Устройство и способ обнаружения протечки в канале трубопровода текучей среды
Изобретение относится к области измерительной и испытательной техники и предназначено для обнаружения протечки из находящихся под давлением каналов подачи топлива, например, на заправочных станциях. Изобретение направлено на обеспечение возможности обнаружения небольших протечек в канале трубопровода с одновременным уменьшением ограничения потока через датчик протечки, что обеспечивается за счет того, что устройство для обнаружения протечки в канале трубопровода включает в себя кожух, сообщенный с каналом, клапан, включающий в себя гнездо клапана, и вентильный элемент, способный перемещаться относительно гнезда между открытым и закрытым положениями, обводной канал вокруг клапана, датчик расхода, соединенный с обводным каналом для определения расхода текучей среды через него, и первый механизм, способный приводить вентильный элемент в закрытое положение. Устройство может также включать в себя второй механизм, отдельный от первого механизма, для поддержания вентильного элемента в закрытом положении до достижения порогового падения давления. Первый механизм может работать по принципу плавучести, и второй механизм может работать по принципу магнетизма. 5 н. и 27 з.п. ф-лы, 4 ил.
Область техники
Настоящее изобретение относится к устройству для обнаружения протечки и имеет конкретное применение для обнаружения утечки из находящихся под давлением каналов подачи топлива в раздаточных операциях, например, на заправочных станциях.
Предпосылки создания изобретения
Утечки в окружающую среду нефтепродуктов, включая бензин, могут наносить ущерб окружающей почве и воде. При обнаружении протечки очистка и восстановление могут быть дорогостоящими и длительными. Таким образом, желательно обнаруживать протечки как можно раньше.
При раздаточных операциях, например, на заправочной станции, топливо обычно хранится в подземных цистернах, откуда оно закачивается через различные каналы трубопровода к надземному раздаточному средству для выдачи в автомобили или подобное. Протечки топлива из цистерны или из соединительных каналов трубопровода к раздаточным устройствам могут причинить значительный ущерб окружающей среде. Агентство США по охране окружающей среды и органы контроля в различных зарубежных странах установили определенные стандарты обнаружения и предотвращения протечек топлива в окружающую среду. Например, поскольку эта заявка была подана, Агентство по охране окружающей среды требует способы обнаружения, достаточные для обнаружения объемных скоростей утечек в 0,1 галлонов в час. Соответственно, целью производителей этого оборудования является обнаружение протечек и соответствие стандартам Агентства по охране окружающей среды в этом отношении.
Множество устройств, работающих по различным физическим принципам, были предложены для соответствия этим стандартам и, таким образом, предупреждения протечек и обеспечения средства для устранения протечек как можно быстрее для снижения воздействия на окружающую среду. В качестве примера, в операциях выдачи топлива, один такой тип устройства обнаружения протечки включает в себя клапан, расположенный в канале трубопровода, имеющий подпружиненный вентильный элемент, выполненный с возможностью перемещения по направлению к и от соответствующего гнезда клапана. Когда падение давления на вентильном элементе достигает порогового значения, вентильный элемент перемещается от гнезда клапана против усилия пружины, чтобы позволить жидкости протекать через клапан и к раздаточному средству, откуда топливо выдается в автомобили или подобное. Когда раздаточное средство закрыто или выключено, падение давления на вентильном элементе выравнивается и усилие пружины перемещает вентильный элемент обратно к гнезду клапана в закрытое положение для предотвращения прохождения какого-либо топлива через клапан.
Функция обнаружения протечки этих устройств обычно обеспечивается обводным каналом вокруг клапана, при этом один его конец сообщен с первой стороной клапана (например, передней по ходу стороной) и другой конец обводного канала сообщен со второй стороной клапана (например, задней по ходу стороной). Датчик расхода обычно расположен в обводном канале для обнаружения любого потока через него. Обводной канал обычно имеет сравнительно маленькую площадь сечения относительно основного пути течения через клапан для обнаружения сравнительно небольших протечек в канале трубопровода.
При использовании, когда раздаточное средство перекрывается (например, после операции наполнения), давление текучей среды с каждой стороны клапана выравнивается, и клапан закрывается. В идеале в канале трубопровода отсутствует протечка и, таким образом, поток через обводной канал отсутствует. Однако если в канале трубопровода есть протечка ниже по ходу клапана, давление в переднем по ходу канале трубопровода начнет непрерывно падать. Это падение давления, в свою очередь, вызовет течение текучей среды от задней по походу стороны клапана (например, стороны высокого давления) к передней по ходу стороне клапана (например, стороне низкого давления) через обводной канал. Датчик расхода обнаружит этот поток через обводной канал и вызовет состояние сигнализации, которое может отключить раздаточную систему для предотвращения любой дальнейшей утечки топлива из канала трубопровода в окружающую среду.
Устройства для обнаружения протечки, работающие по основным принципам, изложенным выше, в целом известны в данной области техники, например, патент США №3940020 МакКрори и других, патент США №3969923 Ховелла, патент США №5014543 Франклина и других, патенты США №№5072621 и 5315862 Хассельманна, и патент США №5,918,268 Лукаса и других, которые в общем, раскрывают клапан, обводной канал и датчик расхода для обнаружения потока через обводную линию. Эти решения отличаются в основном датчиком расхода, используемым для обнаружения потока через обводной канал. Например, МакКорни и другие и Ховелл используют герконовый переключатель в сочетании с намагниченным поршнем для распознавания потока через обводной канал. Франклин и другие используют ротаметр для измерения текучей среды, протекающей через обводной канал. Лукас и другие применяют тепловой расходомер, который работает в целом по хорошо известным принципам, для определения потока через обводной канал.
Несмотря на то, что датчики протечки, описанные выше, в целом работают по их назначению, имеются некоторые недостатки, которые делают использование таких устройств проблематичным в операциях выдачи топлива. Например, такие датчики протечки обычно представляют собой "узкое место" во всей системе выдачи, которое ограничивает подачу топлива к раздаточной колонке. В результате, подача топлива к автомобилям или подобным может оказаться относительно медленной, приводя к увеличенному времени выдачи и возросшему недовольству клиента. Кроме того, последствия таких ограничений потока могут ухудшиться, когда на одном топливном канале трубопровода имеется множество пользователей.
Считается, что ограничение потока через эти устройства обусловлено многофункциональной природой механизма возврата, используемого в клапане. Во многих из этих предшествующих устройствах обнаружения протечки, например, используется пружина, чтобы поджимать вентильный элемент в закрытое положение. Кроме того, пружина также удерживает вентильный элемент в закрытом положении до достижения падения давления на вентильном элементе порогового уровня и, таким образом, перемещения вентильного элемента от гнезда клапана. Более того, пружина может обеспечивать надлежащую посадку вентильного элемента в гнезде клапана, когда вентильный элемент перемещается в закрытое положение. В результате такой многофункциональности механизма жесткость пружины обычно относительно высока. Относительно высокая жесткость пружины приводит не только к большему падению давления, необходимому для перемещения вентильного элемента (например, давление открытия) от гнезда клапана, но также требует еще большее падение давления для поддержания вентильного элемента в открытом положении, поскольку пружина растягивается (например, пружина с линейной характеристикой). Таким образом, пружина работает против потока текучей среды через клапан и для заданного рабочего давления (обусловленного погружным насосом в цистерне) действует для ограничения потока через него.
Следовательно, существует потребность в улучшенном устройстве обнаружения протечки, которое способно не только обнаруживать небольшие протечки в канале трубопровода текучей среды для соответствия или превышения стандартов Агентства по охране окружающей среды, но также выполняет это, в то же время устраняя или уменьшая любое ограничение потока через датчик протечки.
Сущность изобретения
Для устранения указанных и других недостатков устройство для обнаружения протечки в канале трубопровода текучей среды содержит кожух, сообщенный с каналом трубопровода текучей среды, и клапан, включающий в себя гнездо клапана, соединенное с кожухом, и вентильный элемент, способный перемещаться относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение текучей среды через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение текучей среды через клапан, обводной канал, имеющий первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный по текучей среде со второй стороной клапана, датчик расхода текучей среды, функционально соединенный с обводным каналом и способный обнаруживать поток текучей среды через него, первый механизм, выполненный с возможностью обеспечения результирующей положительной выталкивающей силы на вентильный элемент при погружении вентильного элемента и первого механизма в текучую среду, протекающую через канал трубопровода, при этом данная положительная выталкивающая сила способна приводить вентильный элемент в закрытое положение.
В одном варианте выполнения, первый механизм может включать в себя поплавок, который может, например, быть соединен с вентильным элементом. Результирующая положительная выталкивающая сила может быть между приблизительно 0,0625 фунта силы (0,28 Ньютона (Н)) и приблизительно 0,5 фунта силы (2,2 Н). Однако возможны другие значения и диапазоны, в зависимости от конкретного применения.
Устройство может включать в себя второй механизм, который отделен от первого механизма и выполнен с возможностью поддержания вентильного элемента в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе. В одном варианте выполнения, второй механизм может включать в себя магнит. Более конкретно, второй механизм может включать в себя первый магнитный элемент, соединенный с вентильным элементом, и второй магнитный элемент, соединенный с кожухом, при этом первый и второй магнитные элементы располагаются вблизи друг друга, когда вентильный элемент находится в закрытом положении. Первый и второй магнитные элементы могут включать в себя, например, постоянные магниты, электромагниты и парамагнитные материалы, притягивающиеся к таким магнитам. В одном примере варианта выполнения первый магнитный элемент включает в себя участок вентильного элемента, выполненного из парамагнитного материала, второй магнитный элемент включает в себя постоянный магнит, и пороговое давление для перемещения вентильного элемента от закрытого положения может быть между приблизительно 0,5 фунта на квадратный дюйм и приблизительно 4 фунтов на квадратный дюйм.
В другом варианте выполнения, устройство для обнаружения протечки в канале трубопровода текучей среды включает в себя кожух, имеющий впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю полость, и клапан, расположенный, по меньшей мере, частично во внутренней полости между впускным отверстием и выпускным отверстием и включающий в себя гнездо клапана, соединенное с кожухом, и вентильный элемент, выполненный с возможностью перемещения относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение текучей среды через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение текучей среды через клапан, обводной канал, имеющий первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный со второй стороной клапана, датчик расхода текучей среды, функционально соединенный с обводным каналом и выполненный с возможностью обнаружения потока текучей среды через него, первый механизм, выполненный с возможностью приведения вентильного элемента в закрытое положение до достижения порогового падения давления на вентильном элементе.
В одном варианте выполнения первый механизм может включать в себя поплавок для обеспечения результирующей положительной выталкивающей силы на вентильный элемент, когда вентильный элемент и поплавок погружены в текучую среду, протекающую через канал трубопровода текучей среды. Кроме того, первый механизм может быть выполнен с возможностью обеспечения по существу постоянной силы для приведения вентильного элемента в закрытое положение. В одном варианте выполнения, второй механизм может включать в себя магнит. Кроме того, магнит может обеспечивать переменную силу на вентильный элемент. Более конкретно, второй механизм может быть выполнен для обеспечения силы на вентильный элемент, когда имеет величину в закрытом положении, которая уменьшается по мере перемещения вентильного элемента в открытое положение. В одном варианте выполнения, величина силы, обеспеченная вторым механизмом, по существу равна нулю, когда вентильный элемент находится в открытом положении. Первый механизм может быть основным механизмом, обеспечивающим силу, когда вентильный элемент находится в открытом положении, и второй механизм являлся основным механизмом, обеспечивающим силу, когда вентильный элемент находится в закрытом положении.
В другом варианте выполнения раздаточная система включает в себя цистерну для хранения жидкости, раздаточное средство для выдачи жидкости, канал трубопровода текучей среды, сообщающий цистерну и раздаточное средство, устройство обнаружения протечки канала, сообщенное с каналом трубопровода текучей среды и выполненное с возможностью обнаружения протечки в нем. Устройство включает в себя кожух, имеющий впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю полость, и клапан, расположенный, по меньшей мере, частично во внутренней полости между впускным отверстием и выпускным отверстием и содержащий гнездо клапана, соединенное с кожухом, и вентильный элемент, выполненный с возможностью перемещения относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение жидкости через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение жидкости через клапан, обводной канал, имеющий первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный со второй стороной клапана, датчик расхода текучей среды, функционально соединенный с обводным каналом и выполненный с возможностью обнаружения потока жидкости через него, первый механизм, выполненный с возможностью приведения вентильного элемента в закрытое положение, и второй механизм, отдельный от первого механизма и выполненный с возможностью поддержания вентильного элемента в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе.
Способ обнаружения протечки в канале трубопровода текучей среды содержит обеспечение датчика протечки, имеющего кожух с впускным отверстием, выпускным отверстием и внутренней полостью, и клапаном, расположенным, по крайней мере, частично во внутренней полости между впускным отверстием и выпускным отверстием и содержащим гнездо клапана, соединенное с кожухом, и вентильный элемент, выполненный с возможностью перемещения относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение текучей среды через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение текучей среды через клапан, обводной канал, имеющий первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный со второй стороной клапана, датчик расхода текучей среды, функционально соединенный с обводным каналом и выполненный с возможностью обнаружения потока текучей среды через него, приложение первого усилия к вентильному элементу для приведения вентильного элемента в закрытое положение, используя первый механизм, и приложение второго усилия к вентильному элементу для поддержания вентильного элемента в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе, используя второй механизм, отделенный от первого механизма, и направление потока текучей среды через обводной канал при возникновении протечки в канале трубопровода текучей среды и обнаружение потока через него, используя датчик расхода, таким образом, регистрируя протечку в канале трубопровода текучей среды. Величина первой силы, в общем, ниже и меньше величины второй силы. Более того, первая сила может по существу являться постоянным усилием, в то время как вторая сила может изменяться, например, уменьшаясь по величине по мере того, как вентильный элемент перемещается из закрытого положения.
Краткое описание чертежей
Сопровождающие чертежи, которые включены в и составляют часть этого описания, демонстрируют варианты выполнения изобретения и, вместе с общим описанием, изложенным выше, и подробным описанием, изложенным ниже, служат для пояснения различных аспектов изобретения.
Фигура 1 представляет собой схематичное изображение варианта топливной раздаточной системы, включающей в себя устройство обнаружения протечки канала в соответствии с вариантом выполнения изобретения.
Фигура 2 представляет собой вид в сечении устройства обнаружения протечки канала, изображенного на Фигуре 1, в закрытом положении.
Фигура 3 представляет собой вид в сечении устройства обнаружения протечки канала, изображенного на Фигуре 2, но в открытом положении.
Фигура 4 представляет собой вид в сечении устройства обнаружения протечки канала, изображенного на Фигуре 2, демонстрирующий работу устройства при возникновении протечки.
Подробное описание
Вариант топливной раздаточной системы 10 согласно вариантам выполнения изобретения изображен на Фиг.1 и, в общем, включает в себя подземную цистерну 12 для хранения топлива, погружной насос 14, расположенный в цистерне 12, и канал 16 трубопровода текучей среды, который перемещает топливо под давлением к одному или нескольким раздаточным средствам 18. Обычно канал 16 трубопровода текучей среды соединен с погружным насосом 14 посредством обвязки 20 насоса, которая обычно расположена снаружи цистерны 12, например, в крытом ходке (не показан). Обвязка 20 насоса включает в себя обратный клапан 22 для предотвращения течения топлива обратно в цистерну 12. Поскольку обратный клапан 22 предотвращает течение какого-либо топлива обратно в цистерну 12, когда раздаточное средство 18 выключено или закрыто, таким образом, предотвращая течение топлива из канала 16 трубопровода, канал 16 определяет закрытую систему, содержащую некоторое количество или объем топлива, который зависит от нескольких факторов, включая в себя длину и размер канала 16 трубопровода (например, площадь сечения) и другие факторы. Как упомянуто выше, чтобы соответствовать нормам Агентства по охране окружающей среды, целостность канала 16 трубопровода текучей среды регулярно проверяется и отслеживается количество любой утечки топлива из него. При этом топливная раздаточная система 10 включает в себя устройство 24 для обнаружения утечки топлива, если она имеется, из канала 16 трубопровода.
Как изображено на Фиг.2-4, устройство 24 включает в себя в целом цилиндрический корпус или кожух 26, имеющий ближний конечный участок 28, дальний конечный участок 30 и внутреннюю полость или канал 32. Кожух 26 может иметь цельную конструкцию или альтернативно может быть выполнен в виде многочастной структуры, которая помимо других вещей облегчает сборку и обслуживание устройства 24. Дальний конечный участок 30 выполнен с возможностью соединения с отверстием 34 в обвязке 20 насоса и может, например, включать в себя набор наружных резьб, которые взаимодействуют с соответствующим набором внутренних резьб в отверстии 34, чтобы соединить резьбой устройство 24 с обвязкой 20 насоса. Наружные резьбы на кожухе 26 обычно расположены вблизи дальнего конца устройства 24, так что его участок проходит в обвязку насоса и в частности в ее проточный канал, как описано ниже. Однако изобретение не ограничивается резьбовым соединением, описанным здесь, поскольку средние специалисты в данной области техники увидят другие способы соединения устройства 24 с обвязкой 20 насоса. Также специалистам в данной области техники понятно, что устройство 24 не ограничивается соединением с обвязкой 20 насоса, а может быть расположено в любой точке по каналу 16 трубопровода текучей среды, в целом, между обратным клапаном 22 и раздаточным средством 18.
Дальний конечный участок 30 устройства 24 включает в себя, по меньшей мере, одно, и предпочтительно множество отверстий 36 (например, продольных пазов), образованных в боковой стенке 38 кожуха 26, чтобы обеспечивать сообщение между цистерной 12 и внутренним каналом 32 устройства 24. Более того, дальняя торцевая стенка 40 устройства 24 включает в себя отверстие 42 для обеспечения сообщения между раздаточным средством 18 и внутренним каналом 32 устройства 24 посредством канала 16 трубопровода текучей среды.
Как изображено на Фиг.2-4, обвязка 20 насоса включает в себя основной канал 44 потока, имеющий первый задний по ходу конец 46, сообщенный с цистерной 12, и второй передний по ходу конец 48, сообщенный с раздаточным средством 18 посредством канала 16 трубопровода текучей среды. Используемые здесь, задний по ходу относится к расположению ближе к цистерне 12 (и соответственно погружному насосу 14) по пути течения, и передний по ходу относится к расположению дальше от цистерны 12 по пути течения. Когда устройство 24 соединено с обвязкой 20 насоса, отверстия 36 боковой стенки 38 и отверстие 42 торцевой стенки 40 сообщаются по текучей среде с основным каналом 44 потока. Кроме того, канал 44 потока включает в себя отверстие 50, в которое герметично принимается сопрягаемый участок 52 устройства 24. Для примера, сопрягаемый участок 52 может быть расположен смежно с дальним концом устройства 24. Однако изобретение не так ограничено, поскольку сопрягаемый участок 52 может быть расположен в других местах устройства 24, например, может быть разнесен с его дальним концом. Сопрягаемый участок 52 устройства 24 выполнен размером, меньшим, чем отверстие 50, и включает в себя уплотнение, например, уплотнительное кольцо 54 или другое подходящее уплотнение, для создания герметичного сопряжения между кожухом 26 и стенкой, которая образует отверстие 50 обвязки 20 насоса.
Таким образом, течение текучей среды между цистерной 12 и раздаточным средством 18 проходит через внутренний канал 32 устройства 24. Более конкретно, вследствие конструкции, описанной выше, погружной насос 14 нагнетает текучую среду под давлением из цистерны 12 в задний по ходу конец 46 обвязки 20 насоса и в основной канал 44 потока. Текучая среда под давлением затем протекает через отверстия 36 в боковой стенке 38 кожуха 26 и во внутренний канал 32. Затем текучая среда направляется через отверстие 42 к торцевой стенке 40 кожуха 26 и обратно в канал 44 потока обвязки 20 насоса. Затем текучая среда выходит из обвязки 20 насоса через передний по ходу конец 48 и протекает по каналу 16 трубопровода текучей среды к раздаточному средству 18.
Поток текучей среды между цистерной 12 и раздаточным средством 18 направлен через внутренний канал 32 устройства 24 (например, весь поток между цистерной 12 и раздаточным средством 18 был изолирован, так чтобы протекать через датчик протечки), устройство 24 может включать в себя дополнительные компоненты, выполненные с возможностью облегчения обнаружения протечки в канале 16 трубопровода. При этом устройство 24, в общем, включает в себя клапан 56, обводной канал 58 и датчик 60 расхода текучей среды. Клапан 56 управляет потоком текучей среды через устройство 24 и включает в себя открытое положение, в котором позволяется течение текучей среды через клапан 56, и закрытое положение, в котором предотвращается течение текучей среды через клапан 56, через его основной путь течения. Обводной канал 58 обеспечивает альтернативный путь течения текучей среды, который обводит или обходит клапан 56, так что текучая среда (хотя и относительно малое количество) способно протекать между цистерной 12 и раздаточным средством 18, даже когда клапан 56 находится в закрытом положении, например, во время протечки. Датчик 60 расхода выполнен с возможностью обнаружения потока текучей среды через обводной канал 58.
В одном варианте выполнения, клапан 56 может быть расположен смежно с сопрягаемым участком 52, хотя и не так ограниченно, и включает в себя вентильный элемент 62, выполненный с возможностью перемещения относительно гнезда 64 клапана, чтобы определять открытое и закрытое положения клапана 56. В открытом положении, вентильный элемент 62 располагается на расстоянии от гнезда 64 клапана, для того чтобы позволить текучей среде протекать через клапан 56 и, таким образом, через устройство 24. В закрытом положении, вентильный элемент 62 зацеплен с гнездом 64 клапана, чтобы предотвратить любое течение через клапан 56 и через устройство 24 (по меньшей мере, при нормальных, без протечек, условиях). Как изображено на Фиг.2-4, гнездо 64 клапана может быть расположено в отверстии 42 в торцевой стенке 40 устройства 24 и соединено с его кожухом 26. В одном варианте выполнения, гнездо 64 клапана может быть выполнено цельно с кожухом 26 и, в общем, из того же материала, включая в себя, например, алюминий, сталь, пластмассы, их соединения и другие подходящие материалы. Однако в альтернативном варианте выполнения гнездо 64 клапана может быть выполнено в виде отдельного элемента или вставки и соединено с кожухом 26, например, сваркой, склеиванием, крепежными элементами или другими подходящими соединителями, также увиденными средними специалистами в данной области техники. Кроме того, кожух 26 и гнездо 64 клапана могут быть выполнены из различного материала. Таким образом, например, в одном варианте выполнения, кожух 26 может быть выполнен из материалов, названных выше, и гнездо 64 клапана может быть выполнено из одного или более из этих материалов (но отличных от материала кожуха), латуни и других подходящим материалов. В любом случае, гнездо 64 клапана, в целом, обеспечивает гладкую или обработанную иным образом поверхность, которая облегчает сопряжение с вентильным элементом 62 для образования герметичного сопряжения.
Вентильный элемент 62 выполнен с возможностью перемещения относительно гнезда 64 клапана и включает в себя поршень 66 и шток 68, соединенный с поршнем 66 и продолжающийся из него. Вентильный элемент 62 расположен так, что шток 68 расположен во внутреннем канале 32 кожуха 26. В одном варианте выполнения, поршень 66 включает в себя, в целом, жесткую опору 70, чтобы обеспечить структурный вид поршню 66, и уплотнение 72, которое зацепляет гнездо 64 клапана для обеспечения герметичного сопряжения. Жесткая опора 70 может быть выполнена из алюминия, стали, пластика, например, полиоксиметилена (продается под Derlin®), или других подходящим материалов, также увиденных средними специалистами в данной области техники. Более того, уплотнение 72 может являться кромочным уплотнением, уплотнительным кольцом, манжетным уплотнением или другим подходящим уплотнением для образования герметичного сопряжения с гнездом 64 клапана. Уплотнение 72 может по существу охватывать жесткую опору 70 или быть соединено с ней по выборочным участкам, например, по периферии опоры 70. В одном варианте выполнения, шток 68 может быть выполнен цельно с жесткой опорой 70 и, в общем, быть выполненным из того же материала. Альтернативно, шток может являться отдельным элементом, соединенным с жесткой опорой 70, например, сваркой, склеиванием, крепежными элементами и так далее, и выполнен из материала, отличного от материала жесткой опоры 70, например, алюминия, стали, пластика или других подходящих материалов.
Как изображено на Фиг.2, в закрытом положении, поршень 66 расположен смежно с гнездом 64 клапана, так что уплотнение 72 зацепляет его поверхность, чтобы образовать герметичное сопряжение. Таким образом, поток текучей среды между цистерной 12 и раздаточным средством 18 через клапан 56 предотвращается. В открытом положении, однако, как изображено на Фиг.3, поршень 66 был перемещен от гнезда 64 клапана. Более конкретно, в одном варианте выполнения, поршень 66 перемещается за дальний конец кожуха 26, чтобы продолжаться в канал 44 потока обвязки 20 насоса. Таким образом, и как показано стрелками 74, текучей среде позволено протекать от цистерны 12 к раздаточному средству 18 через основной путь течения клапана 56. Помимо выполнения других функций, рассмотренных более подробно ниже, шток 68 помогает направлять и/или облегчает надлежащее центрирование поршня 66 относительно гнезда 64 клапана по мере того, как поршень 66 перемещается между открытым и закрытым положениями. При этом кожух 26 может включать в себя радиально выступающий фланец 73, близко расположенный вокруг штока 68. Уплотнение может быть расположено между штоком 68 и фланцем 73, чтобы поддерживать шток 68, но не препятствовать его перемещению относительно фланца 73. Для целей, описанных ниже, фланец 73 может включать в себя одно или более отверстие 75, чтобы обеспечить сообщение между участками 32a и 32b канала.
Как отмечалось выше, помимо основного пути течения через клапан 56 устройства 24, как показано стрелками 74, устройство 24 включает в себя альтернативный путь течения через обводной канал 58, который выполнен с возможностью обхождения клапана 56. Обводной канал 58 включает в себя первый впускной конец 76, расположенный выше по ходу клапана 56, второй выпускной конец 78, расположенный ниже по ходу клапана 56, и перепускной канал 80 текучей среды, проходящий между ними, чтобы впускной и выпускной концы 76, 78 сообщались по текучей среде. Как изображено на Фиг.2-4, впускной конец 76 сообщается с внутренним каналом 32 корпуса 26, например, на его ближнем конце (например, на участке 32b канала). Специалистам в данной области техники понятно, что возможны другие расположения при условии, что впускной конец 76 располагается выше по ходу клапана 56. Выпускной конец 78 расположен в дальней торцевой стенке 40 и смежно с отверстием 42. Поршень 66 не закрывает или мешает иным образом выпускному концу 78. Таким образом, текучая среда способна протекать через обводной канал 58, даже если вентильный элемент 62 находится в закрытом положении, что будет рассмотрено более подробно ниже.
Для обнаружения относительно небольших протечек в системе 10 выдачи площадь сечения обводного канала 58 в целом меньше, чем наименьшая площадь сечения по основному пути течения через устройство 24. Например, наименьшая площадь сечения по основному пути течения может быть определена отверстием в гнезде 64 клапана. Таким образом, небольшие скорости потока через обводной канал 58 (вызванные небольшой протечкой ниже по потоку устройства 24, например, в канале 16 трубопровода) могут быть распознаны и, если требуется, измерены, используя современные измерительный приборы точно и надежно. Для примера, предполагается, что отверстие, ограниченное гнездом 64 клапана, может иметь площадь сечения между приблизительно семью (7) квадратными сантиметрами (см2) и приблизительно десятью (10) см2. Это является примером диапазона, и средние специалисты в данной области техники могут легко определить площадь сечения, в зависимости от конкретного применения и/или других факторов. Для этого диапазона площади сечения, и также принимая во внимание конкретную конструкцию устройства 24, что рассмотрено более подробно ниже, считается, что устройство 24 может обслуживать скорости потока между приблизительно 35 и приблизительно 80 галлонами в минуту в обычном режиме работы.
Более того, предполагается, что обводной канал 58 (например, перепускной канал 80) может иметь площадь сечения между приблизительно 0,5 (мм2) и 4 мм2. Это также является примером диапазона, и средние специалисты в данной области техники могут легко определить площадь сечения, в зависимости от конкретного применения и/или других факторов. Для этого диапазона площади сечения, и также принимая во внимание существующие датчики расхода, что рассмотрено более подробно ниже, считается, что скорости потока до 0,5 галл/ч и ниже могут быть обнаружены при протекании через обводной канал 58. Способность обнаруживать такие относительно низкие скорости потока через обводной канал 58 позволяет устройству 24 обнаруживать протечки в системе 10 выдачи, которая соответствует (и превосходит) настоящим стандартам Агентства по охране окружающей среды.
В дополнение к вышесказанному, чтобы предотвратить перекрытие или блокирование обводного канала 58 любыми наносами или другой грязью, переносимой текучей средой, обводной канал 58 может включать в себя, по меньшей мере, один (изображены два) фильтра 82, выполненных с возможностью удаления такой грязи и предотвращения или снижения вероятности засорения обводного канала 58. Такие фильтры 82 могут включать в себя фильтры из спеченной латуни, например, и коммерчески доступны у широкого многообразия поставщиков. Как отмечалось выше, кожух 26 может иметь многочастную конструкцию, что позволяет удобно устанавливать в него фильтры 82, а также позволяет заменять фильтры 82 относительно быстро и просто.
Датчик 60 расхода функционально соединен с обводным каналом 58, чтобы обнаруживать поток текучей среды через него. Используемый здесь датчик 60 расхода может включать в себя любое такое устройство, способное распознавать расход текучей среды через обводной канал 58 (например, датчик потока текучей среды) или определять количественный расхода текучей среды через обводной канал 58 (например, расходомер текучей среды). Датчик 60 расхода может определить количественный расход текучей среды, используя любую подходящую меру, включая в себя объем, скорость, массовый расход, объемный расход и так далее. Средние специалисты в данной области техники увидят широкий спектр датчиков расхода, которые могут использоваться в устройстве 24 и которые реализуют широкий спектр технологий. Для примера, и без ограничений, в одном примере варианта выполнения может использоваться тепловой датчик расхода. При этом тепловой датчик расхода, поставляемый Sensirion, Inc. of Westlake Village, California, может использоваться в устройстве 24. Альтернативно, тепловой датчик, описанный выше, является примером и другие тепловые датчики потока/расходомеры, например проволочный термоанемометр, могут также использоваться. Кроме того, датчики расхода, основанные на других технологиях, могут также использоваться для обнаружения расхода текучей среды через обводной канал 58. Они включают в себя без ограничений ультразвуковые расходомеры, расходомеры Кориолиса, расходомеры объемного типа, турбинные расходомеры и другие подходящие устройства для обнаружения или определения количественного расхода через трубопровод.
Множество известных устройств обнаружения протечки используют пружину для выполнения множественных функций, включая в себя, например, удерживание вентильного элемента в закрытом положении до достижения порогового падение давления на вентильном элементе, обеспечение надлежащей посадки вентильного элемента в гнезде клапана по мере перемещения вентильного элемента в закрытое положение, обеспечение силы, приводящей вентильный элемент в закрытое положение. Однако по причинам, рассмотренным выше, использование одного механизма (например, пружины) для этих множественных функций приводит к устройству, которое ограничивает поток текучей среды через датчик протечки. Для устранения таких недостатков в известных устройствах, устройство 24 выполняет функции, изложенные выше, но способом, полностью отличающимся от традиционной пружины.
В соответствии с аспектами варианта выполнения изобретения устройство 24 использует два отдельных механизма для выполнения одной или более функций, изложенных выше. Один механизм, например, в конечном счете, создает силу, которая приводит вентильный элемент 62 в закрытое положение. Другой механизм создает силу для удерживания вентильного элемента в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе. Этот механизм может также обеспечивать надлежащую посадку вентильного элемента в гнезде клапана. Эти два механизма, их действие и способ преодоления ими ограничения потока традиционных устройств обнаружения протечки, использующих пружину, рассмотрено ниже.
Первый механизм 84 для обеспечения силы, которая перемещает вентильный элемент 62 в гнездо 64 клапана, работает по принципу плавучести. Это резко отличается от пружины, которая основана на упругой деформации структурного элемента (например, растяжение пружины), чтобы обеспечить восстанавливающее усилие. При этом первый механизм 84 включает в себя поплавок 86, функционально соединенный с вентильным элементом 62. Для примера, в одном варианте выполнения и как изображено на Фиг.2-4, поплавок 86 может быть соединен со штоком 68 вентильного элемента 62, например, по скользящей посадке, склеиванием, крепежными элементами и так далее. В альтернативных вариантах выполнения, поплавок 86 может быть соединен с вентильным элементом 62 в других местах, например, на поршне 66 (не показан). Поплавок 86 может иметь пустотелую конструкцию, которая в совокупности имеет плотность меньшую, чем плотность окружающей текучей среды (например, топлива), как известно средним специалистам в данной области техники. Альтернативно, поплавок 86 может быть сплошным телом или полым телом, выполненным из подходящих материалов, которые держаться на поверхности текучей среды. В одном варианте выполнения, например, поплавок 86 может быть выполнен из подходящей пены (например, Nitrophyl®). Размер и/или конструкция поплавка 86 такова, что узел вентильного элемента (то есть, обобщенно вентильный элемент 62 и поплавок 86) подвергается воздействию положительной выталкивающей силы, когда узел погружается в топливо во время работы (например, выталкивающая сила больше веса узла, чтобы оказать воздействие результирующей силой в направлении вверх, как показано на Фиг.2-4). Средние специалисты в данной области техники увидят, как изменить структуру поплавка 86, для того чтобы оказать воздействие на узел вентильного элемента этой результирующей положительной выталкивающей силы.
В целом, результирующая положительная выталкивающая сила способна перемещать вентильный элемент в закрытое положение, когда по существу поток через систему 10 отсутствует (то есть, протечка отсутствует) в канале 16 трубопровода, и раздаточное средство 18 закрыто. Более того, результирующая положительная выталкивающая сила может также перемещать вентильный элемент в закрытое положение, даже когда имеется небольшая протечка в системе 10. Например, результирующая положительная выталкивающая сила может перемещать вентильный элемент в закрытое положение из-за протечки в канале 16 трубопровода, имеющей скорость утечки вплоть до значения, по существу равного наибольшей скорости потока, способной протекать через обводной канал 58 при давлении насоса. Это позволит вентильному элементу 62 закрыться, даже когда имеется небольшая протечка, так что текучая среда затем течет через обводной канал 58 и обнаруживается датчиком 60. В одном варианте выполнения, результирующая положительная выталкивающая сила на узле вентильного элемента находится между приблизительно 0,0625 фунта-силы (0,28 Н) и приблизительно 0,5 фунта-силы (2,22 Н). Однако эти значения являются примером и различные значения/диапазоны могут использоваться в зависимости от конкретного применения.
Несмотря на то, что первого механизма 84 достаточно для обеспечения результирующей положительной выталкивающей силы, которая поджимает вентильный элемент 62 в закрытое положение, эта результирующая сила слаба и может быть не достаточной для поддерживания вентильного элемента 62 в закрытом положении до тех пор, пока подходящее порогового падение давления не будет приложено к вентильному элементу 62. Другими словами, для некоторых применений, клапан 56 может слишком легко открываться. Кроме того, эта относительно слабая результирующая сила может не облегчать надлежащую посадку вентильного элемента 62 в гнезде 64 клапана. В применениях, где эти аспекты не имеют особо важного значения, устройство 24 может включать в себя только этот первый механизм 84. Однако если эти аспекты имеют некоторое значение или просто требуются в некоторых применениях, устройство 24 может включать в себя второй механизм, в целом обозначенный 88, который решает эти функции способом, который сохраняет положительные аспекты первого механизма 84.
В одном аспекте, второй механизм 88 может быть выполнен с возможностью работы локально в противоположность глобальному. При этом второй механизм 88 может быть выполнен с возможностью работы, когда вентильный элемент 62 находится возле гнезда 64 клапана (то есть, возле закрытого положения), а иначе имеет пренебрежимо малое воздействие на динамические характеристики вентильного элемента 62. Это ограниченное действие второго механизма 88 резко отличается от пружины, которая работает во время всего перемещения вентильного элемента 62 между открытым и закрытым положениями. Это ограниченное действие позволяет функции поддерживания вентильного элемента 62 в закрытом положении до тех пор, пока не приложено подходящее порогового падение давления на нем, и облегчения достижение надлежащей посадки вентильного элемента 62 в гнезде 64 клапана без негативного воздействия на положительные аспекты первого механизма 84.
В одном варианте выполнения, второй механизм 88 может быть выполнен с возможностью работы по принципу магнетизма. Магнетизм обеспечивает ограниченное действие, когда два магнитных элемента располагаются вблизи друг друга, но имеет уменьшенное действие, когда два магнитных элемента отводятся друг от друга. Соответственно, второй механизм 88 может включать в себя первый магнитный элемент 90, связанный с вентильным элементом 62, и второй магнитный элемент 92, связанный с кожухом 26, которые выполнены с возможностью притягивания друг к другу. Первый и второй магнитные элементы 90, 92 могут быть выбраны из постоянных магнитов, электромагнитов и/или парамагнитных материалов, которые притягиваются к таким магнитам. В одной конструкции, например, второй магнитный элемент 92 может являться постоянным магнитом, и первый магнитный элемент 90 может являться участком вентильного элемента 62, выполненным в виде пластинчатого элемента, выполненного из парамагнитного материала.
Первый магнитный элемент 90 может быть расположен смежно с ближним концом штока 68, противоположным поршню 66, и второй магнитный элемент 92 может быть соединен с кожухом 26, так что, когда вентильный элемент 62 находится в закрытом положении, первый магнитный элемент 90 расположен смежно со вторым магнитным элементом 92. Например, когда в закрытом положении (Фиг.2) первый магнитный элемент 90 может соприкасаться или почти соприкасаться со вторым магнитным элементом 92. В открытом положении (Фиг.3), однако, первый магнитный элемент 90 может быть отведен от второго магнитного элемента 92. Частный выбор первого и второго магнитных элементов 90, 92 в виде парамагнитного материала и постоянного магнита является примером, и средние специалисты в данной области техники увидят другие конструкции и комбинации, которые входят в объем изобретения.
Работа устройства 24 канала будет описана ниже со ссылкой на Фиг.2-4.
Для облегчения рассмотрения работы устройства 24 изначально предполагается, что система 10 работает в условии отсутствия протечек и раздаточное средство 18 закрыто, так что топливо не выдается из нее. В этом состоянии давление выше и ниже по ходу устройства 24 по существу равны друг другу и по существу равны давлению на выходе погружного насоса 14. Следовательно, клапан 56 находится в закрытом положении, и поток текучей среды через обводной канал 58 отсутствует. Эта конструкция показана на Фиг.2. Во время проверки канала 16 трубопровода текучей среды погружной насос 14 обычно включен или используется, так что давление выше по ходу устройства 24 остается по существу постоянным (и равным давлению насоса).
Как показано на Фиг.3, когда раздаточное средство 18 открыто, например, при заправке автомобиля или подобного, топливо из канала 16 трубопровода течет к раздаточному средству 18, так что давление ниже устройства 24 начинает падать. В результате, падение давления на поршне 66 возрастает (например, высокое давление на заднем по ходу конце и низкое давление на переднем по ходу конце). Это падение давления на поршне 66 продолжает увеличиваться до тех пор, пока не достигнуто или превышено пороговое падение давления на поршне 66. На данном этапе усилие, прикладываемое к поршню 66, в результате давления текучей среды, является достаточным, чтобы преодолеть результирующую положительную выталкивающую силу первого механизма 84 (относительно небольшая сила) и магнитно-индуцированную силу второго механизма 88, которая является основной силой, которая удерживает вентильный элемент 62 закрытым до тех пор, пока не будет достигнуто порогового падение давления. Следовательно, вентильный элемент 62 перемещается в открытое положение и текучая среда способна протекать через клапан 56 по его основному пути течения.
Например, но без ограничения, величина порогового падения давления для преодоления этих сил и перемещения вентильного элемента 62 в закрытое положение, может быть между приблизительно 0,5 фунт/кв. дюйм и приблизительно 4 фунт/кв. дюйм. Это является примером диапазона и возможны другие значения, в зависимости от конкретного применения и/или других факторов. В открытом положении, результирующая положительная выталкивающая сила первого механизма 84, которая остается относительно небольшой, поджимает вентильный элемент 62 в закрытое положение, и магнитно-индуцированная сила второго механизма 88 по существу пренебрежимо мала, поскольку первый и второй магнитные элементы 90, 92 достаточно отделены. Соответственно, относительно легко удерживать клапан 56 широко открытым под действием давления текучей среды и избегать ограничения потока из-за возвратного усилия клапана 56.
Когда раздаточное средство 18 выключено, давление текучей среды в канале 16 трубопровода выравнивается, так что результирующая положительная выталкивающая сила первого механизма 84 перемещает вентильный элемент 62 в закрытое положение. Когда вентильный элемент 62 подходит к закрытому положению, усилие второго механизма 88 возрастает, чтобы защелкнуть вентильный элемент 62 в гнезде 64 клапана и закрыть клапан 56. Наряду с тем, что Фиг.2 и 3, а также то, что подробно описано выше, изображает и описывает работу устройства 24 в нормальном, без протечек, состоянии, работа устройства 24 теперь будет описана, когда присутствует протечка в канале 16 трубопровода.
Для целей рассмотрения, изначально предположим, что клапан 56 находится в закрытом положении. Как показано на Фиг.4, в случае небольшой протечки в канале 16 трубопровода текучей среды после устройства 24, переднее по ходу давление начнет непрерывно падать. Соответственно, будет иметь место падение давления на поршне 66 вентильного элемента 62. Однако падение давления, по меньшей мере, для небольших протечек, выполнено с возможностью быть ниже порогового значения и, таким образом, давление текучей среды не способно преодолеть усилия, приложенные первым и вторым механизмами 84, 88 (например, главным образом вторым механизмом 88), чтобы переместить вентильный элемент 62 в открытое положение. Тем не менее, падение давления на поршне 66 (например, на концах 76, 78 обводного канала 58) может быть достаточным, чтобы вызвать течение текучей среды через обводной канал 58. Как отмечалось выше, скорость утечки из канала 16 трубопровода выше приблизительно 0,01 галл/ч обычно приведет к потоку текучей среды через обводной канал 58. По мере того, как текучая среда течет через обводной канал 58, расход распознается (датчик потока) или определяется количественно некоторым способом (расходомер) датчиком 60 расхода.
Датчик 60 расхода может быть функционально соединен с контроллером 94 и данные с датчика 60 могут быть переданы контроллеру 94 для анализа данных и определения присутствия протечки в канале 16 трубопровода. Различные алгоритмы, используемые для анализа потока данных для определения присутствия протечки, в целом известны в данной области техники и не являются частью настоящего изобретения. Если определено, что протечка присутствует после устройства 24, погружной насос 14 может быть остановлен и система 10 временно отключена, пока протечка устраняется соответствующим персоналом.
В случае появления протечки, в то время как устройство 24 находится в открытом положении (например, во время операции выдачи), тогда поведение устройства 24 зависит от того, насколько велика протечка. Если протечка относительно мала, тогда, если раздаточное средство 18 закрыто (окончание операции выдачи), падение давления на поршне 66 является достаточным для преодоления возвратного усилия главным образом от первого механизма 84 (например, поплавка 86), и вентильный элемент 62 переместится в закрытое положение. Когда первый магнитный элемент 90 приближается ко второму магнитному элементу 92, вентильный элемент защелкнется в закрытое положение и остановит поток текучей среды через клапан 56. Вследствие протечки, однако, текучая среда будет течь через обводной канал 58 и будет обнаружена (например, распознана/измерена) датчиком 60 расхода способом, описанным выше. Погружной насос 14 может быть остановлен и система 10 временно отключена, пока протечка устраняется соответствующим персоналом.
С другой стороны, если устройство 24 находится в открытом положении и присутствует относительно большая протечка (например, катастрофическая протечка), когда раздаточное средство 18 закрыто, относительно большое падение давления сохранится на поршне 66. Такого падения давления может быть достаточно для предотвращения перемещения вентильного элемента 62 обратно в закрытое положение под действием результирующей положительной выталкивающей силы первого механизма 84. При открытом основном пути через клапан 56 текучая среда может не течь через обводной канал 58 (поскольку текучая среда обычно устремляется по пути наименьшего сопротивления) и, таким образом, такая протечка может быть не обнаружена устройством 24. Для устранения такой ситуации устройство 24 может включать в себя сенсор 96 для распознавания, когда второй магнитный элемент 92 находится в положении, соответствующем нахождению вентильного элемента 62 в закрытом положении. Например, как изображено на Фиг.2-4, сенсор 96 может быть расположен смежно с первым магнитным элементом 90, так что, когда вентильный элемент 62 находится в закрытом положении, второй магнитный элемент 92 находится вблизи сенсора 96 (и вблизи первого магнитного элемента 90). Затем сенсор 96 может по существу подтвердить, что вентильный элемент 62 находится в закрытом положении. Сенсор 96 может являться датчиком Холла, герконовым переключателем, большим магниторезистивным устройством, оптическим переключателем, тензометрическим датчиком или другим подходящим сенсором для обнаружения положения вентильного элемента 62.
При использовании сенсор 96 и раздаточное средство 18 могут быть функционально соединены с контроллером 94. Таким образом, контроллер может определить открыто (производится выдача топлива) или закрыто (выдача топлива не производится) раздаточное средство 18. Также контроллер 94 способен определить находится ли вентильный элемент 62 в закрытом положении, используя сенсор 96. Таким образом, если протечка достаточна большая, что вентильный элемент 62 не перемещается обратно в закрытое положение, тогда контроллер 94 обнаружит, что раздаточное средство 18 закрыто, и что вентильный элемент 62 находится в открытом положении. Таким образом, погружной насос 14 может быть остановлен и система 10 временно отключена, пока протечка устраняется соответствующим персоналом.
Аналогично, если большая протечка появляется, в то время как устройство 24 находится в закрытом положении, вентильный элемент 62 может немедленно открыться, так что текучая среда не будет течь через обводной канал 58, а будет течь через основной путь течения. Аналогично вышесказанному, такая протечка может быть не обнаружена датчиком 60 расхода. Однако снова контроллер 94 обнаружит, что раздаточное средство закрыто, и вентильный элемент 62 находится в открытом положении, так что существует вероятность достаточно большой протечки. В результате, погружной насос 14 может быть остановлен и система 10 выдачи временно отключена, пока протечка устраняется соответствующим персоналом.
Не ограничиваясь этим, устройство 24, как описано выше, обеспечивает множество преимуществ по сравнению с современными датчиками протечки. Основное преимущество заключается в том, что благодаря особенной конструкции устройства 24, ограничение потока, обычно связанное с конструкциями современных устройств обнаружения протечки, устранено, или, по меньшей мере, значительно снижено. Как отмечалось выше, ограничение потока известными устройствами обнаружения протечки является главным образом следствием использования одного механизма для выполнения нескольких функций, включая в себя, например, обеспечение силы для приведения вентильного элемента в закрытое положение и поддерживание вентильного элемента в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе. Одним механизмом известных устройств обычно является пружина, имеющая высокую жесткость.
Ограничение потока известными устройствами решается здесь путем обеспечения двух отдельных механизмов, выполняющих каждый одну или более из вышеназванных функций. Как описано выше, первый механизм приводит вентильный элемент в закрытое положение, в то время как второй механизм поддерживает вентильный механизм в закрытом положении до достижения порогового падения давления. Второй механизм также может облегчать надлежащую посадку вентильного элемента в гнезде клапана. Более того, разделение функций позволяет механизмам быть специально приспособленным для этих функций оптимальным способом. Таким образом, например, когда клапан находится в закрытом положении, второй механизм может быть действенным механизмом, в то время как любые действия первого механизма относительно малы. Напротив, когда клапан находится в открытом положении, первый механизм может быть действенным механизмом, в то время как любые действия второго механизма относительно малы.
Вследствие этого разделения функций первый механизм может быть сконструирован способом, который обеспечивает ограничение потока, не затрагивая другие функции, связанные с давлением открытия клапана. Таким образом, например, первый механизм может включать в себя поплавок, который обеспечивает вентильному элементу относительно малую результирующую положительную выталкивающую силу, которая приводит вентильный элемент в закрытое положение. Относительно малая результирующая положительная выталкивающая сила, приложенная первым механизмом, позволяет вентильному элементу перемещаться под действием давления текучей среды. Эта способность открываться беспрепятственно, в свою очередь, значительно снижает любое ограничение потока через клапан, и более высокие скорости потока по сравнению с системами на базе пружины могут быть достигнуты при таком же падении давления на вентильном элементе.
Вышеописанное разделение функций также позволяет оптимизировать конструкцию второго механизма. Таким образом, например, второй механизм может работать по принципу магнетизма, так что, когда вентильный элемент находится вблизи гнезда клапана, силы притяжения надлежащим образом помещают вентильный элемент в гнездо клапана и поддерживают вентильный элемент в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе. Однако силы притяжения имеют главным образом локальный эффект (то есть, работают вблизи закрытого положения) и уменьшаются по мере того, как вентильный элемент перемещается от гнезда клапана в открытое положение. Таким образом, второй механизм не влияет на положительные эффекты, полученные первым механизмом, как описано выше.
Несмотря на то, что настоящее изобретение было показано посредством описания различных предпочтительных вариантов выполнения и, несмотря на то, что эти варианты выполнения были описаны довольно подробно, сузить или каким-либо образом ограничить объем прилагаемой формулы изобретения такими подробностями не является намерением Заявителя. Например, несмотря на то, что первый механизм 84 был описан здесь в виде поплавка 86, другие механизмы могут быть использованы в соответствии с альтернативными вариантами выполнения изобретения. При этом относительно слабая (например, относительно малой жесткости) пружина может использоваться в качестве первого механизма 84 (не показана). При этом слабая пружина не предназначена для выполнения множественных функций как пружина в известных устройствах. Напротив, слабая пружина предназначена для поджимания вентильного элемента в закрытое положение, не являясь также механизмом, который поддерживает вентильный элемент в закрытом положении до тех пор, пока не будет достигнуто пороговое падение давления.
Относительная малая жесткость пружины может быть выбрана, так что, когда вентильный элемент находится в закрытом положении (или вблизи закрытого положения, так что второй механизм является действенным для закрытия вентильного элемента), усилие пружины должно приблизительно равняться весу вентильного элемента. Например, слабая пружина может иметь жесткость между приблизительно 0,0625 фунта-силы (0,28 Н) и приблизительно 0,5 фунта-силы (2,22 Н). Поскольку слабая пружина способна легко перемещаться под действием давления текучей среды, подобно поплавку 86, ограничение потока через клапан либо устраняется, либо значительно снижается по сравнению с традиционными устройствами на базе пружины. Хотя усилие, прикладываемое слабой пружиной, больше не постоянно, предполагается, что усилие, прикладываемое пружиной, останется относительно малым в течение всей деформации слабой пружины во время использования.
Более того, несмотря на то, что вентильный элемент 62 был описан здесь в виде поршня 66 и штока 68, возможны другие вентильные элементы, которые входят в объем настоящего изобретения. Для примера, в альтернативном варианте выполнения, вентильный элемент может включать в себя заслонку, которая соединена шарнирно с гнездом клапана (не показана). Аналогично тому, как описано выше, шток может быть соединен с гнездом клапана (например, гибким соединением), который работает аналогично штоку 68, описанному выше.
В виду вышеизложенного, дополнительные преимущества и модификации будут легко видны специалистам в данной области техники. Различные признаки изобретения могут использоваться отдельно или в многочисленных комбинациях, в зависимости от потребностей и предпочтений пользователя.
1. Устройство для обнаружения протечки в канале трубопровода текучей среды, содержащее кожух, сообщенный с каналом трубопровода текучей среды, клапан, включающий в себя гнездо клапана, соединенное с кожухом, и вентильный элемент, способный перемещаться относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение текучей среды через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение текучей среды через клапан, обводной канал, имеющий первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный со второй стороной клапана, датчик расхода текучей среды, функционально соединенный с обводным каналом и способный обнаруживать поток текучей среды через него, и первый механизм для создания результирующей положительной выталкивающей силы на вентильный элемент при погружении вентильного элемента и первого механизма в текучую среду, протекающую через канал трубопровода, при этом результирующая положительная выталкивающая сила способна приводить вентильный элемент в закрытое положение.
2. Устройство по п.1, в котором первый механизм включает в себя поплавок.
3. Устройство по п.1, в котором величина результирующей положительной выталкивающей силы находится в диапазоне между приблизительно 0,0625 фунта-силы и приблизительно 0,5 фунта-силы.
4. Устройство по п.1, дополнительно содержащее второй механизм, отдельный от первого механизма и способный поддерживать вентильный элемент в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе.
5. Устройство по п.4, в котором второй механизм включает в себя магнит.
6. Устройство по п.5, в котором второй механизм включает в себя первый магнитный элемент, соединенный с вентильным элементом, и второй магнитный элемент, соединенный с кожухом, причем первый и второй магнитный элементы расположены вблизи друг друга при закрытом положении вентильного элемента.
7. Устройство по п.6, в котором первый и второй магнитные элементы могут быть выбраны из группы, состоящей из постоянного магнита, электромагнита и парамагнитного материала.
8. Устройство по п.6, в котором первый магнитный элемент включает в себя участок вентильного элемента, выполненного из парамагнитного материала, и второй магнитный элемент включает в себя постоянный магнит.
9. Устройство по п.4, в котором величина порогового падения давления для обеспечения перемещения вентильного элемента из закрытого положения находится между приблизительно половиной 0,5 фунт/кв. дюйм и приблизительно 4 фунт/кв. дюйм.
10. Устройство по п.1, дополнительно содержащее сенсор, соединенный с кожухом или с вентильным элементом и способный определять закрытое положение вентильного элемента.
11. Устройство по п.1, в котором датчик расхода текучей среды является тепловым датчиком расхода.
12. Устройство для обнаружения протечки в канале трубопровода текучей среды, содержащее кожух, имеющий впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю полость, клапан, расположенный, по меньшей мере, частично во внутренней полости между впускным отверстием и выпускным отверстием и содержащий гнездо клапана, соединенное с кожухом, и вентильный элемент, способный перемещаться относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение текучей среды через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение текучей среды через клапан, обводной канал, имеющий первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный со второй стороной клапана, датчик расхода текучей среды функционально соединенный с обводным каналом и способный обнаруживать поток текучей среды через него, первый механизм для приведения вентильного элемента в закрытое положение, и второй механизм, отдельный от первого механизма и способный поддерживать вентильный элемент в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе.
13. Устройство по п.12, в котором первый механизм включает в себя поплавок для создания результирующей положительной выталкивающей силы на вентильный элемент при погружении вентильного элемента и поплавка в текучую среду, протекающую через канал трубопровода текучей среды.
14. Устройство по п.12, в котором первый механизм обеспечивает, по существу, постоянную силу для приведения вентильного элемента в закрытое положение.
15. Устройство по п.14, в котором величина силы, обеспеченной первым механизмом, находится в диапазоне между приблизительно 0,0625 фунта-силы и приблизительно 0,5 фунта-силы.
16. Устройство по п.12, в котором второй механизм включает в себя магнит.
17. Устройство по п.12, в котором второй механизм обеспечивает переменную силу на вентильный элемент.
18. Устройство по п.17, в котором второй механизм обеспечивает силу на вентильный элемент, когда имеет величину в закрытом положении, которая уменьшается по мере перемещения вентильного элемента в открытое положение.
19. Устройство по п.17, в котором сила, обеспеченная вторым механизмом, по существу, равна нулю при открытом положении вентильного элемента.
20. Устройство по п.12, в котором первый механизм является основным механизмом, обеспечивающим силу при открытом положении вентильного элемента, и второй механизм является основным механизмом, обеспечивающим силу при закрытом положении вентильного элемента.
21. Устройство для обнаружения протечки в канале трубопровода текучей среды, содержащее кожух, имеющий впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю полость, клапан, расположенный, по меньшей мере, частично во внутренней полости между впускным отверстием и выпускным отверстием и содержащий гнездо клапана, функционально соединенное с кожухом, и вентильный элемент, способный перемещаться относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение текучей среды через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение текучей среды через клапан, обводной канал, имеющий первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный со второй стороной клапана, датчик расхода текучей среды, функционально соединенный с обводным каналом и способный обнаруживать поток текучей среды через него, первый механизм, включающий в себя поплавок, соединенный с кожухом и выполненный с возможностью приведения вентильного элемента в закрытое положение, при этом первый механизм выполнен с возможностью обеспечения, по существу, постоянной силы на вентильный элемент, имеющего первую величину, и второй механизм, включающий в себя магнит, способный поддерживать вентильный элемент в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе и способный прилагать силу к вентильному элементу, по меньшей мере, при нахождении вентильного элемента вблизи закрытого положения, причем его указанная сила имеет вторую величину, превышающую первую величину силы первого механизма.
22. Раздаточная система, содержащая цистерну для хранения жидкости, раздаточное средство для выдачи жидкости,
канал трубопровода текучей среды, сообщающий цистерну и раздаточное средство, и устройство обнаружения протечки канала, сообщенное с каналом трубопровода текучей среды, способное обнаруживать протечки в нем и содержащее кожух, имеющий впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю полость,
клапан, расположенный, по меньшей мере, частично во внутренней полости между впускным отверстием и выпускным отверстием и содержащий гнездо клапана, функционально соединенное с кожухом, и вентильный элемент, способный перемещаться относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение жидкости через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение жидкости через клапан, обводной канал, имеющий первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный со второй стороной клапана, датчик расхода текучей среды, функционально соединенный с обводным каналом и способный обнаруживать поток жидкости через него, первый механизм, соединенный с вентильным элементом и способный приводить вентильный элемент в закрытое положение, и второй механизм, отдельный от первого механизма и способный поддерживать вентильный элемент в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе.
23. Система выдачи по п.22, в которой первый механизм включает в себя поплавок, способный обеспечить результирующую положительную выталкивающую силу на вентильный элемент при погружении вентильного элемента и поплавка в жидкость, протекающую через канал трубопровода текучей среды.
24. Система выдачи по п.22, в которой второй механизм включает в себя магнит.
25. Система выдачи по п.24, в которой второй механизм включает в себя первый магнитный элемент, соединенный с вентильным элементом, и второй магнитный элемент, соединенный с кожухом, причем первый и второй магнитный элементы расположены вблизи друг друга при закрытом положении вентильного элемента.
26. Способ обнаружения протечки в канале трубопровода текучей среды, содержащий следующие стадии:
обеспечение кожуха, имеющего впускное отверстие, выпускное отверстие и внутреннюю полость, клапана, расположенного, по меньшей мере, частично во внутренней полости между впускным отверстием и выпускным отверстием и имеющего гнездо клапана, соединенное с кожухом, и вентильный элемент, способный перемещаться относительно гнезда клапана между открытым положением, в котором обеспечивается течение текучей среды через клапан, и закрытым положением, в котором предотвращается течение текучей среды через клапан, обводного канала, имеющего первый конец, сообщенный с первой стороной клапана, и второй конец, сообщенный со второй стороной клапана, и датчика расхода текучей среды, функционально соединенного с обводным каналом и способного обнаруживать поток текучей среды через него,
приложение первой силы к вентильному элементу для приведения его в закрытое положение посредством первого механизма,
приложение второй силы к вентильному элементу для его поддержания в закрытом положении до достижения порогового падения давления на вентильном элементе посредством второго механизма, отделенного от первого механизма,
направление потока текучей среды через обводной канал при возникновении протечки в канале трубопровода текучей среды, и
обнаружение потока через обводной канал, используя датчик расхода для обнаружения протечки в канале трубопровода.
27. Способ по п.26, в котором приложение первой силы к вентильному элементу содержит приложение, по существу, постоянной силы к вентильному элементу.
28. Способ по п.26, в котором первый механизм включает в себя поплавок, причем приложение первой силы содержит приложение результирующей положительной выталкивающей силы на вентильный элемент при погружении вентильного элемента и поплавка в текучую среду, протекающую через канал трубопровода текучей среды.
29. Способ по п.26, в котором приложение второй силы к вентильному элементу содержит приложение переменной силы к вентильному элементу.
30. Способ по п.29, в котором приложение переменной силы содержит уменьшение величины второй силы по мере перемещения вентильного элемента от закрытого положения.
31. Способ по п.26, в котором приложение второй силы включает в себя использование магнетизма.
32. Способ по п.26, в котором первая сила имеет величину, меньшую величины второй силы.
