Работающая на скручивание пружина для быстродействующего предохранительного запорного устройства
Предложен кулачковый узел для использования в быстродействующем предохранительном запорном клапане. Узел содержит кулачок, имеющий удлиненное первое плечо и выполненный с возможностью шарнирного поворота вокруг оси вращения, расположенной смежно с первым концом первого плеча и работающую на скручивание пружину, имеющую два неподвижных наружных плеча и два поворотных внутренних плеча. Указанные два внутренних плеча соединены с частью первого плеча кулачка. Два внутренних плеча выполнены с возможностью воздействия на первое плечо кулачка для смещения указанного кулачка в повторно запираемое положение, в котором обеспечивается возможность повторного запирания кулачка в процессе перезапуска клапана. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 10 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к быстродействующим предохранительным запорным клапанам для газовых распределительных систем, и в частности относится к пружинам, используемым в таких быстродействующих предохранительных запорных клапанах.
Уровень техники
Газовые распределительные системы, в частности системы для распределения природного газа, обычно транспортируют газ от газодобывающей компании к потребителю вдоль системы труб и через систему клапанов. Каждая газовая распределительная система может содержать один или большее количество регулирующих клапанов, которые управляют давлением газа в распределительной системе. Обычно газ транспортируют в системе под высоким давлением. Однако давление газа должно быть уменьшено перед распределением среди конечных потребителей. Такое понижение давления обычно достигается с использованием понижающих давление станций, установленных в локальных сетях.
Как правило, указанные понижающие давление станции содержат один или большее количество регулирующих давление клапанов, а также своего рода предохранительное устройство для отключения подачи газа в случае отказа регулирующего давление клапана. Обычно для этой цели используются быстродействующие предохранительные запорные клапаны. Быстродействующий предохранительный запорный клапан в целом расположен выше по ходу потока регулирующего давление клапана таким образом, что быстродействующая задвижка может препятствовать подаче газа к регулирующему давление клапану в случае его разрушения. Быстродействующий предохранительный запорный клапан отслеживает газовое давление ниже по ходу потока регулирующего давление клапана в пределах допустимых максимального и минимального давлений. Если давление ниже по течению потока нарушает максимальный или минимальный допуск, быстродействующий предохранительный запорный клапан закрывается и тем самым отключает подачу газа к регулирующему давление клапану, и таким образом предотвращает неуправляемую утечку газа по причине разрушения регулирующего клапана.
Как правило, быстродействующий предохранительный запорный клапан содержит кулачок, имеющий первое плечо, которое функционально соединено с мембраной, которая воспринимает давление ниже по ходу потока и таким образом вызывает поворот кулачка вокруг оси вращения в ответ на изменения давления ниже по ходу потока. Первое плечо кулачка в целом является удлиненным, причем работающая на изгиб пружина обычно соединена с дальним концом первого плеча кулачка. Работающая на изгиб пружина обычно изготовлена из одиночной проволоки, причем указанная работающая на изгиб пружина обычно содержит навитую цилиндрическая часть, которая расположена вокруг дальнего конца плеча кулачка таким образом, что продольная ось указанной цилиндрической части является коаксиальной с продольной осью удлиненного первого плеча кулачка. Работающая на изгиб пружина также содержит расширенную часть, которая проходит в наружном направлении от концевой части указанной цилиндрической части в линейном направлении, которое является параллельным продольной оси удлиненного первого плеча кулачка. Указанная расширенная часть обычно входит в контакт с поверхностью, расположенной во внутренней части корпуса клапана. Выполненная таким образом, работающая на изгиб пружина создает смещающую силу, которая поддерживает кулачок в необходимом положении, для облегчения перезапуска быстродействующего предохранительного запорного клапана после его закрытия.
Раскрытие изобретения
Согласно первому варианту реализации узел кулачка для использования в быстродействующем предохранительном запорном клапане содержит:
кулачок, имеющий удлиненное первое плечо и выполненный с возможностью шарнирного поворота вокруг оси вращения;
работающую на скручивание пружину, имеющую два неподвижных наружных плеча и два поворотных внутренних плеча, причем указанные два внутренних плеча соединены с частью первого плеча кулачка, при этом указанные два внутренних плеча выполнены с возможностью воздействия на первое плечо кулачка, в результате которого указанный кулачок смещается в положение, в котором обеспечивается возможность повторного запирания кулачка в процессе перезапуска клапана.
Согласно другому варианту реализации быстродействующий предохранительный запорный клапан для газовой распределительной системы содержит:
корпус клапана;
мембрану, расположенную по меньшей мере частично в пределах внутренней части корпуса клапана, причем по меньшей мере часть указанной мембраны выполнена с возможностью смещения в направлении внутренней части корпуса клапана, при этом указанная мембрана имеет первую сторону, открытую действию давления газа в системе;
плунжер, соединенный с первой стороной мембраны;
кулачок, установленный с возможностью вращения в пределах внутренней части корпуса клапана, причем указанный кулачок имеет первое плечо и третье плечо, причем первое плечо соединено с плунжером;
работающую на скручивание пружину, функционально соединенную с первым плечом кулачка и по меньшей мере одной поверхностью, расположенной во внутренней части корпуса клапана; и
узел возвратного штифта, содержащий удлиненный возвратный штифт и повторно фиксируемый затвор, прочно соединенный с возвратным штифтом, причем работающая на скручивание пружина выполнена с возможностью действия на первое плечо кулачка, в результате которого кулачок смещается в необходимое положение, которое обеспечивает возможность взаимодействия третьего плеча кулачка с частью заплечика повторно фиксируемого затвора, когда возвратный штифт смещается в направлении к кулачку в процессе перезапуска клапана, и таким образом обеспечивается повторное запирание указанного кулачка.
Краткое описание графических материалов
На фиг.1 в разрезе показан вид сбоку быстродействующего предохранительного запорного устройства согласно одному варианту реализации.
На фиг.2 показан вид сбоку кулачка быстродействующего предохранительного запорного устройства, показанного на фиг.1.
На фиг.3 показан перспективный вид узла кулачка быстродействующего предохранительного запорного устройства, показанного на фиг.1.
На фиг.4 показан перспективный вид узла кулачка, показанного на фиг.4, расположенного во внутренней части корпуса клапана.
На фиг.5А показан перспективный вид работающей на скручивание пружины для узла кулачка, показанного на фиг.4.
На фиг.5В показан вид сверху работающей на скручивание пружины, показанной на фиг.5А.
На фиг.6А показан разрез узла возвратного штифта для быстродействующего предохранительного запорного устройства, показанного на фиг.1, с удаленным для ясности узлом кулачка.
На фиг.6В показан разрез узла возвратного штифта, показанного на фиг.6А, с узлом кулачка, с удаленным для ясности узлом кулачка.
На фиг.7А показан разрез узла возвратного штифта быстродействующего предохранительного запорного устройства, показанного на фиг.1, с возвратным штифтом в положении повторного фиксирования, причем работающая на скручивание пружина удалена для ясности.
На фиг.7В показан разрез узла возвратного штифта, показанного на фиг.7А, с возвратным штифтом в положении сброса, причем работающая на скручивание пружина удалена для ясности.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показано быстродействующее предохранительное запорное устройство 10 согласно настоящему изобретению. В частности, как показано на фиг.3, узел 12 кулачка для использования в быстродействующем предохранительном запорном клапане 10 содержит кулачок 14, имеющий удлиненное первое плечо 16а, и причем кулачок 14 выполнен с возможностью шарнирного поворота вокруг оси 19 вращения. Узел 12 кулачка также содержит работающую на скручивание пружину 18, показанную на фиг.3, 5А и 5В, имеющую два неподвижных наружных плеча, таких как первое наружное плечо 20а и второе наружное плечо 20b, а также два поворотных внутренних плеча, таких как первое внутреннее плечо 22а и второе внутреннее плечо 22b. Два внутренних плеча 22а, 22b соединены с частью первого плеча 16а кулачка. Внутренние плечи 22а, 22b выполнены с возможностью воздействия на первое плечо 16а для смещения кулачка 14 в положение, которое обеспечивает возможность повторного запирания кулачка 14 в процессе перезапуска клапана.
Как показано на фиг.1, быстродействующий предохранительный запорный клапан 10 может быть соединен с основным регулятором 11 в газовой распределительной системе. Однако быстродействующий предохранительный запорный клапан 10 может быть автономным модулем. Быстродействующее предохранительное запорное устройство 10 может содержать корпус 13, верхний кожух 15, соединенный с корпусом 13 клапана, и узел 66 возвратного штифта, частично проходящий из корпуса 13 клапана. В верхнем кожухе 15 размещены пружина 30 избыточного давления и пружина 32 пониженного давления. Пружина 32 пониженного давления задает нижнее (минимальное) допустимое давление газа в газовой распределительной системе. Схожим образом, пружина 30 избыточного давления задает верхнее (максимальное) допустимое давление газа в газовой распределительной системе. Обе пружины 30, 32 избыточного давления и пониженного давления расположены в верхнем кожухе 15 в целом коаксиально (т.е. центральные оси указанных двух пружин являются совмещенными). Однако указанные пружины не обязательно должны быть расположенными коаксиально, и их оси могут быть смещены относительно друг друга. Пружина 32 пониженного давления одним своим концом соединена с мембранной пластиной 37, а пружина избыточного давления одним своим концом соединена с кольцом 41 избыточного давления. Кольцо 41 избыточного давления может быть соединено с мембранной пластиной 37. Мембранная пластина 37 и кольцо 41 избыточного давления могут быть соединены с мембраной 42. Мембрана 42 с одной стороны является открытой действию давления в системе, и с другой стороны мембрана 42 открыта действию упругих сил пружины 30 избыточного давления и пружины 32 пониженного давления. Часть мембраны 42 выполнена с возможностью перемещения в направлении во внутреннюю часть корпуса 13 или в направлении в верхний кожух 15 в зависимости от направления действия давления в системе вдоль оси А. Ось А по существу проходит параллельно или коаксиально по отношению к центральным осям пружины 30 избыточного давления и пружины 32 пониженного давления, причем ось А может проходить параллельно или коллинеарно относительно оси Z эталонной системы координат, как показано на фиг.1 и 3. На концах, противоположных мембране 42, пружина 30 избыточного давления и пружина 32 пониженного давления входят в контакт с крышкой 44 регулятора избыточного давления и крышкой 46 регулятора пониженного давления соответственно или посажены на указанные крышки соответственно. Крышка 44 регулятора избыточного давления и крышка 46 регулятора пониженного давления выполнены с возможностью смещения вдоль оси А в направлении к мембране 42 и от нее для регулирования сил пружины 30 избыточного давления и пружины 32 пониженного давления, действующих на мембранную пластину 37. Расстояние между регулировочными крышками 44, 46 и мембранной пластиной 37 определяет заданные уставки избыточного давления и пониженного давления для быстродействующего предохранительного запорного устройства 10.
Как показано на фиг.1, 2 и 3, быстродействующее предохранительное запорное устройство 10 содержит кулачковый узел 12, который может содержать кулачок 14, расположенный с возможностью вращения во внутренней части корпуса 13. Кулачок 14 может быть по существу плоским и может вращаться вокруг оси 19 вращения кулачка 14. Ось 19 вращения кулачка 14 может быть ориентирована горизонтально и может быть ориентирована перпендикулярно относительно вертикальной плоскости, которая проходит через продольную середину корпуса 13 и верхнего кожуха 15, причем ось А может проходить через вертикальную плоскость и вдоль нее. Иными словами, вертикальная плоскость может быть параллельной или компланарной относительно плоскости X-Z эталонной системы координат, как показано на фиг.1 и 3, и таким образом ось вращения 19 кулачка 14 может быть параллельной оси Y эталонной системы координат или совпадать с нею.
Как показано на фиг.2, кулачок 14 может иметь первое плечо 16а, второе плечо 16b, третье плечо 16с и корпус 82. Корпус 82 кулачка может быть удлиненным и может проходить по существу в вертикальном направлении (т.е. направлении, которое является параллельным оси Z эталонной системы координат), а ось 83 корпуса кулачка может проходить в продольном направлении через корпус 82 кулачка и может пересекать ось 19 вращения. Корпус 82 кулачка может иметь верхнюю часть 84 и нижнюю часть 86, противоположную верхней части 84. Третье плечо 16с может быть расположено рядом с нижней частью 86 корпуса 82 кулачка, причем третье плечо 16с может быть по меньшей мере частично образовано передним краем 88 кулачка и первым нижним краем 90 кулачка. Передний край 88 может быть параллельным оси 83 корпуса кулачка, а первый нижний край 90 может формировать первый угол α с передним краем 88. Первый угол α может быть острым углом, причем первый угол α может составлять от примерно 85° до примерно 50°. Передний край 88 может пересекать первый нижний край 90 для формирования острого угла, или скругленный или скошенный край может быть сформирован между передним краем 88 и первым нижним краем 90 для дополнительного образования первого плеча 16а.
Как показано на фиг.2, кулачок 14 также содержит первое плечо 16а, которое проходит от нижней части 86 корпуса кулачка. В частности, удлиненное первое плечо 16а проходит вдоль первой оси 92 кулачка, которая делит надвое первое плечо 16а, причем первая ось 92 может пересекать ось 83 корпуса кулачка для формирования второго угла β. Второй угол β может быть острым углом, причем второй угол β может составлять от примерно 85° до примерно 50°. Первый угол α и второй угол β могут быть равными таким образом, что первый нижний край 90 является параллельным первой оси 92. Два боковых края 96, 98 первого кулачка могут частично в боковом направлении образовать первое плечо 16а, причем один край или оба края из боковых краев 96, 98 первого кулачка могут быть параллельными первой оси 92, при этом первый нижний край 90 третьего плеча 16 с является параллельным боковому краю 96 первого кулачка и немного смещен в направлении от него. Проходящий во внутреннем направлении заплечик 100 может быть сформирован между корпусом 82 кулачка и дальним концом 101 первого плеча 16а, причем заплечик 100 может проходить между одним или обоими из боковых краев 96, 98 первого кулачка и двумя боковыми краями 102, 104 второго кулачка. Дальний край 106 может проходить между боковыми краями 102, 104 второго кулачка для дополнительного образования первого плеча 16а кулачка. Два боковых края 102, 104 второго кулачка могут пересекать дальний край 106 для формирования острого угла, или скругленный или скошенный край может быть сформирован между дальним краем 106 и одним или обоими из боковых краев 102, 104 второго кулачка.
Как показано на фиг.2, кулачок 14 также содержит второе плечо 16b, которое проходит от верхней части 84 корпуса кулачка в направлении, которое по существу является противоположным направлению первого плеча 16а. Второе плечо 16b может быть частично образовано контактным краем 107, который может быть параллельным оси 83 корпуса кулачка (и переднему краю 88) и может быть смещен в наружном направлении от оси 83 корпуса кулачка. Контактный край 107 второго плеча 16b может быть соединен с концевым выключателем 142 способом, который более подробно будет описан ниже.
Как показано на фиг.2, 3 и 4, кулачок 14 узла 12 кулачка также может содержать шарнирный палец 108. Шарнирный палец 108 может быть реализован в форме цилиндра, продольная ось которого может быть коаксиальной с осью 19 вращения кулачка 14. Соответственно, шарнирный палец 108 может быть расположен в третьем плече 16с или рядом с ним. Шарнирный палец 108 может быть вставлен в отверстие, выполненное в нижней части 86 корпуса 82 кулачка вдоль оси 19 вращения таким образом, что шарнирный палец 108 симметрично расположен с обеих сторон вертикальной плоскости, которая в продольном направлении делит пополам кулачок 14 (т.е. плоскости, которая является параллельной плоскости X-Z эталонной системы координат или компланарной с ней). Однако шарнирный палец 108 может быть выполнен за одно целое с кулачком 14. Первая часть 110а выполненного таким образом шарнирного пальца может проходить от плоской первой поверхности 112 кулачка 14, а вторая часть 110b шарнирного пальца может проходить от плоской второй поверхности 114 кулачка 14. Каждая из первой части 110а и второй части 110b может быть размещена в соответствующих желобах 134 (как показано на фиг.4), отверстиях или выемках, сформированных во внутренней поверхности корпуса 13 таким образом, что кулачок 14 вращается вокруг своей оси 19 вращения, когда первая и вторая части 110а, 110b шарнирного пальца размещены в соответствующих желобах или отверстиях.
Как показано на фиг.3, 4, 5А и 5В, узел 12 кулачка быстродействующего предохранительного запорного устройства 10 также содержит работающую на скручивание пружину 18, которая может быть соединена с корпусом 13 клапана и может быть выполнена с возможностью взаимодействия с первым плечом 16а кулачка 14 для поддерживания кулачка 14 в необходимом положении для облегчения перезапуска быстродействующего предохранительного запорного клапана 10 (способом, который более подробно будет описан ниже) после закрывания быстродействующего предохранительного запорного клапана. Работающая на скручивание пружина 18 может быть сформирована из одного отрезка проволоки, такой как проволока из пружинной стали, имеющая диаметр 0,4 мм. Работающая на скручивание пружина 18 может иметь первую навитую часть 118а, которая содержит спираль, навитую из проволоки, действующую в качестве работающей на скручивание пружины известным способом. Спираль первой навитой части 118а может иметь цилиндрическую форму с внутренним диаметром, который немного больше, чем диаметр первой части 110а шарнирного пальца кулачка 14. Также первая часть 110а шарнирного пальца может быть размещена в первой навитой части 118а таким образом, что продольная ось первой навитой части 118а является коаксиальной или приблизительно коаксиальной с осью 19 вращения кулачка 14. Первое наружное плечо 20а может проходить от наружного конца 122а первой навитой части 118а, причем первое наружное плечо 20а может линейно проходить в направлении, которое является параллельным плоской первой поверхности 112 кулачка 14 (т.е. в направлении, ограниченном плоскостью X-Z в эталонной системе координат). Первое внутреннее плечо 22а может проходить от внутреннего конца 124а первой навитой части 118а, причем первое внутреннее плечо 22а может линейно проходить в направлении, которое является параллельным плоской первой поверхности 112 кулачка 14. Дальний конец 126а первого внутреннего плеча 22а может быть расположен рядом с дальним концом 101 первого плеча 16а кулачка. При наблюдении вдоль оси 19 вращения кулачка 14 (т.е. при наблюдении перпендикулярно плоскости X-Z эталонной системы координат) первое внутреннее плечо 22а может быть расположено под углом y относительно первого наружного плеча 20а, и указанный угол γ может составлять примерно 38°, когда работающая на скручивание пружина не сжата нагрузкой. Первое осевое плечо 128а может проходить от дальнего конца первого наружного плеча 20а, причем первое осевое плечо 128а может линейно проходить в направлении, которое является параллельным оси 19 вращения кулачка (т.е. оси Y в эталонной системе координат). Однако первое осевое плечо 128а может проходить в любом направлении, которое обеспечивает возможность взаимодействия первого осевого плеча 128а с поверхностью внутренней части корпуса 13 клапана.
Как показано на фиг.3, 5А и 5В, работающая на скручивание пружина 18 может быть расположена симметрично относительно вертикальной эталонной плоскости 146, которая проходит перпендикулярно одной или обеим осям 19 вращения кулачка 14 и продольной оси первой навитой части 118а, и таким образом может быть сформирована двойная работающая на скручивание пружина. Иными словами, вертикальная эталонная плоскость 146 может быть параллельной или компланарной относительно плоскости X-Z эталонной системы координат. Также второе внутреннее плечо 22b может быть расположено на расстоянии D от вертикальной эталонной плоскости 146, и первое внутреннее плечо 22а может быть расположено на том же расстоянии D от вертикальной эталонной плоскости 146. Поперечное плечо 130 может проходить между дальним концом 126а первого внутреннего плеча 22а и дальним концом 126b второго внутреннего плеча 22b, причем поперечное плечо 130 может быть перпендикулярным вертикальной эталонной плоскости 146 (т.е. параллельным или коллинеарным оси Y эталонной системы координат). Второе внутреннее плечо 22b может проходить от внутреннего конца 124b второй навитой части 118b, причем второе внутреннее плечо 22b может линейно проходить в направлении, которое является параллельным плоской второй поверхности 114 (и первой поверхности 112) кулачка 14. Поскольку первое внутреннее плечо 22а расположено рядом с первой поверхностью 112 кулачка 14, и второе внутреннее плечо 22b расположено рядом с второй поверхностью 114 кулачка 14, работающая на скручивание пружина 18 предотвращает боковое смещение кулачка 14 (т.е. смещение относительно корпуса клапана в направлении вдоль оси Y эталонной системы координат). Спиральная навивка второй навитой части 118b имеет цилиндрическую форму, внутренний диаметр которой немного больше, чем диаметр второй части 110b шарнирного пальца кулачка 14. Также вторая часть 110b шарнирного пальца может быть размещена во второй навитой части 118b таким образом, что продольная ось первой навитой части 118а является коаксиальной или приблизительно коаксиальной с одной или обеими из осей 19 вращения кулачка 14 и продольной осью первой навитой части 118а. Второе наружное плечо 20b может проходить от наружного конца 122b второй навитой части 118b, причем второе наружное плечо 20b может линейно проходить в направлении, параллельном плоской второй поверхности 114 (и первой поверхности 112) кулачка 14 (т.е. в направлении, которое ограничено плоскостью X-Z в эталонной системе координат). Второе внутреннее плечо 22b может быть расположено под углом y относительно второго наружного плеча 20а при наблюдении вдоль оси 19 вращения кулачка 14, и указанный угол γ может составлять примерно 38°, когда работающая на скручивание пружина не сжата нагрузкой. Второе осевое плечо 128b может проходить от дальнего конца второго наружного плеча 20b, причем второе осевое плечо 128b может линейно проходить в направлении, которое является параллельным оси 19 вращения кулачка (т.е. оси y в эталонной системе координат). Однако второе осевое плечо 128b может проходить в любом направлении, которое обеспечивает возможность взаимодействия второго осевого плеча 128b с поверхностью внутренней части корпуса 13 клапана.
Как описано выше и показано на фиг.3, первая часть 110а шарнирного пальца кулачка 14 может быть размещена в первой навитой части 118а работающей на скручивание пружины 18, и вторая часть 110b шарнирного пальца кулачка 14 может быть размещена во второй навитой части 118b работающей на скручивание пружины 18. Каждая из выполненных таким образом первой части 110а шарнирного пальца и второй части 110b шарнирного пальца кулачка 14 может быть соединена с внутренней частью корпуса 13 клапана для обеспечения возможности вращения или поворота кулачка 14 относительно корпуса 13 клапана, как показано на фиг.4. Кроме того, любое из первого и второго наружных плеч 20а, 20b и первого и второго осевых плеч 128а, 128b работающей на скручивание пружины 18 может взаимодействовать с частью внутренней части корпуса 13 клапана с целью обеспечения устойчивого основания для обеспечения возможности вращательного смещения (т.е. поворота) первого и второго внутренних плеч 12а, 22b относительно неподвижных первого и второго наружных плеч 20а, 20b способом, который более подробно будет описан ниже. Например, отверстие 135 может быть сформировано во внутренней поверхности 134 корпуса 13 клапана, и внутренняя поверхность 134 по существу может быть горизонтальной. Желоб 136, выполненный с возможностью размещения в нем первой части 110а шарнирного пальца, также может быть сформирован во внутренней поверхности 134. Также, когда болт 132 размещен в отверстии 135, нижняя поверхность головки болта 132 может фиксировать первую часть 110а шарнирного пальца в желобе 136 таким образом, что кулачок 14 может поворачиваться вокруг первой части 110а шарнирного пальца, но указанная первая часть 110а шарнирного пальца не может быть смещена в верхнем направлении и таким образом удалена из желоба 136. Первое осевое плечо 128а работающей на скручивание пружины 18 также может быть расположено на внутренней поверхности 134, и первое наружное плечо 20а может быть расположено рядом с краевым участком внутренней поверхности 134. Специалисту понятно, что вторая часть 110b шарнирного пальца может быть расположена в желобе 136, сформированном во внутренней поверхности 138 корпуса 13 клапана способом, идентичным описанному выше. При такой конструкции специалисту понятно, что первое наружное плечо 20а, расположенное рядом с краевым участком внутренней поверхности 134 (и проходящее во внутреннем направлении относительно указанного краевого участка внутренней поверхности 134), и второе наружное плечо 20b, расположенное рядом с краевым участком внутренней поверхности 138 (и проходящее во внутреннем направлении относительно указанного краевого участка внутренней поверхности 138), предотвращают боковое смещение работающей на скручивание пружины 18.
Поскольку первая и вторая части 110а, 110b шарнирного пальца кулачка 14 размещены в первой и второй навитых частях 118а, 118b работающей на скручивание пружины 18 соответственно, поперечное плечо 130 может взаимодействовать (т.е. поддерживать контакт в рабочем положении) с частью первого плеча 16а кулачка, которая расположена рядом с дальним концом 101 первого плеча 16а. В частности, как показано на фиг.3, поперечное плечо 130 может взаимодействовать с поверхностью, проходящей перпендикулярно или по существу перпендикулярно краю первого плеча 16а, который проходит вдоль первого плеча 16а кулачка, причем указанная поверхность может быть перпендикулярной первой поверхности 112 и второй поверхности 114 кулачка 14 и может проходить от указанной первой поверхности 112 к указанной второй поверхности 114. Например, как показано на фиг.2, поперечное плечо 130 может взаимодействовать с поверхностью, сформированной перпендикулярно или по существу перпендикулярно боковому краю 96 первого кулачка (если боковой край 96 первого кулачка проходит вдоль всей длины первого плеча 16а кулачка) или боковому краю 102 второго кулачка (если заплечик 100 сформирован между боковым краем 96 первого кулачка и боковым краем 102 второго кулачка. Каждое из первого внутреннего плеча 22а и второго внутреннего плеча 22b может быть немного смещено в направлении от первой поверхности 112 и второй поверхности 114 кулачка 14 соответственно, и расстояния смещения между плечами 22а, 22b и поверхностями 112, 114 соответственно могут быть равными. Таким образом, специалисту понятно, что работающая на скручивание пружина 18 принуждает кулачок 14 к вращению или повороту вокруг оси 19 вращения против часовой стрелки (как показано на фиг.1) в направлении мембраны 42.
Как показано на фиг.1, часть второго плеча 16b кулачка 14 может быть соединена с концевым выключателем 142. Например, контактный край 107 второго плеча 16b кулачка, который смещен в наружном направлении от оси 83 корпуса кулачка (как показано на фиг.2), может находиться в контакте с частью концевого выключателя 142. Кулачок 14 может быть соединен с мембраной 42 посредством плунжера 64, взаимодействующего с первым плечом 16а кулачка. Плунжер 64 содержит плечо 65, проходящее в нижнем направлении (т.е. в направлении от мембраны 42 к первому плечу 16а кулачка). Плечо 65 плунжера соединено с кулачком 14 в точке 67 соединения, расположенной в области, проходящей вдоль первого плеча 16а кулачка, причем точка 67 соединения расположена между осью 83 корпуса кулачка и дальним концом 101 кулачка 14. Например, плечо 65 плунжера может входить в контакт с первым плечом 16а кулачка в контактной точке 67, расположенной вдоль бокового края 98 первого кулачка, который является параллельным первой оси 92 кулачка и смещен в направлении от указанной оси. Поскольку плечо 65 плунжера перемещается в верхнем направлении в ответ на условие избыточного давления, которое является достаточно большим для преодоления силы, созданной пружиной 30 избыточного давления, кулачок 14 вращается против часовой стрелки (как показано на фиг.1). При вращении кулачка 14 защелка, соединенная с первым плечом 16а кулачка, освобождается, и быстродействующий затвор 140 перемещается в закрытое положение, в котором подача газа к основному регулятору 11 прекращена. Согласно другим вариантам реализации вращение кулачка 14 может вывести третье плечо 16с кулачка из контакта с частью повторно фиксируемого затвора 70 (такого как первый заплечик 71а) и таким образом вызвать перемещение быстродействующего затвора 140 в закрытое положение. В ответ на условие пониженного давления, при котором упругая сила пружины 32 пониженного давления преодолевает давление газа в системе, плунжер 64 опускается и тем самым вызывает вращение кулачка 14 в направлении по часовой стрелке. После заданного количества вращения кулачка 14 защелка, соединенная с первым плечом 16а кулачка, освобождается, и быстродействующий затвор 140 перемещается в закрытое положение, в котором подача газа к основному регулятору прекращена. Согласно другим вариантам реализации вращение кулачка 14 может вызвать выход третьего плеча 16 с кулачка из зацепления с частью повторно фиксируемого затвора 70 (такого как первый заплечик 71а) и таким образом вызвать перемещение быстродействующего затвора 140 в закрытое положение. Концевой выключатель 142 обнаруживает перемещение мембраны 42 при вращении кулачка 14, поскольку концевой выключатель 142 непосредственно связан со вторым плечом 16b кулачка 14, которое связано с мембраной 42 посредством первого плеча 16а кулачка 14 и плунжера 64. Таким образом, концевой выключатель 142 перемещается в продольном направлении в ответ на небольшие изменения давления, и таким образом реагирует на обнаруженные перемещения мембраны 42, даже в случае повреждения узла 66 возвратного штифта.
Быстродействующее предохранительное запорное устройство 10 также может содержать узел 66 возвратного штифта, предназначенный для повторной фиксации кулачка 14. Как показано на фиг.1, 6А и 6В, узел 66 возвратного штифта может содержать возвратный штифт 68, повторно фиксируемый затвор 70, индикатор 72 перемещения и возвратную втулку 74. Возвратный штифт 68 выполнен с возможностью перемещения скольжением в возвратной втулке 74 в ответ на взаимодействие между повторно фиксируемым затвором 70 и кулачком 14 в третьем плече 16с кулачка. При вращении кулачка 14 в ответ на перемещение мембраны 42 третье плечо 16с кулачка (не показано на фиг.6А и 6В) может входить в контакт с первым заплечиком 71а повторно фиксируемого затвора 70 и может принуждать повторно фиксируемый затвор 70 к перемещению в наружном направлении (влево на фиг.1, 6А и 6В). Это перемещение, в свою очередь, может вызывать перемещение возвратного штифта 68 в наружном направлении, причем возвратный штифт 68 может входить в контакт с индикатором 72 перемещения. Индикатор 72 перемещения может быть выполнен из упругого, деформируемого материала. Когда возвратный штифт 68 входит в контакт с индикатором 72 перемещения, центральная часть индикатора 72 перемещения может быть деформирована в наружном направлении (как показано на фиг.6А), и таким образом может быть образован визуальный и осязательный признак того факта, что кулачок 14 совершил поворот в ответ на давление или под действием давления. Индикатор 72 перемещения выполнен с возможностью защиты от воды или других факторов окружающей среды за счет формирования уплотнения внутри возвратной втулки 74, и таким образом обеспечивает защиту возвратного штифта 68.
После устранения условий повышенного/пониженного давлений узел 66 возвратного штифта может быть использован для повторной фиксации кулачка 14 (т.е. перезапуска быстродействующего предохранительного запорного устройства 10), причем кулачок 14 на фиг.7В показан в отпертом положении. В одном таком процессе перезапуска клапана, который показан на фиг.7А и 7В, пользователь может переместить один конец возвратного штифта 68 (конец, расположенный в индикаторе 72 перемещения) в направлении от кулачка 14 и внутренней части корпуса 13 клапана (т.е. влево на фиг.1 и вправо на фиг.7В). При этом повторно фиксируемый затвор 70 также может быть смещен, и ведущий заплечик 71с повторно фиксируемого затвора 70 может быть введен в контакт с третьим плечом 16с кулачка. Поскольку возвратный штифт 68 продолжает смещаться в направлении от кулачка 14, третье плечо 16с кулачка остается в контакте с частью повторно фиксируемого затвора 70 между первым заплечиком 71а и ведущим заплечиком 71с до тех пор, пока первый заплечик 71а не достигнет третьего плеча 16с кулачка. В результате дополнительного смещения возвратного штифта 68 третье плечо 16с кулачка (т.е. передний край 88 кулачка и/или первый нижний край 90 кулачка, которые по меньшей мере частично образуют третье плечо 16с кулачка) взаимодействует с первым заплечиком 71а повторно фиксируемого затвора 70 и таким образом повторно запирает кулачок 14, как показано на фиг.7А. Специалисту понятно, что работающая на скручивание пружина 18, взаимодействующая с первым плечом 16а кулачка 14, поддерживает кулачок 14 в положении, в котором обеспечивается возможность сохранения контакта третьего плеча 16с кулачка с частью повторно фиксируемого затвора 70 между первым заплечиком 71а и ведущим заплечиком 71с. В этом положении третье плечо 16с кулачка может должным образом взаимодействовать с первым заплечиком 71а повторно фиксируемого затвора 70, когда возвратный штифт 68 смещается во внутреннем направлении на достаточную величину. Таким образом, работающая на скручивание пружина 18, взаимодействующая с частью первого плеча кулачка, смещает кулачок 14 в положение, в котором обеспечивается возможность перезапуска быстродействующего предохранительного запорного устройства 10 в процессе перезапуска клапана, описанного выше.
Согласно другому варианту реализации процесса перезапуска клапана пользователь может сместить один конец возвратного штифта 68 (конец, расположенный в индикаторе 72 перемещения) в направлении к внутренней части корпуса 13 клапана, как показано на фиг.6А и 6В. При этом также может быть повторно смещен фиксируемый затвор 70, и второй заплечик 71b повторно фиксируемого затвора 70 может войти в контакт с третьим плечом 16 с кулачка, таким образом принуждая кулачок 14 к повороту в повторно запертое положение. Специалисту понятно, что работающая на скручивание пружина 18, взаимодействующая с первым плечом 16а кулачка 14, поддерживает кулачок 14 в положении, в котором обеспечивается возможность поворота кулачка 14 в направлении к повторно запертому положению, например, препятствуя повороту указанного первого плеча 16а кулачка в направлении от плунжера 65 за пределы необходимой точки относительно повторно фиксируемого затвора 70. Такая точка может быть положением поперечного плеча 130, когда единственной нагрузкой, действующей на работающую на скручивание пружину 18, является вес кулачка 14.
Выполненное, как описано выше, первое внутреннее плечо 22а работающей на скручивание пружины 18 расположено рядом с первой поверхностью 112 кулачка 14 (или в контакте с указанной поверхностью), и второе внутреннее плечо 22b работающей на скручивание пружины 18 расположено рядом со второй поверхностью 114 кулачка 14 (или в контакте с указанной поверхностью). Также работающая на скручивание пружина 18 препятствует боковому смещению кулачка 14 (т.е. смещению относительно корпуса клапана в направлении вдоль оси Y эталонной системы координат). Работающая на скручивание пружина 18 может предотвращать любое боковое смещение кулачка 14, или работающая на скручивание пружина 18 может предотвращать боковое смещение кулачка 14 за пределы допустимого диапазона (т.е. бокового расстояния между внутренним диаметром первого внутреннего плеча 22а и внутренним диаметром второго внутреннего плеча 22b). Такое предотвращение бокового смещения поддерживает кулачок 14 в центрированном положении или по существу центрированном положении. Например, центрированное положение может быть положением, в котором кулачок 14 является выровненным в продольном направлении вдоль любого из центральной оси плунжера 65, продольной срединной плоскости корпуса 13 клапана и верхнего кожуха 15, а также вдоль оси А. Специалисту понятно, что центрированное выравнивание кулачка 14 может поддерживаться работающей на скручивание пружиной 18 без использования других направляющих элементов. Кроме того, работающая на скручивание пружина 18 не подвержена излому или разрушению от чрезмерного использования, и таким образом повышается надежность и способность к восстановлению быстродействующего предохранительного запорного устройства 10. Специалисту понятно, что узел 12 кулачка может быть собран без труда, в результате чего может быть уменьшено время сборки (или замены) узла.
Несмотря на то что выше были описаны и показаны некоторые конкретные варианты реализации и подробности в целях иллюстрации настоящего изобретения, специалистам понятно, что в способах и устройстве, описанных в настоящей заявке, могут быть сделаны различные изменения без отступления от объема защиты настоящего изобретения.
1. Кулачковый узел для использования в быстродействующем предохранительном запорном клапане, содержащий:
кулачок, имеющий удлиненное первое плечо и выполненный с возможностью шарнирного поворота вокруг оси вращения, расположенной смежно с первым концом первого плеча; и
работающую на скручивание пружину, имеющую два неподвижных наружных плеча и два поворотных внутренних плеча, причем указанные два внутренних плеча соединены с частью первого плеча кулачка, при этом указанные два внутренних плеча выполнены с возможностью воздействия на первое плечо кулачка для смещения указанного кулачка в повторно запираемое положение, в котором обеспечивается возможность повторного запирания кулачка в процессе перезапуска клапана.
2. Кулачковый узел по п. 1, в котором два внутренних плеча симметрично расположены вокруг первого плеча кулачка для предотвращения бокового смещения кулачка.
3. Кулачковый узел по п. 1, в котором кулачок содержит шарнирный палец, расположенный коаксиально с осью вращения кулачка, причем указанный шарнирный палец симметрично расположен относительно плоскости, которая в продольном направлении делит пополам кулачок таким образом, что первая часть шарнирного пальца проходит от первой поверхности кулачка и вторая часть шарнирного пальца проходит от второй поверхности кулачка.
4. Кулачковый узел по п. 3, в котором первая часть шарнирного пальца кулачка размещена в первой навитой части работающей на скручивание пружины, а вторая часть шарнирного пальца кулачка размещена во второй навитой части работающей на скручивание пружины, причем первое внутреннее плечо из двух внутренних плеч работающей на скручивание пружины проходит от внутреннего конца первой навитой части и второе внутреннее плечо из двух внутренних плеч работающей на скручивание пружины проходит от внутреннего конца второй навитой части.
5. Кулачковый узел по п. 4, в котором первое наружное плечо двух наружных плеч работающей на скручивание пружины проходит от наружного конца первой навитой части, а второе наружное плечо двух наружных плеч работающей на скручивание пружины проходит от наружного конца второй навитой части.
6. Кулачковый узел по п. 5, в котором первое осевое плечо проходит от дальнего конца первого наружного плеча и второе осевое плечо проходит от дальнего конца второго наружного плеча, причем каждое из первого осевого плеча и второго осевого плеча взаимодействует с поверхностью, расположенной во внутренней части быстродействующего предохранительного запорного клапана.
7. Кулачковый узел по п. 1, в котором поперечное плечо проходит от дальнего конца первого внутреннего плеча двух внутренних плеч к дальнему концу второго внутреннего плеча двух внутренних плеч, причем указанное поперечное плечо взаимодействует с частью первого плеча кулачка, которое является смежным с дальним концом первого плеча кулачка.
8. Кулачковый узел по п. 1, в котором кулачок содержит удлиненный корпус, имеющий верхнюю часть и нижнюю часть, противоположную верхней части, причем ось корпуса кулачка проходит в продольном направлении через корпус кулачка.
9. Кулачковый узел по п. 8, в котором третье плечо кулачка расположено рядом с нижней частью корпуса кулачка, причем третье плечо кулачка выполнено с возможностью контакта с частью узла возвратного штифта во время повторного запирания кулачка в процессе перезапуска клапана.
10. Кулачковый узел по п. 9, в котором третье плечо кулачка по меньшей мере частично образовано передним краем кулачка и первым нижним краем кулачка, причем передний край кулачка проходит параллельно оси корпуса кулачка и первый нижний край кулачка формирует острый угол с передним краем кулачка, при этом третье плечо кулачка выполнено с возможностью взаимодействия с заплечиком повторно фиксируемого затвора узла возвратного штифта.
11. Кулачковый узел по п. 8, в котором первое плечо кулачка проходит от нижней части корпуса кулачка.
12. Кулачковый узел по п. 11, в котором первое плечо кулачка проходит вдоль первой оси кулачка, которая делит пополам первое плечо кулачка, причем первая ось кулачка пересекает ось корпуса кулачка с формированием острого угла.
13. Быстродействующий предохранительный запорный клапан для газовой распределительной системы, содержащий:
корпус клапана;
мембрану, расположенную по меньшей мере частично в пределах внутренней части корпуса клапана, причем по меньшей мере часть указанной мембраны выполнена с возможностью смещения в направлении внутренней части корпуса клапана, при этом указанная мембрана имеет первую сторону, открытую действию давления газа в системе;
плунжер, соединенный с первой стороной мембраны;
кулачок, установленный с возможностью вращения в пределах внутренней части корпуса клапана, причем указанный кулачок имеет первое плечо и третье плечо, причем первое плечо соединено с плунжером, а указанный кулачок выполнен с возможностью шарнирного поворота вокруг оси вращения, расположенной смежно с первым концом первого плеча;
работающую на скручивание пружину, функционально соединенную с первым плечом кулачка и по меньшей мере одной поверхностью, расположенной во внутренней части корпуса клапана; и
узел возвратного штифта, содержащий удлиненный возвратный штифт и повторно фиксируемый затвор, прочно соединенный с возвратным штифтом, причем работающая на скручивание пружина выполнена с возможностью воздействия на первое плечо кулачка для смещения кулачка в необходимое положение, которое обеспечивает возможность взаимодействия третьего плеча кулачка с заплечиком повторно фиксируемого затвора, когда возвратный штифт смещается в направлении к кулачку в процессе перезапуска клапана, и таким образом обеспечивается повторное запирание указанного кулачка.
14. Клапан по п. 13, в котором работающая на скручивание пружина имеет два неподвижных наружных плеча и два поворотных внутренних плеча, причем два внутренних плеча функционально соединены с частью первого плеча кулачка.
15. Клапан по п. 14, в котором два внутренних плеча симметрично расположены вокруг первого плеча кулачка для предотвращения бокового смещения кулачка.
16. Клапан по п. 14, в котором кулачок содержит шарнирный палец, расположенный коаксиально с осью вращения кулачка, причем указанный шарнирный палец симметрично расположен относительно плоскости, которая в продольном направлении делит пополам кулачок таким образом, что первая часть шарнирного пальца проходит от первой поверхности кулачка и вторая часть шарнирного пальца проходит от второй поверхности кулачка.
17. Клапан по п. 16, в котором первая часть шарнирного пальца кулачка размещена в первой навитой части работающей на скручивание пружины и вторая часть шарнирного пальца кулачка размещена во второй навитой части работающей на скручивание пружины, причем первое внутреннее плечо двух внутренних плеч работающей на скручивание пружины проходит от внутреннего конца первой навитой части, а второе внутреннее плечо двух внутренних плеч работающей на скручивание пружины проходит от внутреннего конца второй навитой части.
18. Клапан по п. 17, в котором первое наружное плечо двух наружных плеч работающей на скручивание пружины проходит от наружного конца первой навитой части, а второе наружное плечо двух наружных плеч работающей на скручивание пружины проходит от наружного конца второй навитой части.
19. Клапан по п. 18, в котором первое осевое плечо проходит от дальнего конца первого наружного плеча, а второе осевое плечо проходит от дальнего конца второго наружного плеча, причем каждое из первого осевого плеча и второго осевого плеча взаимодействует с поверхностью, расположенной в пределах внутренней части быстродействующего предохранительного запорного клапана.
20. Клапан по п. 13, в котором работающая на скручивание пружина содержит два внутренних плеча, симметрично расположенных вокруг кулачка, причем поперечное плечо проходит от дальнего конца первого внутреннего плеча указанных двух внутренних плеч к дальнему концу второго внутреннего плеча указанных двух внутренних плеч, при этом поперечное плечо взаимодействует с частью первого плеча кулачка, которое является смежным с дальним концом первого плеча кулачка.
