Устройство и способ передачи текучей среды из блока резервуаров и способ пополнения блока резервуаров
Предложена система выведения текучей среды, содержащая манифольд, входное отверстие которого предназначено для выведения текучей среды из нескольких подающих емкостей. Кроме того, система имеет несколько клапанов, подключенных к манифольду для управления потоком текучей среды, поступающим из емкостей. Манифольду и клапанам придана такая конфигурация, при которой все связи по потоку текучей среды расположены внутри манифольда. Тем самым уменьшается и/или сводится к нулю длина необходимых трубопроводов, наружных по отношению к манифольду. При такой конфигурации клапаны представляют собой простые устройства типа картриджа, легко устанавливаемые в манифольд и удаляемые из него. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 13 ил.
Данная заявка является частичным продолжением патентной заявки США №11/384,613 от 20.03.2006 и международной патентной заявки PCT/US/2007/004123 от 13.02.2007, содержание которых полностью включено в данное описание посредством ссылки на них. Кроме того, для данной заявки испрашивается приоритет на основе предварительной патентной заявки США №60/944,406 от 15.06.2007, содержание которой также полностью включено в данное описание посредством ссылки на нее.
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, пропана, 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 занимают много времени и требуют 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 (порт) 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 для текучей среды может содержать коаксиально соединенные крышку и основание. В возможном варианте у крышки имеются полость, определяющая собой внутреннюю поверхность крышки, наружная поверхность и первый канал 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 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.
Согласно другому примеру в основании между его наружной поверхностью и полостью могут быть выполнены, кроме того, входной и выходной каналы для текучей среды, а также первый и второй каналы передачи давления. Внутри полостей основания и крышки может быть помещен клапанный компонент, предназначенный для управления трактом для текучей среды, который проходит через входной и выходной каналы. В данном примере манифольд может содержать первый и второй каналы для текучей среды, связанные соответственно с первым и вторым каналами основания, предназначенными для передачи давления.
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.5A, 5B и 5C иллюстрируют соответственно на видах спереди, сверху и с торца следующий 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.5A-5C.
Фиг.7 в перспективном изображении представляет пример манифольда, примененного при разработке схемы, показанной на фиг.5A-5C и 6.
Фиг.8 в перспективном изображении представляет пример манифольда, представленный на фиг.5A-5C, 6 и 7, с показом сформированных в нем нескольких каналов для текучей среды.
Фиг.9 на виде сверху представляет пример манифольда, показанный на фиг.5A-5C, 6-8 и оснащенный несколькими картриджами спаренных обратных клапанов.
Фиг.10A и 10B-10E соответственно на виде с торца и в сечении иллюстрируют пример манифольда, показанный на фиг.5A-5C и 6-9.
Фиг.11 представляет детальное изображение фрагмента одного из картриджей спаренных обратных клапанов, показанных на фиг.5B, 5C, 6 и 9.
Фиг.12 в сечении иллюстрирует еще один пример каскадной системы, сконструированной согласно настоящему изобретению с возможностью ее применения для подачи текучей среды из набора емкостей.
Фиг.13 в сечении и на виде сбоку представляет пример клапана последовательности для каскадной системы, показанной на фиг.12.
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 нем 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 количества 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.
Рассматриваемый в данном описании манифольд каскадной системы представляет собой конструкцию определенных размеров, наружная конфигурация которой может соответствовать различным внешним контурам. Например, в вариантах осуществления, изображенных на прилагаемых чертежах, форма манифольда имеет сходство с прямоугольным блоком. Для установки клапанов последовательности манифольд 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 корпусы типа картриджа, которые вставляются в соответствующее отверстие манифольда и закрепляются в указанном отверстии или входят с ним в контакт каким-либо другим образом. Клапаны последовательности находятся в непосредственной связи по потоку с различными проточными трактами, образованными манифольдом.
Кроме того, описанные далее примеры каскадных систем позволяют загружать текучую среду в присоединенный к системе набор накопительных емкостей (например, повторно заполнять или пополнять эти емкости). Чтобы обеспечить возможность такой загрузки и управление ею, сконструирован загрузочный контур, который разблокирует (например, открывает) загрузочный тракт, проходящий 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 в виду 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, т.к. обратный клапан вставляется непосредственно в манифольд. 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 корпусы соответствующего типа. Указанные корпусы 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 (106a-106c). Каждая из таких ступеней содержит присоединенный непосредственно к манифольду клапан последовательности (обозначенный соответственно как 108a, 108b и 108c), т.е. присоединение проведено без использования каких-либо линий или трубопроводов для текучей среды. Каждый клапан подключен к соответствующей накопительной емкости (102a, 102b или 102c) 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 102a-102c.
Каждая накопительная емкость присоединена к манифольду 104 через соответствующий обратный клапан, входящий в комплект клапанов 114a-114c. 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 114a-114c присоединены к манифольду посредством специальных линий, соответственно 116a, 116b или 116c. Однако в других примерах осуществления (в частности, в каскадной системе 500, описанной далее в качестве примера со ссылками на фиг.5A-5C 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.5B, 5C, 6 и 9) вставить непосредственно в манифольд без использования каких-либо линий или трубопроводов для текучей среды, уменьшив тем самым длину требуемой линии для текучей среды и упростив сборку устройства.
Каскадная система 100 позволяет обеспечить в накопительных емкостях 102a-102c давление, достаточное для того, чтобы заполнить хранившейся в них текучей средой требуемые контейнеры. Например, при заполнении контейнера 118 клапаны 108a-108c последовательности активируют подачу среды по очереди из каждой накопительной емкости 102a-102c, 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 102a через обратный клапан 114a 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 126a-126c передачи давления клапанов 108a-108c 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 108a-108c во время процедуры заполнения воспринимать указанное давление.
Когда давление в контейнере 118 поднимется до определенного уровня относительно давления в первой накопительной емкости 102a, первый клапан 108a 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 132a первой ступени, первый клапан 108a последовательности и выходит из выходного отверстия 134a 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 108a последовательности и первый обратный клапан 114a предотвращают перетекание текучей среды из второй накопительной емкости 102b в первую накопительную емкость 102a.
Когда давление в контейнере 118 поднимется до определенного уровня относительно давления во второй накопительной емкости 102b, второй клапан 108b последовательности автоматически разблокирует тракт 136 (см. фиг.2) подачи текучей среды из третьей накопительной емкости 102c. Указанный тракт проходит между емкостью 102c и выходным отверстием 112 манифольда. Затем начинается поступление текучей среды из третьей накопительной емкости 102c 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 102c проходит через обратный клапан 114c третьей ступени, входное отверстие 132b второй ступени, второй клапан 108b последовательности, выходное отверстие 134b второй ступени, входное отверстие 132a первой ступени, первый клапан 108а последовательности, выходное отверстие 134a 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 102c.
Когда поступление текучей среды прерывают посредством регулятора 110 и отсоединяют контейнер 118 от данной каскадной системы 100, клапаны 108a-108c 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 108a-108c (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 108a-108c. В проиллюстрированном примере указанный клапан изображен присоединенным к первой и второй накопительным емкостям 302a 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 132a-132b и выходы 134a-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 126a-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 320c наружной поверхностью 322 и полостью 324, определяющей внутреннюю поверхность 326 крышки. Чтобы клапан 300 мог реагировать на давление в первой накопительной емкости 302a, в крышке между ее наружной и внутренней поверхностями 322 и 326 соответственно выполнен канал 328 передачи давления хранения текучей среды. Указанный канал позволяет подсоединить или подключить клапан 300 к первой накопительной емкости 302a и формирует тракт передачи давления хранения, проходящий от емкости 302a к камере 329 передачи давления хранения, 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 давление хранения текучей среды и давление наполнения. Давление в первой накопительной емкости 302a и давление в контейнере 304 создают усилия, приложенные соответственно к поверхности 334, воспринимающей давление хранения, 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 давление хранения (например, давление в первой накопительной емкости 302a). 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 полимера или какого-либо другого пригодного материала, 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 передачи давления хранения, 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, в котором затвор 348 находится в контакте с седлом 350 клапана и блокирует указанный тракт, исходящий из накопительной емкости 302b.
Перемещение поршня 330 происходит в результате разницы направленных в противоположные стороны усилий, которые действуют на поверхности 334 и 336, воспринимающие соответственно давление хранения 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 302a), данный клапан 300 последовательности снабжен пружиной 356, находящейся в промежутке между ее опорой 358 и держателем 332 и обеспечивающей заданное смещающее усилие. Например, 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 давления хранения), когда перепад давления в контейнере 304 достигает уровня, лежащего ниже давления в первой накопительной емкости 302a. Другими словами, когда сумма давления, приложенного пружиной 356, и давления в контейнере 304 превышает давление в емкости 302a, 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 усилие пружины 356 в зависимости от конкретного приложения таким образом, чтобы оно имело любое пригодное значение, соответствующее заданному давлению, 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 давления хранения, 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 402a-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 410a-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 410a-410d.
Фиг.5A, 5B и 5C соответственно на виде спереди, сверху и с торца иллюстрируют следующий 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 10C, 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 506a-506c последовательности (см. фиг.5A-5C и 6) в манифольде 504 выполнено соответствующее количество отверстий 508a-508c (т.е. гнезд 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 506a-506c имеют корпусы типа картриджа, конфигурация которых позволяет вставить или ввинтить их в гнезда 508a-508c или зафиксировать их в отверстиях каким-либо иным способом.
Манифольд 504 имеет несколько отверстий (т.е. гнезд) 510a-510d для обратных клапанов (см. фиг.5A, 7-9 и 10C). В эти отверстия вставляются картриджи 512a-512d указанных клапанов (см. фиг.5B, 5C, 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 114a-114c (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.5C, 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-502c входные отверстия 517a-517c (см. фиг.5A-5C) клапанов 506a-506c последовательности присоединены через соответствующие линии 519a-519c передачи давления (см. фиг.5A-5C) к соответствующим выходным отверстиям 521a-521c (см. фиг.5A-5C, 6, 7 и 9) манифольда. Из накопительных емкостей 502a-502c текучая среда проходит в манифольд 504 через их входные отверстия 520a-520c, а выходит из него через его выходные отверстия 521a-521c. Затем она проходит через линии 519a-519c передачи давления в отверстия 517a-517c и заполняет камеры указанных клапанов, воспринимающие давление хранения (например, камеру 329 указанного назначения, показанную на фиг.3). Тем самым каждый из клапанов 506a-506c последовательности получает возможность воспринимать давление соответствующей накопительной емкости, входящей в набор емкостей 502a-502c.
Для подачи текучей среды к контейнеру 518 из манифольда 504 к его выходному отверстию 524 (см. фиг.5A, 7, 8, 10A и 10B) присоединена линия 522 подачи текучей среды (см. фиг.5A). Как показано на фиг.5A, 8 и 10B, между гнездом 508a 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 502a, вход 520a (см. фиг.5C, 7 и 8) указанной емкости подключен к первому картриджу 512a спаренных обратных клапанов. В результате текучая среда из первой накопительной емкости получает возможность проходить через обратный клапан 514a подачи, выходной канал 526 и выходное отверстие 524. Чтобы обеспечить подачу текучей среды из второй накопительной емкости 502b, вход 520b (см. фиг.5C, 7 и 8) указанной емкости подключен ко второму картриджу 512b спаренных обратных клапанов. В результате текучая среда из второй накопительной емкости получает возможность проходить через обратный клапан 514b подачи, канал 528, проходящий между отверстием 510b для обратного клапана и гнездом 508a первого клапана последовательности, клапан 506a 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 506a-506c последовательности.
Для восприятия давления в контейнере 518 к входному отверстию 532 передачи давления наполнения (см. фиг.5A, 6-8, 10A и 10E) подсоединена линия 530 передачи давления наполнения (см. фиг.5A). Как показано на фиг.5A, 8 и 10E, между каждым клапаном последовательности, входящим в комплект клапанов 506a-506c, и входным отверстием 532 проходит канал 534 передачи давления наполнения. Это позволяет каждому из перечисленных клапанов последовательности (см. фиг.5A-5C 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, 10A и 10C) манифольда 504 подсоединена загрузочная линия 536 (см. фиг.5A). Как показано на фиг.8, 9 и 10C, 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 502a, а следующим объемом с минимальным давлением (вторым минимальным давлением) является вторая накопительная емкость 502b, загружаемая текучая среда сначала проходит через первый загрузочный обратный клапан 516a (см. фиг.9) и далее через вход 520a (см. фиг.5C, 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 516a, 516b загрузки и входы 520a, 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 516a загрузки (см. фиг.9) для заполнения первой накопительной емкости 502a указанная среда имеет возможность проходить через первый обратный клапан 514a подачи, заполняя контейнер 518.
Как видно из фиг.5A, 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 519a, 519b и 519c (см. фиг.5B) для текучей среды - соответственно к выходным отверстиям 521b, 521c 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 502a-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 512a-512d, показанных на фиг.5B, 5C, 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.5A, 7, 8 и 10C).
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.
На фиг.12 и 13 в сечении детально проиллюстрирован еще один пример каскадной системы 1100, которую можно использовать для подачи текучей среды (например, кислорода, природного газа, пропана, водорода и других подобных веществ) из набора накопительных емкостей 1102a-1102d согласно принципам настоящего изобретения. Данная система 1100 содержит манифольд 1104, состоящий из нескольких последовательно расположенных ступеней 1106a-1106c. Каждая из таких ступеней содержит присоединенный к манифольду клапан последовательности, обозначенный соответственно как 1108a, 1108b и 1108c. Каждый клапан подключен к соответствующей накопительной емкости (1102a, 1102b или 1102c) для текучей среды. К выходному отверстию 1112 манифольда подключен регулятор 1110, обеспечивающий возможность заполнения контейнера 1118 для текучей среды (например, опустошенного и заполняемого контейнера, бутылки, баллона высокого давления и других подобных изделий) из накопительных емкостей 1102a-1102d.
Каждая накопительная емкость присоединена к манифольду 1104 через один из портов 1121a-1121d, причем или непосредственно, или через проточную линию (не показана), или какой-то другой трубопровод. Все порты 1121a-1121d имеют прямолинейные участки 1125a-1125d, которые сопряжены с соответствующими подающими каналами 1123a-1123d, заданными манифольдом 1104, и с клапанами 1108a-1108с последовательности, как это будет описано далее. В дополнение к сказанному, каждый из первого, второго и третьего портов 1121а-1121с для емкостей в данном варианте осуществления имеет коленчатый участок 1127a-1127c соответственно, задаваемый манифольдом 1104 и проходящий от соответствующего прямолинейного участка, входящего в группу участков 1125a-1125c, к соответствующему первому, второму или третьему клапанам 1108a-1108c последовательности. При таком расположении коленчатые участки 1127a-1127c передают давление от первой, второй и третьей накопительных емкостей 1102a-1102c к первому, второму и третьему клапанам 1108a-1108c последовательности, как это будет показано далее. Кроме того, манифольд 1104 задает отверстия (гнезда) 1116a-1116d, предназначенные для установки обратных клапанов (не показаны), таких, например, как описанные выше обратные клапаны 114 или 512. Обратным клапанам следует придать конфигурацию, обеспечивающую их сопряжение с портами 1121a-1121d для емкостей и/или с подающими каналами 1123a-1123d, причем так, чтобы текучая среда могла протекать только в одном направлении (например, текучая среда протекает в сторону выходного отверстия 1112 манифольда). Тем самым блокируется обратное прохождение текучей среды от выходного отверстия 1112 или какого-то другого источника в накопительные емкости 1102a-1102d.
Каскадная система 1100 позволяет обеспечить в накопительных емкостях 1102a-1102d давление, достаточное для того, чтобы заполнить хранившейся в них текучей средой требуемые контейнеры, такие как контейнер 1118. Например, для заполнения контейнера 1118 клапаны 1108a-1108c последовательности активируют подачу по очереди из каждой накопительной емкости 1102a-1102d, гарантируя, что давление на выходе из манифольда 1104 по сравнению с давлением в контейнере 1118 находится на уровне, достаточно высоком для проведения указанного заполнения. Во время данной операции после присоединения контейнера 1118 к регулятору 1110 текучая среда подается из первой накопительной емкости 1102a через прямолинейный участок 1125a первого порта 1121a для емкости и первый подающий канал 1123a к выходному отверстию 1112 манифольда.
Чтобы отслеживать уровень давления в контейнере 1118, его присоединяют или подключают к порту 1122 восприятия давления манифольда 1104. Указанный порт соединен с каналом 1124 передачи давления, выполненным в манифольде. Данный канал 1124 связан с каналами 1126a-1126c передачи давления, выполненными в каждом из клапанов 1108a-1108c последовательности соответственно. Давление текучей среды в контейнере 1118 передается через канал 1124 передачи давления. Это позволяет каждому из клапанов 1108a-1108c последовательности воспринимать указанное давление во время процедуры заполнения.
Когда давление в контейнере 1118 поднимется до определенного уровня относительно давления в первой накопительной емкости 1102a, первый клапан 1108a последовательности автоматически разблокирует (например, откроет) вторую накопительную емкость 1102b для подачи текучей среды к выходному отверстию 1112 манифольда. Текучая среда поступает из второй накопительной емкости 1102b в контейнер 1118 через первый клапан 1108a последовательности. Конкретно, текучая среда из второй накопительной емкости 1102b проходит через обратный клапан, установленный во втором гнезде 1116b для обратных клапанов, входное отверстие 1132a первой ступени, первый клапан 1108a последовательности, а затем выходит из выходного отверстия 1134a первой ступени и далее через первый подающий канал 1123a поступает к выходному отверстию 1112 манифольда. Когда вторая накопительная емкость 1102b разблокирована, поток из первой емкости 1102a, по существу, заблокирован (перекрыт). Первый клапан 1108a последовательности и обратный клапан, установленный в первом гнезде 1116a для обратных клапанов, выполняют свою функцию, предотвращая прохождение текучей среды из второй накопительной емкости 1102b в первую накопительную емкость 1102a.
Когда давление в контейнере 1118 поднимется до определенного уровня относительно давления во второй накопительной емкости 1102b, второй клапан 1108b последовательности автоматически разблокирует третью накопительную емкость 1102c для подачи текучей среды к выходному отверстию 1112 манифольда. Текучая среда поступает из третьей накопительной емкости 1102c в контейнер 1118 через второй клапан 1108b последовательности и далее через первый клапан 1108a последовательности. Как показано на фиг.12, текучая среда из третьей накопительной емкости 1102c проходит через обратный клапан, установленный в третьем гнезде 1116c для обратных клапанов, входное отверстие 1132b второй ступени, второй клапан 1108b последовательности, выходное отверстие 1134b второй ступени, второй подающий канал 1123b манифольда 1104, входное отверстие 1132a первой ступени, первый клапан 1108a последовательности, выходное отверстие 1134a первой ступени и первый подающий канал 1123a и попадает к выходному отверстию 1112 манифольда. Когда давление в контейнере 1118 достигает определенного уровня по отношению к давлению в третьей накопительной емкости 1102c, третий клапан 1108c последовательности автоматически разблокирует поток из четвертой накопительной емкости 1102d таким же образом, как это было описано для первого и второго клапанов 1108a, 1108b последовательности.
В некоторых примерах осуществления предусмотрена возможность присоединить к манифольду 1104 дополнительные накопительные емкости (не показаны), например пятую накопительную емкость, и дополнительные клапаны последовательности, например четвертый клапан последовательности.
Когда поступление текучей среды прерывают посредством регулятора 1110 и отсоединяют контейнер 1118 от каскадной системы 1100, клапаны 1108a-1108c последовательности перекрывают поток, исходящий из второй, третьей и четвертой накопительных емкостей 1102b-1102d, тем самым позволяя первой накопительной емкости 1102a, по меньшей мере частично, заполнить любой следующий контейнер 1118, для которого предусмотрена возможность подключения к данной каскадной системе 1100.
Описанная выше процедура включает последовательное активирование подачи текучей среды из четырех накопительных емкостей 1102a-1102d. Однако возможна ситуация, когда желаемое давление в контейнере 1118 не превышает уровень, после которого первая накопительная емкость 1102a уже не может обеспечить подачу текучей среды. В этом случае контейнер 1118 можно заполнить, не используя следующие накопительные емкости 1102b-1102d.
На фиг.13 представлен пример клапана 1300 последовательности, который можно использовать для выполнения функции клапанов 1108а-1108c, описанных выше в связи с каскадной системой 1100 по фиг.12. В проиллюстрированном примере это может быть, например, показанный на фиг.12 первый клапан 1108a последовательности, т.е. клапан, выполненный в виде связующего звена между первой и второй накопительными емкостями 1102a, 1102b.
В приведенном примере основание 1306 клапана 1300 имеет наружную поверхность 1308 и полость 1310, определяющую собой внутреннюю поверхность 1312 основания. Кроме того, в основании 1306 выполнены входной канал 1314 клапана и выходной канал 1316 клапана. Входной канал 1314 клапана проходит между наружной и внутренней поверхностями 1308 и 1312 основания соответственно, формируя соответствующий тракт, по которому текучая среда может проходить из второй накопительной емкости 1102b к полости 1310 основания. Выходной канал 1316 клапана проходит в основании от полости 1310 к наружной поверхности 1308, формируя соответствующий тракт, по которому текучая среда, содержавшаяся в емкости 1102b, проходит из полости 1310 к заполняемому контейнеру 1118.
Чтобы клапан 1300 последовательности мог воспринимать давление текучей среды в контейнере 1118, в основании 1306 дополнительно выполнен канал 1318 передачи давления наполнения (на фиг.12 указанному каналу отвечает канал 1126a передачи давления). Канал 1318 проходит в основании между наружной поверхностью 1308 и полостью 1310, формируя тракт, по которому давление текучей среды может передаваться от контейнера 1118 в полость 1310 основания.
В дополнение к сказанному, основание 1306 клапана 1300 последовательности задает канал 1317 передачи давления в емкости, проходящий между наружной поверхностью 1308 основания и полостью 1310 основания. Наличие указанного канала 1317 позволяет передавать давление текучей среды из накопительной емкости 1102a в полость 1310 основания и в управляющий канал 1319, выполненный во втулке 1354 штока клапана, которая установлена в полости 1310, как это будет описано далее.
Кроме того, клапан 1300 последовательности имеет крышку 1320, образующую полость 1324. Чтобы клапан 1300 мог реагировать на давление в первой накопительной емкости 1102a, полость 1324 крышки связана по потоку с управляющим каналом 1319 втулки 1354 штока клапана.
Основание 1306 присоединено к крышке 1320 с образованием герметичного объема, выдерживающего давление и заключающего в себе несколько компонентов клапана, в число которых входит упомянутая выше втулка 1354 штока клапана. В дополнение, внутри сборки основание 1306 - крышка 1320 заключен поршень 1330, присоединенный к держателю 1332 пружины и с возможностью скольжения установленный в полости 1324 крышки. Расположенные напротив друг друга поверхности 1334 и 1336 поршня воспринимают соответственно давление хранения и давление наполнения. Давление в первой накопительной емкости 1102a (давление хранения) воздействует на поверхность 1334, воспринимающую это давление, и прикладывает к ней соответствующее усилие через порт 1121a манифольда 1104, предназначенный для подключения емкости, канал 1317 передачи давления в емкости, выполненный в основании 1306 клапана 1108a последовательности, и управляющий канал 1319 втулки 1354 штока клапана. Давление в заполняемом контейнере 1118 воздействует на поверхность 1336, воспринимающую это давление (давление наполнения), и прикладывает к ней соответствующее усилие, как это будет описано далее.
Например, для восприятия давления в контейнере 1118 в приведенном примере клапан 1300 последовательности имеет шток 1338, через который проходит насквозь канал 1340. Давление текучей среды в указанном контейнере передается в канал 1318 передачи давления наполнения и далее через канал 1340 штока и боковые отверстия 1342 штока в камеру 1346 держателя пружины. Таким образом, давление в контейнере 1118 оказывается приложенным к поверхности 1336, воспринимающей таким образом давление наполнения. Такое воздействие направлено против усилия, которое прилагается к поверхности 1334, воспринимающей давление хранения со стороны накопительной емкости 1102a. На основе разницы между направленными в противоположные стороны усилиями, приложенными к поверхностям 1334 и 1336, клапан 1300 разблокирует (например, открывает) и блокирует (например, перекрывает) поток текучей среды, проходящий от второй накопительной емкости 1102b к контейнеру 1118.
Для блокирования и разблокирования тракта для текучей среды, отходящего от второй накопительной емкости 1102b, шток 1338 клапана снабжен участком 1348, представляющим собой затвор. На чертеже шток изображен в положении запирания, в котором затвор 1348 упирается в седло 1350 клапана (или входит с ним в плотный контакт), образуя соответствующее уплотнение, блокирующее или перекрывающее тракт для текучей среды, отходящий от емкости 1102b. Седло 1350 можно изготовить из полимера или какого-то другого подходящего материала, гарантирующего герметичное сопряжение между седлом 1350 и затвором 1348, выдерживающее давление. Для разблокирования или открывания указанного тракта шток 1338 клапана перемещается в сторону крышки 1320 к открытому положению, в котором затвор 1348 выходит из контакта с седлом, открывая для текучей среды проход между седлом и затвором. Затем текучая среда проходит через боковые отверстия 1352 втулки 1354 штока клапана и выходит через выходной канал 1316 клапана. Из предыдущего описания должно быть понятно, что каждый из клапанов 1108a-1108c последовательности содержит компонент, управляющий потоком текучей среды, проходящим через основание 1306. Термин "клапанный компонент" охватывает, не ограничиваясь перечисленными элементами, шток 1338 клапана, затвор 1348, поршень 1330, держатель 1332, втулку 1354 штока клапана и/или другие элементы клапанов 1108a-1108c последовательности, предназначенные для управления проходящим потоком текучей среды.
Одна из особенностей данного варианта каскадной системы 1100 заключается в том, что входной канал 1314 клапана, выполненный в основании 1306 каждого из клапанов 1108a-1108c по фиг.12, сообщается с нижней стороной седла 1350 клапана. Как показано, например, на фиг.12, в каждом из перечисленных клапанов канал 1314 составляет с продольными осями 101a-101c соответствующих штоков 1338 угол (α или β) менее 90°. В частности, в описанном варианте осуществления входные каналы 1314 первого и третьего клапанов 1108a, 1108c последовательности наклонены в сторону соответствующих штоков 1338 и пересекают их продольные оси 101a, 101c под углом α, составляющим примерно 45°. При этом входной канал 1314 второго клапана 1108b последовательности наклонен в сторону соответствующего штока 1338 и пересекает его продольную ось 101b под углом β, также составляющим примерно 45°, В других вариантах осуществления углы α, β в общем случае могут быть любыми; возможны и другие конфигурации, обеспечивающие связь входных каналов 1314 каждого из клапанов 1108a-1108c последовательности с нижней стороной седла 1350 клапана. Кроме того, в представленном варианте осуществления углы α, β между входными каналами 1314 и штоками 1338 выбраны таким образом, чтобы каналы 1314 располагались под углом по отношению к подающим каналам 1123a-1123d, заданным манифольдом.
При такой конфигурации давление из соответствующих накопительных емкостей 1102b-1102d, расположенных выше по течению потока, передается на нижнюю сторону седла 1350 клапана. Например, по отношению к первому клапану 1108a последовательности, показанному на фиг.12, давление из второй накопительной емкости 1102b передается через ее порт 1121b и второй подающий канал 1123b в манифольд 1104 и далее через входной канал 1314 (см. фиг.13) первого клапана 1108a на нижнюю сторону седла 1350 клапана. Входные каналы 1314 второго и третьего клапанов 1108b-1108c последовательности, показанные на фиг.12, также функционируют подобным образом. В этом заключается отличие от предыдущих примеров каскадных систем 100, 400 и 500, рассмотренных в данном описании. Например, в каскадной системе 100 по фиг.1 давление из третьей накопительной емкости 102c передается на верхнюю часть седла второго клапана 108b последовательности. При такой конфигурации необходимо провести тщательную механическую обработку седла клапана в узких пределах допусков, чтобы сбалансировать указанный элемент и обеспечить точную работу клапана. В особенности это относится к ситуациям, в которых клапан подвергается воздействию давлений как на входной, так и на выходной сторонах. Таким образом, каскадная система 1100, описанная со ссылками на фиг.12 и 13, при любых условиях обеспечивает максимальную точность работы для каждого из клапанов 1108a-1108c последовательности за счет того, что давление из накопительных емкостей 1102b-1102d, расположенных выше по течению потока, всегда воздействует на нижнюю сторону седла 1350 клапана. В приведенном примере такая возможность реализуется посредством наклонных входных каналов 1314 в каждом из клапанов 1108a-1108c последовательности.
Как видно из фиг.13, перемещением штока 1338 клапана и, таким образом, затвора 1348 управляет поршень 1330. Другими словами, если поршень движется в сторону крышки 1320, шток 1338 и затвор 1348 также смещаются в том же направлении, т.е. к открытому положению, в котором разблокируется тракт для текучей среды, исходящий из второй накопительной емкости 1102b. При движении поршня 1330 от крышки 1320 шток 1338 также перемещается от нее к положению запирания, в котором затвор 1348 находится в контакте с седлом 1350 клапана и блокирует указанный тракт.
Перемещение поршня 1330 происходит в результате разницы направленных в противоположные стороны усилий, которые действуют на поверхности 1334 и 1336, воспринимающие соответственно давление хранения и давление наполнения. Для приложения к поршню смещающего давления, вызывающего его движение к открытому положению (когда давление в контейнере 1118 меньше, чем в первой накопительной емкости 1102a), данный клапан 1300 последовательности снабжен пружиной 1356 отрицательного смещения, находящейся в промежутке между ее опорой 1358 (торцом втулки 1354 штока клапана) и держателем 1332. Если смещающим усилием указанной пружины обеспечивается заданное давление, составляющее, например, 18 кг/см2, поршень начинает перемещаться (например, скользить в сторону крышки 1320) к открытому положению клапана, когда давление в контейнере 1118 достигает уровня, лежащего на 18 кг/см2 ниже давления в первой накопительной емкости 1102a. Другими словами, когда сумма давления, приложенного за счет усилия пружины 1356 отрицательного смещения, и давления в контейнере 1118 превышает давление в емкости 1102a, поршень 1330 перемещается вверх в сторону крышки 1320, т.е. к открытому положению, разблокируя или открывая тракт для текучей среды, проходящий между второй накопительной емкостью 1102b и контейнером 1118. Предусмотрена возможность выбрать давление, создаваемое смещающим усилием пружины 1356, таким образом, чтобы оно составляло любое требуемое значение, например 3,6 кг/см2, 7,2 кг/см2, 18 кг/см2, 28,8 кг/см2 и т.д.
Для облегчения сопряжения данного клапана 1300 последовательности с манифольдом 1104, показанным на фиг.12, и упрощения технического обслуживания клапанов соответствующих каскадных систем основание 1306 выполнено, как корпус, представляющий собой картридж. Такой корпус клапана 1300 можно легко вставить в манифольд 1104, причем для этого не требуется отсоединять и/или присоединять какие-либо линии для текучей среды. Таким образом, данная каскадная система 1100, описанная со ссылками на фиг.12 и 13, имеет преимущество, которое заключается в ненужности непроизводительных процедур, связанных со сборкой и техническим обслуживанием каскадной системы, имеющей множество линий для текучей среды, внешних по отношению к манифольду и требующих надежного подключения различных компонентов, и в том числе манифольда, к линиям для текучей среды посредством, например, зажимных хомутов или каких-то других средств. В то же время манифольд 1104 согласно варианту, представленному на фиг.12, обеспечивает простое соединение картриджного типа с клапанами 1108a-1108c последовательности, накопительными емкостями 1102a-1102d и любыми обратными клапанами.
Фактически, общим преимуществом всех вариантов осуществления, рассмотренных в данном описании, является наличие в каждом из них нескольких клапанов последовательности. При этом каждый такой клапан имеет основание, установленное в манифольде таким образом, чтобы входные отверстия (порты) и выходные отверстия, а также, по меньшей мере, один канал передачи давления находились в зоне, очерченной наружными границами манифольда. При такой конфигурации резко понижается уровень сложности системы любых требуемых линий и/или трубопроводов для текучей среды.
Чтобы предотвратить смешивание потоков текучей среды, проходящих через клапан 1300 последовательности, в нем, как, например, и в клапане 300, описанном выше со ссылками на фиг.3, предусмотрено наличие одного или нескольких статических и/или динамических уплотнений. В дополнение к сказанному, в альтернативных примерах манифольд 1104, накопительные емкости 1102a-1102d или какие-то другие компоненты каскадной системы 1100 по фиг.12, 13 могут содержать манометры или измерители для считывания и отображения давлений в указанных емкостях 1102a-1102d, заполняемом контейнере 1118, подающих каналах 1123a-1123d манифольда, портах 1121a-1121d для емкостей или в любых других зонах системы 1100.
Хотя представленные в данном документе различные примеры каскадных систем (100, 400, 500, 1100) описывались как содержащие единственный манифольд с размещением на нем трех клапанов последовательности, таких как клапаны 1108a-1108c, показанные, в частности, на фиг.12, альтернативные варианты осуществления перечисленных систем 100, 400, 500, 1100 могут содержать несколько манифольдов, расположенных, например, впритык для размещения дополнительных клапанов последовательности и тем самым позволяющих разместить дополнительные накопительные емкости для текучей среды.
Хотя различные системы описывались в данном документе как содержащие несколько "накопительных емкостей" 102, 302, 402, 502, 1102 для текучей среды, подключенных к манифольдам различного типа, для того чтобы было легче отличать эти емкости от контейнеров, подлежащих заполнению посредством различных систем, данные емкости могут именоваться (в том числе в прилагаемой формуле) как "емкости, подающие текучую среду".
Хотя пример каскадной системы 1100, описанной со ссылками на фиг.12 и 13, рассматривался без загрузочной цепи, в альтернативных вариантах осуществления указанной системы можно предусмотреть наличие такой цепи, выполненной по типу загрузочной цепи, показанной на фиг.5A и содержащей загрузочную линию 536. При такой конфигурации в манифольде 1104 каскадной системы 1100 по фиг.12 можно было бы выполнить загрузочные каналы, подобные загрузочным каналам 540, изображенным, например, на фиг.10c. Более того, при наличии загрузочной цепи спаренные обратные клапаны, такие как клапан 600, изображенный на фиг.11, можно разместить в гнездах 1116a-1116d для обратных клапанов, выполненных в манифольде 1104 каскадной системы 1100 по фиг.12
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, задающий первый канал для текучей среды, выполненный с возможностью подключения к емкости, подающей текучую среду, второй канал для текучей среды и выходное отверстие, связанное по потоку со вторым каналом для текучей среды, при этом выходное отверстие выполнено с возможностью подключения к накопительной емкости для текучей среды, и
клапан, подключенный к манифольду и содержащий:
клапанный компонент, выполненный с возможностью перемещения вдоль продольной оси между открытым положением и положением запирания для управления потоком текучей среды, проходящим из первого канала для текучей среды, заданного манифольдом, к выходному отверстию манифольда,
входной канал клапана, расположенный внутри манифольда и сообщающийся с первым каналом для текучей среды, заданным манифольдом,
выходной канал клапана, расположенный внутри манифольда и непосредственно сообщающийся со вторым каналом для текучей среды, заданным манифольдом,
первый канал передачи давления, выполненный с возможностью подключения к емкости, подающей текучую среду, для передачи первого давления на первую поверхность клапанного компонента, воспринимающую давление, и
второй канал передачи давления, выполненный с возможностью подключения к накопительной емкости для текучей среды для передачи второго давления на вторую поверхность клапанного компонента, воспринимающую давление.
2. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый канал клапана, передающий давление, расположен внутри манифольда.
3. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй канал клапана, передающий давление, расположен внутри манифольда.
4. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый и второй каналы передачи давления расположены внутри манифольда.
5. Система по п.1, отличающаяся тем, что входной канал клапана расположен под углом менее 90° относительно продольной оси перемещения клапанного компонента.
6. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит седло клапана, установленное внутри клапана и выполненное с возможностью входить в контакт с клапанным компонентом, когда клапанный компонент находится в положении запирания.
7. Система по п.6, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пружину, установленную внутри клапана и смещающую клапанный компонент в открытое положение.
8. Система по п.7, отличающаяся тем, что входной канал клапана связан по потоку с седлом клапана в зоне со стороны, противоположной по отношению к пружине.
9. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно содержит регулятор, связанный по потоку с выходным отверстием манифольда.
10. Система выведения текучей среды, содержащая:
манифольд, задающий гнезда для клапанов, при этом каждое гнездо для клапана имеет ассоциированные с ним первый канал для текучей среды, выполненный с возможностью подключения к одной из емкостей, подающих текучую среду, и второй канал для текучей среды, выполненный с возможностью подключения к накопительной емкости для текучей среды, и
клапаны, при этом каждый клапан установлен в манифольде в одном из нескольких гнезд для клапанов и содержит:
седло клапана,
клапанный компонент, имеющий контактную поверхность, при этом клапанный компонент выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси между положением запирания, в котором контактная поверхность входит в контакт с седлом клапана, и открытым положением, в котором контактная поверхность пространственно отделена от седла клапана,
входной канал клапана, расположенный внутри манифольда и сообщающийся с первым каналом для текучей среды,
выходной канал клапана, расположенный внутри манифольда и сообщающийся со вторым каналом для текучей среды,
первый канал передачи давления, выполненный с возможностью подключения к одной из емкостей, подающих текучую среду, для передачи первого давления на первую поверхность клапанного компонента, воспринимающую давление,
второй канал передачи давления, выполненный с возможностью подключения к накопительной емкости для текучей среды для передачи второго давления на вторую поверхность клапанного компонента, воспринимающую давление.
11. Система по п.10, отличающаяся тем, что первый канал каждого клапана, передающий давление, расположен внутри манифольда.
12. Система по п.10, отличающаяся тем, что второй канал каждого клапана, передающий давление, расположен внутри манифольда.
13. Система по п.10, отличающаяся тем, что первый и второй каналы каждого клапана, передающие давление, расположены внутри манифольда.
14. Система по п.10, отличающаяся тем, что входной канал каждого клапана расположен под углом менее 90° относительно продольной оси перемещения клапанного компонента.
15. Система по п.10, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пружину, установленную внутри каждого клапана и смещающую клапанный компонент в открытое положение.
16. Система по п.10, отличающаяся тем, что входной канал каждого клапана связан по потоку с седлом клапана в зоне со стороны, противоположной по отношению к контактной поверхности клапанного компонента.
17. Клапан для применения в системе выведения текучей среды, содержащей емкости, подающие текучую среду и подключенные к манифольду для заполнения накопительной емкости для текучей среды, при этом клапан содержит:
основание, задающее полость основания и наружную поверхность основания,
седло клапана, расположенное на основании и установленное внутри полости основания,
клапанный компонент, установленный внутри полости основания и имеющий контактную поверхность, при этом клапанный компонент выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси между положением запирания, в котором контактная поверхность входит в контакт с седлом клапана, и открытым положением, в котором контактная поверхность пространственно отделена от седла клапана,
входной канал клапана, проходящий от наружной поверхности основания в полость основания под углом менее 90° относительно продольной оси перемещения клапанного компонента, при этом входной канал клапана связан по потоку с седлом клапана в зоне со стороны, противоположной по отношению к контактной поверхности клапанного компонента,
выходной канал клапана, проходящий от полости основания к наружной поверхности основания и выполненный с возможностью подключения к накопительной емкости для текучей среды,
первый канал передачи давления, проходящий от наружной поверхности основания в полость основания и выполненный с возможностью подключения к одной из емкостей, подающих текучую среду, для передачи первого давления на первую поверхность клапанного компонента, воспринимающую давление,
второй канал передачи давления, проходящий от наружной поверхности основания в полость основания и выполненный с возможностью подключения к накопительной емкости для текучей среды для передачи второго давления на вторую поверхность клапанного компонента, воспринимающую давление.
18. Клапан по п.17, отличающийся тем, что дополнительно содержит пружину, смещающую клапанный компонент в открытое положение.
