования потока текучей среды через указанное устройство на основе давления в выпускном отверстии корпуса клапана, содержащий клапанный диск, имеющий уплотнительную поверхность и расположенный в корпусе клапана с возможностью перемещения между закрытым положением, в котором он входит в контакт с клапанным окном, и открытым положением, в котором он расположен на расстоянии от клапанного окна, и цилиндрическую насадку, прикрепленную с возможностью регулирования к окружности клапанного диска и выступающую над уплотнительной поверхностью с ограничением полости для направления потока текучей среды, проходящей из клапанного окна в выпускное отверстие корпуса клапана и от исполнительного механизма, когда клапанный диск находится в открытом положении.
7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что цилиндрическая насадка выполнена с возможностью осевого смещения относительно клапанного диска между первым положением и вторым положением.
8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что цилиндрическая насадка и/или клапанный диск содержит (содержат) шкалу для отображения положения цилиндрической насадки относительно клапанного диска.
9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что цилиндрическая насадка находится в контакте посредством резьбового соединения с внешней цилиндрической поверхностью клапанного диска.
10. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дополнительно содержит первую цилиндрическую насадку и вторую цилиндрическую насадку, каждая из которых выполнена с возможностью взаимозаменяемого расположения на клапанном диске, причем первая цилиндрическая насадка выполнена с возможностью выступания на первое расстояние над уплотнительной поверхностью, а вторая цилиндрическая насадка выполнена с возможностью выступания на второе расстояние над уплотнительной поверхностью.
11. Устройство для регулирования текучей среды, содержащее корпус клапана, ограничивающий впускное и выпускное отверстия, клапанный диск, расположенный в корпусе клапана с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением для регулирования потока текучей среды через корпус клапана, первую насадку, прикрепленную с возможностью снятия к окружности клапанного диска и выступающую на первое расстояние над клапанным диском для направления потока текучей среды через корпус клапана в выпускное отверстие, и вторую насадку, выполненную с возможностью замены первой насадки и прикрепления с возможностью снятия к окружности клапанного диска и выступающую на второе расстояние над клапанным диском для направления потока текучей среды через корпус клапана в выпускное отверстие, причем второе расстояние отлично от первого расстояния.
12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что каждая из первой и второй насадок содержит полые цилиндрические элементы.
13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что дополнительно содержит клапанное окно, расположенное в корпусе клапана между впускным и выпускным отверстиями.
14. Устройство по п.13, отличающееся тем, что клапанный диск содержит уплотнительную поверхность, выполненную с возможностью герметичного вхождения в контакт с клапанным окном, когда клапанный диск находится в закрытом положении.
15. Устройство по п.14, отличающееся тем, что первая насадка выступает над уплотнительной поверхностью на первое расстояние, а вторая насадка выступает над уплотнительной поверхностью на второе расстояние, отличное от первого расстояния.
16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что дополнительно содержит мембрану, функционально соединенную с клапанным диском и выполненную с возможностью перемещения клапанного диска между открытым и закрытым положениями в зависимости от давления в выпускном отверстии корпуса клапана.
17. Регулирующий элемент, выполненный с возможностью регулирования и предназначенный для использования с приводимым в действие мембраной газовым регулятором, содержащий, по существу, цилиндрический клапанный диск, выполненный с возможностью перемещения между открытым положением и закрытым положением в соответствии с давлением на выпуске регулятора, уплотнительную поверхность, расположенную на клапанном диске и выполненную с возможностью предотвращения потока текучей среды через регулятор, когда клапанный диск находится в закрытом положении, внешнюю цилиндрическую поверхность, ограниченную клапанным диском, и насадку, прикрепленную с возможностью снятия к внешней цилиндрической поверхности клапанного диска и выступающую над уплотнительной поверхностью для ограничения цилиндрической полости.
18. Регулирующий элемент по п.17, отличающийся тем, что насадка выполнена с возможностью осевого смещения относительно клапанного диска между первым положением и вторым положением.
19. Регулирующий элемент по п.18, отличающийся тем, что насадка выступает над уплотнительной поверхностью на первое расстояние в первом положении и на второе расстояние во втором положении.
20. Регулирующий элемент по п.17, отличающийся тем, что насадка содержит внутреннюю резьбовую часть, находящуюся посредством резьбового соединения в контакте с внешней резьбовой частью клапанного диска.
21. Регулирующий элемент по п.18, отличающийся тем, что клапанный диск и/или насадка содержит (содержат) шкалу для отображения положения насадки относительно клапанного диска.
22. Регулирующий элемент по п.17, отличающийся тем, что дополнительно содержит первую насадку и вторую насадку, выполненные с возможностью взаимозаменяемого размещения на клапанном диске, причем первая насадка имеет первый осевой размер, а вторая насадка имеет второй осевой размер, отличный от первого осевого размера.
23. Регулирующий элемент по п.22, отличающийся тем, что первая насадка выполнена с возможностью выступания над уплотнительной поверхностью на первое расстояние, а вторая насадка выполнена с возможностью выступания над уплотнительной поверхностью на второе расстояние, причем второе расстояние отлично от первого расстояния.
