Регулятор среды с выпускным клапаном
Изобретение относится к регуляторам технологической среды, в частности имеющим привод. Регулятор технологической среды включает корпус регулятора с впускным отверстием для среды и выпускным отверстием для среды, которые соединены траекторией потока среды. Элемент управления расположен на траектории потока среды, который взаимодействует с седлом для регулирования потока среды через корпус регулятора. Привод, прикрепленный к корпусу регулятора, обеспечивает силу для перемещения элемента управления относительно седла. Привод включает в себя корпус и диафрагму внутри корпуса; диафрагма разделяет корпус привода на верхнюю и нижнюю камеры. Спускной клапан высокого давления прикреплен к нижней камере для выведения остаточного газа из нижней камеры, что создает дополнительный объем для технологической среды в нижней камере. Технический результат - повышение эффективности и скорости реакции регулятора технической среды. 13 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к регуляторам технологической среды, в частности к регуляторам технологической среды, имеющим привод, в том числе выпускной клапан высокого давления, который очищает газ, содержащийся под диафрагмой в приводе, когда привод установлен в вертикальном положении, чтобы позволить больший объем управляющей жидкости для повышения давления в одной из камер привода.
Уровень техники
Регуляторы технологической среды используются во всех отраслях промышленности для управления потоком среды внутри технологических систем. Как правило, регуляторы технологической среды включают в себя корпус регулятора, имеющий впускное отверстие для среды и выпускное отверстие для среды, которые соединены проточным каналом потока среды. Подвижный элемент управления, такой как пробка, взаимодействует с седлом для изменения размера отверстия в канале потока среды, который управляет потоком технологической среды через регулятор технологической среды. Приводы прикреплены к корпусу регулятора и соединены с элементом управления для оперативного управления положением элемента управления относительно седла. Приводы могут включать в себя корпус и диафрагму, расположенную внутри корпуса, которая разделяет внутреннюю часть корпуса, по меньшей мере в две камеры. Диафрагма соединена с элементом управления посредством штока привода так, что управляющий элемент перемещается вместе с диафрагмой. Управляющая пружина смещает диафрагму в желаемое положение и при этом смещает элемент управления в нужное положение (т.е. в открытое положение или закрытое положение). Давление технологической среды (либо выше управляющего элемента по направлению потока, либо ниже управляющего элемента по направлению потока) может использоваться в качестве входного сигнала на привод, чтобы компенсировать или преодолеть усилие пружины, создаваемое управляющей пружиной. Привод использует давление потока технологической среды для регулирования положения элемента управления (с помощью диафрагмы и штока) для поддержания требуемого давления технологической среды на выходе. Таким образом, регулятор технологической среды "регулирует" давление технологической среды на выходе.
В некоторых системах технологическая среда представляет собой жидкость, которая течет через систему при высоком давлении. Когда технологическая жидкость под высоким давлением используется на входе привода регулятора технологической среды, остаточный газ может задерживаться в одной из камер, тем самым уменьшая доступный объем внутри камеры для технологической жидкости. Это особенно верно, когда регулятор технологической среды установлен в вертикальном положении, а привод расположен над корпусом регулятора. Снижение доступного объема может снизить эффективность привода и, следовательно, эффективность самого регулятора технологической среды.
Раскрытие изобретения
В соответствии с одним аспектом изобретения, регулятор технологической среды в сборе в соответствии с раскрытыми здесь принципами включает в себя корпус регулятора, имеющий впускное отверстие для среды и выпускное отверстие для среды, которые соединены траекторией потока среды. Элемент управления расположен на траектории потока среды, который взаимодействует с седлом для регулирования потока среды через корпус регулятора. Привод, прикрепленный к корпусу регулятора, обеспечивает силу для перемещения элемента управления относительно седла. Привод содержит корпус и диафрагму внутри корпуса;
диафрагма разделяет корпус привода на верхнюю и нижнюю камеру. Спускной клапан высокого давления прикреплен к нижней камере для выведения остаточного газа из нижней камеры, что создает дополнительный объем для технологической жидкости в нижней камере. Этот дополнительный объем повышает эффективность и скорость реакции регулятора технической среды.
Далее в соответствии с предыдущим иллюстративным вариантом изобретения регулятор технологической среды может дополнительно включать в себя одну или более из следующих предпочтительных форм.
В некоторых предпочтительных аспектах регулятор технологической среды может быть выполнен со спускным клапаном высокого давления, присоединенным к впускному крану, расположенному в нижней камере. Впускной кран может располагаться в промежуточном положении в нижней камере так, что диафрагма не может перекрывать впускной кран. Выпускной клапан может включать в себя вентиляционную трубу, которая направлена в сторону от верхней камеры. Выпускной клапан может содержать одну или более пробок впускного крана с центральным отверстием и поперечным отверстием, воздухоотводный винт, по меньшей мере частично расположенный в центральном отверстии, вентиляционную трубку, по меньшей мере частично расположенную в одном конце поперечного отверстия, упорный винт, по крайней мере частично расположенный в другом конце поперечного отверстия. Вентиляционная труба может быть полой, образуя траекторию потока среды для истечения из нижней камеры. Воздухоотводный винт может включать в себя пробку на одном конце, взаимодействующую с буртиком, находящимся в центральном отверстии для управления потоком среды через центральное отверстие и из вентиляционной трубки. Воздухоотводный винт может состоять из кольцевого фланца, проходящего наружу между пробкой и головкой воздухоотводного винта. Паз может быть выполнен на хвостовике воздухоотводного винта между кольцевым фланцем и головкой. Упорный винт может иметь конец с меньшим диаметром, который расположен по меньшей мере частично внутри паза. Конец с меньшим диаметром может составлять приблизительно ½ от размера паза. Диафрагма может быть присоединена к штоку привода с помощью пластины диафрагмы и головки диафрагмы, при этом диафрагма по меньшей мере частично находится между пластиной диафрагмы и головкой мембраны. Головка диафрагмы может образовывать упор, который ограничивает перемещение диафрагмы к седлу таким образом, чтобы предотвращать диафрагму от перекрытия впускного крана. Головка диафрагмы может иметь толщину, которая составляет приблизительно 75% от расстояния между верхним концом нижней камеры и нижним концом нижней камеры. Верхняя камера может содержать вентиляцию, нижняя камера может содержать нижнее управляющее отверстие; вентиляция определяет траекторию потока в верхнюю камеру и из нее, а нижнее управляющее отверстие определяет траекторию потока в нижнюю камеру и из нее; нижнее управляющее отверстие имеет соединение потоком с технологической средой ниже по потоку от элемента управления.
Краткое описание графических материалов
Фигура 1 иллюстрирует сечение регулятора технологической среды в сборе в соответствии с сущностью первого описанного примера настоящего изобретения, и привод регулятора технологической среды содержит выпускной клапан для воздуха под высоким давлением.
Фигура 2 иллюстрирует укрупненное сечение нижней камеры привода на Фигуре 1.
Фигура 3 иллюстрирует сечение выпускного клапана высокого давления, который может быть прикреплен к нижней камере на Фигуре 2.
Осуществление изобретения
Обычно регуляторы технологической среды регулируют давление технологической среды за клапаном либо с помощью давления технологической среды перед клапаном, либо с помощью давления технологической среды за клапаном в качестве входа в привод. Давление технологической среды может быть зарегистрировано с помощью соединения линии управления, которая расположена в корпусе привода. Когда впускное давление технологической среды поднимается выше заданного уровня давления, давление технологической среды внутри привода возрастает и превосходит силу управляющей пружины для перемещения элемента управления. Как только впускное давление технологической среды падает ниже заданного значения давления, усилие управляющей пружины преодолевает давление технологической среды, перемещая элемент управления в противоположном направлении.
После рассмотрения чертежей более тщательно, видно, что Фигура 1 иллюстрирует регулятор 10 технологической среды в сборе в соответствии с сущностью первого описанного примера настоящего изобретения. Регулятор 10 технологической среды содержит корпус 12 регулятора с впускным отверстием 14 для среды и выпускным отверстием 16 для среды, которые соединены посредством пути 18 потока. Элемент управления, как пробка 20, расположен на пути потока среды и взаимодействует с седлом 22 для управления потоком технологической среды через корпус 12 регулятора.
Привод 24 прикреплен к корпусу 12 регулятора; привод 24 обеспечивает силу для перемещения пробки 20 относительно седла 22. Привод 24 содержит верхний корпус 26 и нижний корпус 28. Диафрагма 30 расположена между верхним корпусом 26 и нижним корпусом 28; диафрагма 30 делит привод 24 на верхнюю камеру 32 и нижнюю камеру 34. Диафрагма 30 соединена с пробкой 20 с помощью штока 36 привода таким образом, что пробка 20 перемещается вместе с диафрагмой 30. Смещающий элемент, такой как управляющая пружина 38, может быть расположен в верхней части корпуса 26; управляющая пружина 38 смещает диафрагму 30 вниз на Фиг. 1 по направлению к седлу 22. При смещении диафрагмы 30 к седлу 22, пробка 20 смещается от седла 22 (потому что пробка расположена под седлом 22) в открытое положение, что позволяет технологической среде протекать через корпус 12 регулятора. В других вариантах осуществления изобретения пружина 38 может быть расположена в нижней камере 34. Несмотря на это пробка 20 окончательно располагается на основе переменного давления технологической среды в нижней камере 34. Например, когда давление технологической среды в нижней камере 34 преодолевает усилие пружины от пружины 38, диафрагма 30 перемещается вверх по направлению от седла 22, таким образом перемещая пробку 20 по направлению к закрытому положению. В противном случае, когда давление технологической среды в нижней камере 34 уменьшается ниже усилия пружины, диафрагма 30 перемещается вниз по направлению к седлу 22, которое перемещает пробку 20 к открытому положению.
Когда технологическая среда, протекающая через корпус 12 регулятора, представляет собой жидкость, которая течет при высоком давлении, эта технологическая жидкость направляется в нижнюю камеру 34 как часть ответной реакции, попадающей в нижнюю камеру 34. Технологическая жидкость при высоком давлении производит относительно большое усилие на диафрагму 30 внутри привода 24. Поскольку газ, как правило, является сжимаемым при большинстве рабочих давлений, любой газ, задержанный внутри нижней камеры 34, может затруднить способность технологической жидкости перемещать диафрагму 30, ограничивая объем в нижней камере 34, который доступен для технологической жидкости при его задерживании между технологической жидкостью и диафрагмой 30. В этом случае привод 24 может потерять часть эффективности. Регуляторы, установленные обычно в вертикальном положении, таком как положение на Фиг. 1 и 2, на которых привод 24 расположен над корпусом 12 регулятора, вызывают наибольшие проблемы с захваченным газом. Задержанный газ может также стать проблемой в верхней камере 32 в определенных положениях, и выпускной воздушный клапан высокого давления, который здесь описан, может быть также использован для очистки задержанного газа в верхнюю камеру, если необходимо.
Верхняя вентиляция 40 может образовывать поток среды в верхнюю камеру 32 и из нее, чтобы среда (например, атмосферный воздух) попадала в верхнюю камеру 32 и выходила из камеры в результате изменения объема верхней камеры 32, когда диафрагма 30 перемещается. Как обсуждалось выше, технологическая среда (особенно технологическая жидкость) может вводиться в нижнюю камеру 34 через нижнее управляющее отверстие 42. Нижнее управляющее отверстие 42 составляет часть потока технологической среды между нижней камерой 32 и технологической средой на выходе 16 или дальше по течению за выходом 16 среды. При изменении давления технологической среды в нижней камере 34 привод 24 управляет положением пробки 20 относительно седла 22.
Любой присутствующий остаточный газ в нижней камере 34 может быть задержан в нижней камере 34, если привод 24 установлен в вертикальном положении, как иллюстрирует Фиг. 1. Для того чтобы удалить остаточный газ из нижней камеры 34, выпускной клапан 50 высокого давления может быть присоединен к впускному крану 52 на нижнем корпусе 28. Остаточный газ удаляется из нижней камеры 34 через выпускной клапан 50 высокого давления, что увеличивает объем, доступный в нижней камере 34 для технологической жидкости. Этот увеличенный объем, в свою очередь, увеличивает эффективность привода 24 и время реакции.
Рассмотрим теперь Фиг. 2, которая подробно иллюстрирует нижний корпус 28 и нижнюю камеру 34. Диафрагма 30 расположена в верхней части нижней камеры 34, отделяющей нижнюю камеру 34 от верхней камеры 32. Диафрагма 30 может быть прикреплена к штоку 36 с пластиной 54 диафрагмы и головкой 56 диафрагмы; диафрагма 30 захвачена между пластиной 54 диафрагмы и головкой 56 диафрагмы. Как обсуждалось выше, технологическая жидкость может быть введена в нижнюю камеру 34 через нижнее управляющее отверстие 42. Когда рабочая жидкость поступает в нижнее управляющее отверстие 42 и движется к нижней камере 34; остаточный газ может задерживаться между входящей технологической жидкостью и диафрагмой 30. Этот остаточный газ может быть очищен с помощью регулирующего клапана 50 высокого давления (не показан на Фиг. 2), который расположен во впускном кране 52 (см. Фиг. 1). В варианте осуществления изобретения на Фиг. 2 впускной кран 52 расположен в промежуточном месте на внутренней стенке 58 нижнего корпуса 28. Впускной кран 52 может располагаться в положении, в котором диафрагма 30 не будет перекрывать впускной кран 52. Если диафрагма 30 все-таки перекрыла впускной кран 52, тогда диафрагма 30 может оказаться поврежденной или уничтоженной. Головке 56 диафрагмы могут быть приданы размеры для создания упора диафрагмы 30, предотвращающего диафрагму 30 от опускания к месту, в котором диафрагма 30 могла бы перекрывать впускной кран 52. В некоторых вариантах осуществления изобретения толщина головки 56 диафрагмы может составлять приблизительно 75% от расстояния между нижней частью нижнего корпуса 28 и верхней частью нижнего корпуса 28. Когда головка 56 диафрагмы контактирует с нижней частью корпуса 28, диафрагма 30 предотвращается от дальнейшего движения вниз. В других вариантах осуществления изобретения упор может быть сформирован на штоке 36 привода или на другой конструкции внутри привода 24 или корпуса 12 регулятора.
Рассмотрим теперь Фиг. 3, которая иллюстрирует один из вариантов осуществления выпускного клапана 50 высокого давления. Выпускной клапан 50 высокого давления может включать в себя пробку 60 впускного крана, имеющую центральное отверстие 62 и поперечное отверстие 64, воздухоотводный винт 66, по меньшей мере частично расположенный в одном конце центрального отверстия, вентиляционную трубку 68, по крайней мере частично расположенную на одном конце поперечного отверстия 64, и упорный винт 70, расположенный в другом конце поперечного отверстия 64. Вентиляционная трубка 68 обычно может быть полой, образуя траекторию потока среды с поперечным отверстием 64 и центральным отверстием 62, которые могут направлять очищенный газ из нижней камеры 34 в атмосферу или в контейнер для сборки (не показан). Воздухоотводный винт 66 взаимодействует с центральным отверстием 62, ограничивая или пропуская поток жидкости через пробку 60 впускного крана и вентиляционную трубку 68.
Воздухоотводный винт 66 может состоять из головной части 72, соединенной с хвостовиком 74, по меньшей мере часть хвостовика 74 имеет внешнюю резьбу, и пробки 76, присоединенной к хвостовику 74 на противоположном конце головной части 72. Пробка 76 может быть обычно конической формы с узкой или конусообразной частью 96 на дистальном конце. Кольцевой фланец 80 может проходить радиально наружу от хвостовика 74 в месте между пробкой 76 и резьбовой частью. Часть хвостовика 74 между резьбовым участком и кольцевым фланцем 80 образует паз 82.
Центральное отверстие 62 может включать в себя первую часть 84, имеющую первый диаметр, и вторую часть 86, имеющую второй диаметр, причем первый диаметр меньше второго диаметра. Соединение между первой частью 84 и второй частью 86 образует кольцевой буртик 88. Кольцевой буртик 88 взаимодействует с пробкой 76 для управления потоком текучей среды через центральное отверстие 62 и поперечным отверстием 64. Вторая часть 86 центрального отверстия 62 образует камеру 87 на траектории потока среды между нижней камерой 34 привода 24 и вентиляционной трубкой 68, когда выпускной клапан 50 высокого давления прикреплен к нижнему корпусу привода 28, и пробка 76 на воздухоотводном винте 66 отстоит от кольцевого буртика 88.
Упорный винт 70 включает в себя головную часть 90, хвостовик 92 с наружной резьбой, которая заканчивается в виде конца 94 с уменьшенным диаметром. Конец 94 с уменьшенным диаметром может быть расположен в пазу 82 для предотвращения непреднамеренной потери вентиляционной пробки 66. В одном варианте осуществления изобретения конец 94 с уменьшенным диаметром может иметь толщину, которая составляет приблизительно половину толщины паза 82.
Пробка 60 впускного крана может содержать внешнюю резьбу на одном конце, который взаимодействует с внутренними резьбами (не показано) впускного крана 52. Когда пробка 60 впускного крана закреплена внутри впускного крана 52, вентиляционная трубка 68 может располагаться таким образом, чтобы выход 98 был направлен вниз, в сторону от верхнего шланга 26, чтобы направлять очищенный газ от любого персонала, который может находиться в этой зоне.
Остаточный газ в нижней камере 34 может быть удален с помощью селективного позиционирования воздушного винта 66 в центральном отверстии 62, тем самым увеличивая доступный объем второй камеры и, таким образом, эффективность и время реакции привода 24.
Во время тестирования одного из вариантов регулятора с вышеописанным выпускным клапаном было обнаружено, что когда привод был установлен вверх дном, примерно 188,8 мл были доступны в нижней камере для управляющей среды. При установке в вертикальном положении, но без выпускного клапана доступный объем в нижней камере упал до всего лишь около 15,8 мл. Однако, когда выпускной клапан был установлен в регуляторе, установленном в вертикальном положении, доступный объем в нижней камере увеличился примерно до 76,8 мл, что составило почти пятикратное увеличению доступного объема.
В одном или более из вышеприведенных примеров, описание использует такие термины, как верхний, нижний, внутрь и/или наружу. Эти термины являются только относительными и должны использоваться в контексте, описывающем примерные варианты осуществления, когда они расположены, как это показано на Фигурах. Специалистам в данной области техники будет легко понять, что клапаны могут быть расположены в положениях, отличных от тех, которые показаны на Фигурах, а также специалистам в данной области техники будет легко понять, как адаптировать эти относительные термины для различных положений регулирующих клапанов из настоящего изобретения.
В то время как выпускной клапан высокого давления был описан относительно некоторых вариантов его осуществления, лицам с обычной квалификацией в данной области техники понятно, что прилагаемая формула изобретения не ограничивается указанными вариантами, и что могут быть сделаны модификации, которые будут попадать в область распространения формулы изобретения.
1. Регулятор технологической среды, который содержит:
корпус регулятора, имеющий впускное отверстие для среды и выпускное отверстие для среды, которые соединены траекторией потока среды;
элемент управления, расположенный на траектории потока, который взаимодействует с седлом для управления потоком технологической среды через корпус регулятора;
привод, прикрепленный к корпусу регулятора, состоящий из верхнего корпуса и нижнего корпуса, диафрагму, расположенную внутри привода и разделяющую привод на верхнюю и нижнюю камеры;
шток привода, присоединенный к диафрагме и к элементу управления; и
выпускной клапан высокого давления, прикрепленный к нижней камере, который формирует канал потока среды с нижней камерой для выведения остаточного газа из нижней камеры, причем этот выпускной клапан высокого давления содержит:
пробку впускного крана, имеющую центральное отверстие и поперечное отверстие;
воздухоотводный винт, по меньшей мере частично расположенный в центральном отверстии, при этом воздухоотводный винт содержит пробку на одном конце, взаимодействующую с буртиком, образованным в центральном отверстии для управления потоком жидкости через центральное отверстие.
2. Регулятор по п. 1, который отличается тем, что выпускной клапан высокого давления присоединен к впускному крану, расположенному в нижней камере.
3. Регулятор по п. 2, который отличается тем, что впускной кран расположен в промежуточном положении в нижней камере таким образом, что диафрагма не может перекрывать впускной кран.
4. Регулятор по п. 1, который отличается тем, что выпускной клапан высокого давления содержит вентиляционную трубку, направленную в сторону от верхней камеры.
5. Регулятор по п. 1, который отличается тем, что выпускной клапан высокого давления дополнительно содержит:
вентиляционную трубку, по меньшей мере частично расположенную в одном конце поперечного отверстия; и
упорный винт, по меньшей мере частично расположенный в другом конце поперечного отверстия.
6. Регулятор по п. 5, который отличается тем, что вентиляционная трубка является полой, и она формирует канал потока среды для истечения жидкости из нижней камеры.
7. Регулятор по п. 5, который отличается тем, что воздухоотводный винт содержит кольцевой фланец, расположенный между пробкой и головой воздухоотводного винта.
8. Регулятор по п. 7, который отличается тем, что паз сформирован на хвостовике воздухоотводного винта между кольцевым фланцем и головкой.
9. Регулятор по п. 8, который отличается тем, что упорный винт имеет конец с уменьшенным диаметром, расположенный по меньшей мере частично внутри паза.
10. Регулятор по п. 9, который отличается тем, что конец с уменьшенным диаметром составляет приблизительно 
11. Регулятор по п. 1, который отличается тем, что диафрагма присоединена к штоку привода с помощью пластины диафрагмы и головки диафрагмы, причем диафрагма по меньшей частично расположена между пластиной диафрагмы и головкой диафрагмы.
12. Регулятор по п. 11, который отличается тем, что головка диафрагмы формирует упор, ограничивающий перемещение диафрагмы по направлению к седлу таким образом, что диафрагма защищена от перекрытия впускного крана.
13. Регулятор по п. 11, который отличается тем, что толщина головки диафрагмы составляет приблизительно 75% от расстояния между верхним концом нижней камеры и нижним концом нижней камеры.
14. Регулятор по п. 1, который отличается тем, что верхняя камера содержит вентиляцию, нижняя камера содержит нижнее управляющее отверстие, вентиляция формирует траекторию потока среды в верхнюю камеру и из нее, и нижнее управляющее отверстие формирует траекторию потока среды в нижнюю камеру и из нее, а также нижнее управляющее отверстие соединяет потоком нижнюю камеру с технологической средой за элементом управления.
