Корпус клапана, имеющий встроенные возможности для уменьшения подъема
Группа изобретений относится к регуляторам текучей среды. Регулятор текучей среды включает корпус, имеющий основной перепускной канал, задающий пропускное отверстие, предназначенное для соединения посредством текучей среды впускного отверстия и выпускного отверстия. При этом основной перепускной канал задает пределы впускного объема, расположенного между впускным отверстием и пропускным отверстием, а также пределы выпускного объема, расположенного между пропускным отверстием и выпускным отверстием. Часть пределов выпускного объема включает внутреннюю стенку, примыкающую к пропускному отверстию. Стержень клапана расположен во второй части перепускного канала таким образом, что внутренняя стенка в значительной степени окружает внешнюю поверхность стержня клапана, чтобы ограничить поток текучей среды между внутренней стенкой и внешней поверхностью стержня клапана и в направлении горловины. Корпус клапана, имеющий вспомогательный канал для протекания текучей среды, расположенный в пределах выпускного объема, предназначен для увеличения потока текучей среды по направлению к горловине корпуса клапана, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие. Группа изобретений направлена на повышение точности выполнения корпусов и надежности. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 7 ил.
Эта заявка претендует на приоритет Предварительной Заявки на Патент Соединенных Штатов, порядковый номер: 61/408958, поданной 1 ноября 2010 года, имеющей название: «КОРПУСА КЛАПАНОВ, ИМЕЮЩИЕ ВСТРОЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ПОДЪЕМА», которая включена сюда по ссылке во всей полноте.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится в общем случае к регуляторам текучей среды и, более конкретно, к корпусам клапанов, имеющим встроенные возможности для уменьшения подъема.
Уровень техники
Регуляторы текучей среды широко используются для уменьшения давления текучей среды и регулирования давления таким образом, чтобы его значение оставалось в значительной степени постоянным. Конкретно, регулятор текучей среды имеет впускное отверстие, через которое подаваемая текучая среда поступает под относительно высоким давлением, и обеспечивает относительно более низкое установленное управляющее давление на выходе. Давление на входе уменьшается до более низкого значения давления на выходе путем ограничения потока через пропускное отверстие таким образом, чтобы в значительной степени удовлетворять требованию флуктуирующего расхода вниз по потоку. Например, в регулятор давления газа, относящийся к единице оборудования (например, котлу), от источника газораспределения может поступать газ, имеющий относительно высокое и в некоторой степени переменное давление, и регулятор давления газа может осуществлять регулирование таким образом, чтобы газ имел более низкое, в значительной степени постоянное или управляющее давление, подходящее для безопасного, эффективного использования в оборудовании.
Регуляторы текучей среды часто классифицируют на основе способности регулятора текучей среды поддерживать давление на выходе на уровне установленного управляющего давления, когда регулятор текучей среды подвергается воздействию перепадов давлений в некотором диапазоне. Регулятор текучей среды, который дает отклонение от установленного управляющего давления на недопустимую величину, когда регулятор текучей среды подвергается воздействию перепада давлений в определенном диапазоне, считается несоответствующим классу классификации или точности регулятора. Отклонение от установленного управляющего давления часто вызывается характеристиками регулятора текучей среды по отношению к спаду и/или подъему потока. Характеристики по отношению к подъему потока могут в значительной степени понизить классификацию точности и/или производительности регулятора текучей среды.
Раскрытие изобретения
В одном примере регулятор текучей среды включает корпус, имеющий основной перепускной канал, задающий пропускное отверстие, предназначенное для соединения впускного отверстия и выпускного отверстия посредством текучей среды, при этом основной перепускной канал задает пределы входного объема, расположенного между впускным отверстием и пропускным отверстием, и пределы выходного объема, расположенного между пропускным отверстием и выпускным отверстием. Часть пределов выходного объема включает внутреннюю стенку, примыкающую к пропускному отверстию. Стержень клапана расположен во второй части перепускного канала таким образом, что внутренняя стенка в значительной степени окружает внешнюю поверхность стержня клапана для ограничения в значительной степени потока текучей среды между внутренней стенкой и внешней поверхностью стержня клапана и по направлению к горловине. Корпус клапана имеет вспомогательный канал для текучей среды, расположенный в пределах выходного объема, предназначенный для увеличения потока текучей среды по направлению к пропускному отверстию.
В другом примере корпус клапана текучей среды включает первый перепускной канал, встроенный в корпус клапана, предназначенный для задания пропускного отверстия, посредством которого впускное отверстие перепускного канала связано посредством текучей среды с выпускным отверстием перепускного канала, и вспомогательный перепускной канал, встроенный в корпус клапана, предназначенный для увеличения скорости потока текучей среды между отверстием первого перепускного канала и областью горловины корпуса клапана.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 проиллюстрирован известный автоматический регулятор текучей среды, имеющий традиционный корпус клапана.
На фиг. 2 показан частичный вид в поперечном сечении в увеличенном масштабе корпуса клапана, показанного на фиг. 1.
На фиг. 3 показан вид сверху корпуса клапана, показанного на фиг. 1 и 2.
На фиг. 4 проиллюстрирован регулятор текучей среды, имеющий примерный корпус клапана, описанный здесь.
На фиг. 5A показан вид в поперечном сечении примерного корпуса клапана, показанного на фиг. 4.
На фиг. 5B показан вид сверху примерного корпуса клапана, показанного на фиг. 4 и 5A.
На фиг. 6 показан другой примерный корпус клапана, описанный здесь.
Осуществление изобретения
Примерные регуляторы текучей среды, описанные здесь, осуществляют модуляцию потока текучей среды для поддержания значений давления вниз по потоку в пределах допустимых значений давления, основываясь на установленном значении управляющего давления. Кроме того, регуляторы текучей среды включают примерные корпуса клапанов, имеющие встроенные возможности уменьшения подъема, предназначенные для повышения в значительной степени классификации регуляторов текучей среды по номинальной производительности и/или точности. В частности, примерный корпус клапана, описанный здесь, осуществляет регулирование подъема и/или предотвращает избыточный подъем регулятора текучей среды, когда регулятор текучей среды подвергается воздействию относительно высоких скоростей потоков текучей среды. Другими словами, примерные корпуса клапана, описанные здесь, обеспечивают возможность регулятору текучей среды получить классификацию по точности в более широком диапазоне рабочих перепадов давлений, чем имеет, например, регулятор, текучей среды, воплощенный с использованием традиционного корпуса клапана.
В частности, примерный корпус клапана задает первичный или основной перепускной канал для потока текучей среды, имеющий пропускное отверстие, с помощью которого соединяются посредством текучей среды впускное отверстие и выпускное отверстие корпуса клапана, и вспомогательный перепускной канал, предназначенный для того, чтобы соединять посредством текучей среды пропускное отверстие с областью горловины корпуса клапана. Более конкретно, основной перепускной канал включает внутреннюю стенку, примыкающую к пропускному отверстию, которая в сочетании со стержнем клапана, расположенным в перепускном канале, в значительной степени ограничивает поток текучей среды по направлению к горловине корпуса клапана. Конкретно, внутренняя стенка и стержень клапана отклоняют или направляют текучую среду, протекающую через отверстие перепускного канала, к выпускному отверстию корпуса клапана и по направлению от области горловины. Направление текучей среды от области горловины может привести к уменьшению характеристик спада потока. Однако направление текучей среды от области горловины может также привести к увеличению подъема или вызвать избыточный подъем, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие при относительно высоком перепаде давлений.
Вспомогательный перепускной канал задает проток для текучей среды, предназначенный для соединения пропускного отверстия и области горловины посредством текучей среды. Таким образом, текучая среда, которая в противном случае направляется или отклоняется от области горловины с помощью стержня клапана и внутренней стенки, может протекать или перемещаться в пределах области горловины через второй перепускной канал. Другими словами, вспомогательный перепускной канал способствует образованию спада для предотвращения появления характеристик избыточного подъема потока, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие первичного перепускного канала с относительно высокой скоростью.
Вторым перепускным каналом может быть, например, зазор, канал, трубопроводный канал, проходное отверстие или другой проток, который встроен в часть внутренней стенки. В некоторых примерах вспомогательный проток может включать множество зазоров или проходных отверстий, которые задают одну или более частей стенки, расположенных радиально на расстоянии друг от друга вокруг оси пропускного отверстия. Вспомогательный перепускной канал регулирует характеристики подъема потока (например, путем создания спада), тем самым обеспечивая большую точность работы регулятора текучей среды и способствуя улучшению способности регулятора текучей среды точно соответствовать расходу вниз по потоку в большем диапазоне рабочих параметров (например, значений давления на входе или перепадов давлений).
Перед обсуждением подробностей, касающихся примерных регуляторов и корпусов клапанов, имеющих встроенные возможности уменьшения подъема, на фиг. 1 приведено описание известного автономного регулятора текучей среды 100. Как показано на фиг. 1, регулятор 100 включает привод 102, который соединен с клапаном регулятора 104. Привод 102 включает мембрану 106, которая заключена в кожухе привода 108 таким образом, что она задает камеру нагрузки 110 и измерительную камеру 112. Камера нагрузки 110 включает устройство нагрузки 114, например, такое как регулирующая пружина 116, которая обеспечивает установку или управление нагрузкой или давления, действующих на первую сторону 118 мембраны 106. Как правило, управляющая нагрузка или давление, задаваемые с помощью устройства нагрузки 114, соответствуют желаемому значению давления на выходе, которое должен обеспечить регулятор текучей среды 100.
Клапан регулятора 104 включает корпус клапана 120, задающий перепускной канал для текучей среды 122, расположенный между впускным отверстием 124 и выпускным отверстием 126. Корпус клапана 120 присоединен к кожуху привода 108 таким образом, что горловина 128 корпуса клапана 120 находится в сообщении посредством текучей среды с измерительной камерой 112 таким образом, что измерительная камера 112 может воспринимать давление текучей среды в выпускном отверстии 126 корпуса клапана 120. Стержень клапана 130 расположен в перепускном канале 122 и смещается относительно гнезда клапана 132 для регулирования потока текучей среды через перепускной канал 122. Для осуществления связи между мембраной 106 и стержнем клапана 130 в регуляторе текучей среды 100 используется рычажный узел 134.
В процессе работы мембрана 106 смещает стержень клапана 130 посредством рычажного узла 134 в ответ на перепад давлений через мембрану 108, задаваемый давлением на выходе, воспринимаемым измерительной камерой 112 (посредством горловины 128), и установленным или управляющим давлением, задаваемым устройством нагрузки 114 (т.е. силой действия пружины, задаваемой регулирующей пружиной 116). При увеличении расхода вниз по потоку требование к потоку текучей среды вниз по потоку возрастает, и давление вниз по потоку уменьшается. Измерительная камера 112 воспринимает давление в выпускном отверстии 126 посредством горловины 128. Давление, воспринимаемое измерительной камерой 112, которое является меньшим, чем управляющее давление, задаваемое устройством нагрузки 114 и воздействующее на первую сторону 118 мембраны 108, обеспечивает возникновение перепада давлений через мембрану 106, что вызывает смещение мембраны 106 по направлению к измерительной камере 112. В свою очередь, мембрана 108 вызывает смещение стержня клапана 130 по направлению от гнезда клапана 132 таким образом, чтобы обеспечить возможность протекания текучей среды через перепускной канал 122. Когда расход вниз по потоку уменьшается, давление на выходе 126 увеличивается, и расход потока текучей среды уменьшается. Давление на выходе, воспринимаемое измерительной камерой 112 (т.е. посредством горловины 128), которое является большим, чем управляющее давление, задаваемое устройством нагрузки 114, обеспечивает возникновение перепада давлений через мембрану 106, что вызывает смещение мембраны 106 по направлению к камере нагрузки 110. В свою очередь, мембрана 106 смещает стержень клапана 130 по направлению к гнезду клапана 132 таким образом, чтобы ограничить или перекрыть поток текучей среды через перепускной канал 122.
Регулятор текучей среды 100 может быть охарактеризован согласно классификации по определенной характеристике производительности или точности, основываясь на способности регулятора текучей среды 100 к поддержанию давления на выходе при установленной величине управляющего давления, когда регулятор текучей среды 100 подвергается воздействию перепадов давлений в некотором диапазоне и, следовательно, скоростей потока текучей среды. Когда регулятор текучей среды 100 обеспечивает давление вниз по потоку на выходе, которое отклоняется на недопустимую величину от установленного управляющего давления, когда регулятор текучей среды 100 подвергается воздействию определенного перепада давлений, регулятор текучей среды 100 более не осуществляет регулирование в пределах классификации или производительности, соответствующим номинальной точности.
Недопустимое отклонение от установленного управляющего давления часто вызывается характеристиками подъема потока при протекании технологической текучей среды через регулятор текучей среды 100 с относительно высокой скоростью. В результате этого подъем оказывает существенное влияние или приводит к понижению точности и/или производительности регулятора текучей среды 100.
Например, регулятор 100 может создавать подъем, когда давление вниз по потоку увеличивается (например, внезапно увеличивается), и текучая среда протекает через перепускной канал 122 с относительно высокой скоростью. Относительно высокие перепады давлений через пропускное отверстие 136 могут вызвать появление в горловине 128 области с более низким давлением, чем давление вниз по потоку или давление на выходе 126. Как результат, измерительная камера 122 воспринимает более низкую величину давления (чем давление на выходе) и обуславливает пропускание регулятором 100 большего потока текучей среды по направлению к выпускному отверстию 126 (в противоположность смещению стержня клапана 120 по направлению к гнезду клапана 132). В результате этого давление на выходе регулятора текучей среды 100 может отклоняться от установленного управляющего давления.
Подъем может быть создан или вызван многими факторами, такими, например, как изменяющаяся величина силы пружины, действующей со стороны регулирующей пружины 116 при смещении мембраны 106 по направлению к измерительной камере 112, флуктуация площади мембраны 106 при отклонении или смещении мембраны 106 вследствие перепада давлений через мембрану 106, размер пропускного отверстия 136 перепускного канала 122, давление технологической текучей среды на входе, перепад давлений через пропускное отверстие 136, стержень клапана 130 и т.д.
На фиг. 2 показан частичный вид в увеличенном масштабе примерного регулятора 100, показанного на фиг. 1, иллюстрирующий текучую среду, протекающую через перепускной канал 122. На фиг. 3 показан вид сверху корпуса клапана 120.
Как показано более подробно на фиг. 2 и 3, стержень клапана 130 расположен в перепускном канале 122 таким образом, что внешняя поверхность 202 стержня клапана 130 примыкает к внутренней поверхности 204 внутренней стенки 206 корпуса клапана 120 таким образом, чтобы иметь относительно плотную посадку или допуск. Таким образом, внутренняя стенка 206 корпуса клапана 120 (т.е. примыкающая к стороне пропускного отверстия, обращенной к впускному отверстию 136) и стержень клапана 130 направляют текучую среду, протекающую через перепускной канал 122, в направлении 208 к выпускному отверстию 126 при протекании текучей среды через пропускное отверстие 136. Кроме того, внутренняя стенка 206 и стержень клапана 130 в значительной степени ограничивают поток текучей среды от пропускного отверстия пропускного 136 по направлению к горловине 128 и, следовательно, измерительной камере 122, поскольку стержень клапана 130 находится в непосредственной близости от внешней поверхности 202 стержня клапана 130. Как наиболее ясно показано на фиг. 3, внутренняя стенка 206 расположена радиально относительно окружности горловины 128 и выступает внутрь по направлению коси 201 пропускного отверстия 136.
Таким образом, внутренняя стенка 206 и стержень клапана 130 задают механизм уменьшения спада (путем увеличения подъема), когда текучая среда протекает через пропускное отверстие 136 с относительно низкой скоростью. Другими словами, при протекании текучей среды между впускным отверстием 124 и выпускным отверстием 126 внутренняя стенка 206 и стержень клапана 130 направляют текучую среду от горловины 128 или измерительной камеры 122 либо в направлении вниз по потоку 208 к выходному отверстию 126, либо в противоположном направлении 210 к пропускному отверстию 136.
Однако для применений с использованием относительно высоких давлений направление потока текучей среды в направлении 210 вызывает увеличение давления текучей среды в области пропускного отверстия 136. При увеличении давления текучей среды в области отверстия 136 текучая среда в перепускном канале 122 протекает через отверстие пропускное 136 с относительно высокой скоростью. Таким образом, для применений, в которых значения давлений на входе являются относительно высокими, или высокими являются значения перепадов давлений, технологическая текучая среда протекает через перепускной канал 122 с относительно высокой скоростью или относительно высоким импульсом, и внутренняя стенка 206 и стержень клапана 130 могут вызвать появление области с низким давлением в области горловины 128 корпуса клапана 120.
В свою очередь, измерительная камера 112 может воспринимать давление в области горловины 128, которое является более низким, чем давление вниз по потоку на выходе 126, поскольку текучая среда протекает через перепускной канал 122 с относительно высокой скоростью и по направлению от измерительной камеры 112, тем самым создавая область или зону с низким давлением в области горловины 128. В результате этого регулятор текучей среды 100 вызывает смещение стержня клапана 120 по направлению от гнезда клапана 132 так, чтобы обеспечить возможность протекания большего потока текучей среды через перепускной канал 122, тем самым обеспечивая больший, чем требуется, поток текучей среды вниз по течению. В результате этого давление на выходе 126 увеличивается до значения выше желаемого или установленного управляющего давления, задаваемого регулирующей пружиной 116 (т.е. обуславливается подъем), тем самым приводя к понижению точности регулятора текучей среды 100 в применениях, в которых имеются относительно низкие значения давлений на входе. В результате этого регулятор текучей среды 100, как правило, будет иметь более низкую классификацию по точности и/или производительность.
На фиг. 4 проиллюстрирован примерный регулятор текучей среды 400, воплощенный с примерным клапаном регулятора 402, описанным здесь имеющим встроенные возможности уменьшения подъема, предназначенные для предотвращения избыточного подъема, когда регулятор текучей среды 400 подвергается воздействию потоков текучих сред, движущихся с относительно высокими скоростями, что приводит тем самым к увеличению в значительной степени классификации по точности и номинальной производительности регулятора текучей среды 400. Другими словами, клапан регулятора 402 регулирует подъем регулятора текучей среды 400 путем создания или увеличения спада регулятора текучей среды 400 для предотвращения избыточного подъема, когда текучая среда, находящаяся под высоким давлением, протекает через регулятор текучей среды 400 с относительно высокой скоростью.
Обращаясь к фиг. 4, примерный регулятор текучей среды 400 включает привод 404, который функционально соединен с клапаном регулятора 402. Клапан регулятора 402 включает корпус клапана 406, который задает основной перепускной канал для протекания текучей среды 410 между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414. Впускное отверстие 412 может быть связано посредством текучей среды с системой распределения (например, системой распределения природного газа), находящейся вверх по потоку от регулятора текучей среды 400, и выпускное отверстие 414 может быть связано посредством текучей среды с источником потребления, например, таким как котел, находящийся вниз по потоку от регулятора текучей среды 400.
Гнездо клапана 416 установлено в перепускном канале 410 корпуса клапана 406 и задает пропускное отверстие 418, через которое текучая среда может протекать между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414. Для регулирования потока текучей среды через перепускной канал 410 клапан регулятора 402 включает регулирующий элемент потока или стержень клапана 420 (например, герметизирующую мембрану), который смещается относительно гнезда клапана 416. Стержень клапана 420 (например, герметизирующая мембрана) присоединен к концу 422 штока 424 и включает уплотнительную прокладку 428, которая может быть изготовлена из эластомерного материала, которая входит в уплотнительный контакт с уплотнительной поверхностью гнезда клапана 416, когда шток 424 и стержень клапана 420 смещаются по направлению к гнезду клапана 416 для ограничения или предотвращения протекания текучей среды через перепускной канал 410.
Привод 404 включает верхний кожух 432 и нижний кожух 434, которые содержат мембранный узел 436. Мембранный узел 436 включает мембрану 438, заключенную между верхним кожухом 432 привода 404 и нижним кожухом 434 привода 404 таким образом, что первая сторона 440 мембраны 438 и верхний кожух 432 задают камеру нагрузки 442, и вторая сторона 444 мембраны 438 и нижний кожух 434 задают измерительную камеру 446. Рычаг 448 функционально соединяет мембрану 438 и стержень клапана 420 и присоединен ко второму концу 450 штока клапана 424. Рычаг 448 соединен с мембраной 438 посредством диафрагмы жесткости 452 и узла толкателя 454. Мембрана 438 смещает стержень клапана 420 (например, герметизирующую мембрану) относительно гнезда клапана 416 посредством рычага 448 для регулирования потока текучей среды между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414.
Узел нагрузки 456 расположен в камере нагрузки 442, которая регулируется для задания управляющего давления. В данном примере узел нагрузки 456 включает замыкающую пружину 458, расположенную между регулируемым гнездом пружины 460 и вторым гнездом пружины 462 (например, частью корпуса диафрагмы жесткости 452). Замыкающая пружина 458 задает установленную нагрузку или силу (например, управляющее давление вниз по потоку), которая приводит к смещению первой стороны 440 мембраны 438 по направлению к измерительной камере 446 для смещения стержня клапана 420 по направлению от гнезда клапана 416 (например, открытое положение). Величина силы, приложенной со стороны замыкающей пружины 458, может быть отрегулирована (например, увеличена или уменьшена) с помощью регулируемого гнезда пружины 460.
Корпус клапана 406 соединен с нижним кожухом 434 привода 404 таким образом, что измерительная камера 446 сообщается посредством текучей среды с выходным отверстием 414 через устье клапана или область горловины 464. Направляющее устройство штока 466 способствует совмещению штока клапана 424 и стержня клапана 420 по меньшей мере с одним из нижнего кожуха привода 434, корпуса клапана 406 или гнезда клапана 416. Направляющее устройство штока 466 также включает по меньшей мере один перепускной канал 468, предназначенный для соединения посредством текучей среды измерительной камеры 446 с областью горловины 464 и выпускным отверстием 414. Когда сила, действующая со стороны регулирующей пружины 456, превосходится силой, обеспечиваемой давлением текучей среды в измерительной камере 446, мембрана 438 смещается по направлению к камере нагрузки 442 и вызывает смещение стержня клапана 420 по направлению к гнезду клапана 416 для ограничения или предотвращения протекания текучей среды через перепускной канал 410 (например, закрытое положение).
На фиг. 5A показан вид в поперечном сечении корпуса клапана 406, показанного на фиг. 4. На фиг. 5B показан вид сверху корпуса клапана 406, показанного на фиг. 4 и 5A. Обращаясь к фиг. 5A и 5B, основной перепускной канал 410 задает пределы впускного объема 502, находящегося между впускным отверстием 412 и пропускным отверстием 418, и пределы выпускного объема 504, находящегося между пропускным отверстием 418 и выпускным отверстием 414. Пределы выпускного объема 504 задают проток, расположенный вниз по потоку от пропускного отверстия 418, который по меньшей мере частично задается внутренней стенкой 508 корпуса клапана 406. Для ограничения в значительной степени потока текучей среды по направлению к области горловины 464 между внутренней стенкой 508 и внешней поверхностью 510 стержня клапана 420 внутренняя стенка 508 в значительной степени окружает или охватывает по окружности стержень клапана 420, когда стержень клапана 420 расположен в пределах выпускного объема 504. В данном примере внутренняя стенка 508 примыкает к пропускному отверстию 418 и расположена вверх по потоку от выпускного отверстия 414. Далее, внутренняя стенка 508 примыкает к области горловины 464. Таким образом, когда стержень клапана 420 располагается в пределах выпускного объема 504 перепускного канала 410, по меньшей мере часть внутренней стенки 508 примыкает непосредственно к внешней поверхности 510 стержня клапана 420. Хотя внешняя поверхность 510 стержня клапана 420 располагается относительно близко к внутренней стенке 508, внешняя поверхность 510 стержня клапана 420 не входит в зацепление с внутренней стенкой 508.
Для уменьшения подъема регулятора текучей среды 400, и как наиболее ясно показано на фиг. 5B, корпус клапана 406 включает вспомогательный канал 512. В данном примере вспомогательный канал 512 примыкает к пропускному отверстию 418 и расположен вверх по потоку от выпускного отверстия 414. В частности, вспомогательный канал 512 связывает посредством текучей среды пропускное отверстие 418 и область горловины 464. Таким образом, вспомогательный канал 512 направляет или проводит по каналу поток текучей среды по направлению к области горловины 464 и, следовательно, к измерительной камере 446 привода 404, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие 418. Другими словами, вспомогательный канал 512 способствует уменьшению подъема регулятора текучей среды 400 путем создания или увеличения эффекта спада таким образом, чтобы в значительной степени уменьшить или предотвратить избыточный подъем, когда технологическая текучая среда протекает через пропускное отверстие 418 с относительно высокой скоростью.
В проиллюстрированном примере вспомогательный канал 512 является встроенным в корпус клапана 406. Более конкретно, в данном примере вспомогательный канал 512 является встроенным во внутреннюю стенку 508. Как наиболее ясно показано на фиг. 5B, вспомогательный канал 512 задается зазором или проходом 514, образованным во внутренней стенке 508. Как наиболее ясно показано на фиг. 5A, зазор 514 проходит по направлению вдоль продольной оси 516 пропускного отверстия 418 между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464 корпуса клапана 406. Другими словами, зазор 514 имеет длину (например, длину в вертикальном направлении), которая проходит между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464 таким образом, чтобы обеспечить возможность протекания текучей среды между пропускным отверстием 418 и областью горловины 646.
Далее, как наиболее ясно показано на фиг. 5B, вспомогательный канал 512 или зазор 514 проходит вдоль части или периметра внутренней стенки 508. Другими словами, зазор 514 задает два находящихся с противоположных сторон конца 518 и 520 внутренней стенки 508. Таким образом, зазор 514 задает проход или разрыв во внутренней стенке 508 таким образом, что внутренняя стенка 508 имеет C-образную форму поперечного сечения, взятого в плоскости, перпендикулярной продольной оси 516 пропускного отверстия 418. В данном примере находящиеся с противоположных сторон концы 518 и 520 являются в значительной степени параллельными продольной оси 516 пропускного отверстия 418 таким образом, что зазор 514 (или вспомогательный канал 512) обеспечивает в значительной степени перпендикулярный или прямолинейный проток для текучей среды (например, проток, который является в значительной степени параллельным продольной оси 516). Однако в других примерах длины в продольном направлении находящихся с противоположных сторон концов 518 и 520 внутренней стенки 508 могут быть расположены под углом относительно продольной оси 516 таким образом, что зазор 514 или вспомогательный канал 512 задает угловой или скошенный проток между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464.
Кроме того, обращаясь все еще к фиг. 5B, размер прохода, обеспечиваемого зазором 514, может соответствовать любой части окружности или периметра внутренней стенки 508. Например, на фиг. 5 В зазор 514 может иметь такой размер, чтобы задать проход, при котором находящиеся с противоположных сторон концы 518 и 520 стенки 508 разносятся на любой желаемый угол 515. Например, зазор 514 может обеспечивать разнесение находящихся с противоположных сторон концов 518 и 520 на угол, лежащий в диапазоне между приблизительно 5° и 180° относительно оси 516. В данном конкретном примере угол 515 между находящимися с противоположных сторон концами 518 и 520 внутренней стенки 508, обеспечиваемый зазором 514, равен приблизительно 100°. Другими словами, размер зазора 514 может варьироваться для регулирования подъема и/или спада регулятора текучей среды 400. Например, зазор с большим размером 514 обеспечивает относительно большую величину потока текучей среды по направлению к области горловины 464, тем самым создавая больший спад и уменьшая подъем. В противоположность этому, зазор с меньшим размером 514 обеспечивает относительно меньшую величину потока текучей среды по направлению к области горловины 464, тем самым создавая больший подъем и уменьшая спад.
Хотя не показано, в других примерах вспомогательный канал 512 может быть каналом, щелью, желобком, проходом, трубопроводом (например, образованным в корпусе клапана) или любым другим каналом, который обеспечивает сообщение посредством текучей среды между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464. Кроме того, вспомогательный канал 512 может быть параллельным продольной оси 516 пропускного отверстия 418 (т.е. в значительной степени вертикальным), или вспомогательный канал 512 может быть расположен под углом относительно продольной оси 516. Например, как показано на фиг. 5B, концы 518 и 520 имеют искривленные поверхности.
Далее, в данном примере вспомогательный канал 512 имеет однородную форму или профиль (например, имеет однородный проток) между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464. В других примерах перепускной канал 512 может включать неоднородную форму или профиль (например, неоднородный проток) между проходом, находящимся в сообщении посредством текучей среды с пропускным отверстием 418, и проходом, находящимся в сообщении посредством текучей среды с горловиной 464. Например, проток для текучей среды вспомогательного канала 512 может открываться между первой частью, примыкающей к пропускному отверстию 418, и второй частью, примыкающей к области горловины 464, или проток может сужаться для ограничения потока текучей среды между первой частью, примыкающей к пропускному отверстию 418, и второй частью, примыкающей к горловине 464.
В дополнительных примерах длины в продольном направлении (например, длина в вертикальном направлении между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464) вспомогательного перепускного пути 512 может частично проходить между областью горловины 464 и пропускным отверстием 418. Например, поток текучей среды между отверстием 418 и областью горловины 464 может далее регулироваться путем частичного продолжения вспомогательного канала 512 между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464. Например, вспомогательный канал 512, который сообщается посредством текучей среды с отверстием 464, может размещаться выше нижней части внутренней стенки 508 таким образом, что поток текучей среды имеет возможность протекания между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464, когда стержень клапана 420 находится в первом положении на расстоянии от гнезда клапана 416, но внешняя стенка 508 и стержень клапана 420 ограничивают или блокируют протекание текучей среды между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464, когда стержень клапана 420 находится во втором положении на расстоянии от гнезда клапана 416. Таким образом, вспомогательный канал 512 обеспечивает возможность протекания текучей среды между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464 только тогда, когда стержень клапана 420 смещается по направлению от отверстия вспомогательного канала 512 (например, когда стержень клапана 420 находится в первом положении на расстоянии от гнезда клапана 416).
В процессе работы, обращаясь к фиг. 4, 5A и 5B, давление текучей среды и регулирование потока достигаются путем модуляции потока текучей среды через перепускной канал 410 таким образом, чтобы поддерживать требуемое значение давления вниз по потоку на выходе 414, при этом обеспечивая доставку количества текучей среды, расходуемого вниз по потоку (например, источником потребления). Привод 404 регулирует давление на выходе 414 согласно желаемой величине давления на выходе, задаваемой или установленной с помощью регулирующей пружины 458. В частности, привод 404 смещает стержень клапана 420 относительно гнезда клапана 416 для уменьшения относительно более высокого давления на входе до желаемого более низкого давления на выходе, основываясь на установленном значении управляющего давления, задаваемого с помощью регулирующей пружины 458. Таким образом, регулировка регулирующей пружины 458 приводит к изменению давления, которое должно обеспечиваться на выходе 414.
В частности, измерительная камера 446 воспринимает давление текучей среды в области горловины 464, которое обеспечивает действие на вторую сторону 444 мембраны 438 силы или давления, которые противодействуют действию силы или давления со стороны регулирующей пружины 458, оказываемому на первую сторону 440 мембраны 438. Когда давление, воспринимаемое измерительной камерой 446, в значительной степени равно управляющему давлению, задаваемому регулирующей пружиной 458, регулятор текучей среды 400 находится в уравновешенном состоянии, и стержень клапана 420 смещается по направлению к гнезду клапана 416 для обеспечения стационарного потока, равного потоку потребления текучей среды вниз по потоку.
Перепад давлений через мембрану 438, который не является в значительной степени равным или уравновешенным, вызывает смещение мембраной 438 стержня клапана 420 относительно гнезда клапана 416 для модуляции потока текучей среды через перепускной канал 410 для достижения в значительной степени постоянного более низкого давления на выходе, которое соответствует установленному управляющему давлению, задаваемому регулирующей пружиной 458. В частности, давление, действующее на вторую сторону 444 мембраны 438, которое является большим, чем давление, действующее на первую сторону 440, вызывает смещение мембраны 438 по направлению к камере нагрузки 400 и вызывает смещение стержня клапана 420 по направлению к гнезду клапана 416 для ограничения или предотвращения потока текучей среды через перепускной канал 410. Подобным образом давление, действующее на вторую сторону 444 мембраны 438, которое является меньшим, чем давление, действующее на первую сторону 440 мембраны 438, вызывает смещение мембраны 438 по направлению к измерительной камере 446 и вызывает смещение стержня клапана 420 по направлению от гнезда клапана 416 для обеспечения возможности протекания или увеличения потока текучей среды через перепускной канал 410.
Как наиболее ясно показано на фиг. 5A, когда стержень клапана 420 смещается по направлению от гнезда клапана 416, текучая среда протекает между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414 через пропускное отверстие 418. При протекании текучей среды через пропускное отверстие 418 стержень клапана 420 и внутренняя стенка 508 отклоняют или направляют текучую среду в направлении 522 к выпускному отверстию 414 и по направлению от области горловины 464. Кроме того, стержень клапана 420 и внутренняя стенка 508 могут вызывать то, что текучая среда направляется в противоположном направлении 524 к пропускному отверстию 418. Таким образом, внутренняя стенка 508 и стержень клапана 420 в значительной степени ограничивают поток текучей среды между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464 и, следовательно, измерительной камерой 446, поскольку внешняя поверхность 510 стержня клапана 420 находится в непосредственной близости от внутренней стенки 508.
Если давление на входе и/или перепад давлений через пропускное отверстие 418 являются относительно низкими (например, первое давление на входе), текучая среда протекает через пропускное отверстие 418 с относительно низкой скоростью или импульсом. Для применений с использованием низких давлений внутренняя стенка 508 и стержень клапана 420 обеспечивают механизм уменьшения спада, поскольку стержень клапана 420 и внутренняя стенка 508 направляют поток текучей среды от области горловины 464 или измерительной камеры 446 и в направлении 522 вниз по потоку по направлению к выпускному отверстию 414. Таким образом, стержень клапана 420 и внутренняя стенка 508 вызывают то, что измерительная камера 446 воспринимает более низкое давление (например, слегка более низкое давление), чем давление вниз по потоку, для регулирования спада регулятора текучей среды 400, например, когда расход ниже по потоку резко возрастает.
Далее, в противоположность известному корпусу клапана 120, показанному на фиг. 2 и 3, в примерном корпусе клапана 406 применен вспомогательный канал 512, предназначенный для предотвращения избыточного подъема регулятора текучей среды 400, например, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие 418 с относительно высокой скоростью. Например, при уменьшении расхода вниз по потоку давление на выходе 414 увеличивается, и расход потока вниз по потоку уменьшается. Если давление на входе и/или перепад давлений через пропускное отверстие 418 являются относительно высокими, текучая среда протекает через перепускной канал 410 с относительно высокой скоростью или импульсом. Для применений с относительно высокими давлениями направление потока текучей среды в направлениях 522 и 524 может вызвать увеличение давления текучей среды в области пропускного отверстия 418.
Далее, при увеличении давления текучей среды в области пропускного отверстия 418 текучая среда в перепускном канале 410 протекает через пропускное отверстие 418 с относительно высокой скоростью. Поскольку текучая среда протекает через перепускной канал 410 с относительно высокой скоростью или импульсом, поток текучей среды, перемещающийся с высокой скоростью, может вызвать появление области с низким давлением в области горловины 464. В свою очередь, измерительная камера 446 может воспринимать давление в области горловины 464, которое является относительно более низким, чем действительное давление вниз по потоку, поскольку стержень клапана 420 и внутренняя стенка 508 отклоняют текучую среду, перемещающуюся с высокой скоростью, в направлениях 522 и 524. В противоположность корпусу клапана 120, показанному на фиг. 1-3, вспомогательный канал 512 или зазор 514 направляют или обеспечивают возможность протекания перемещающейся с высокой скоростью текучей среды в направлении 526 к горловине 464 таким образом, что измерительная камера 446 не воспринимает давление в области горловины 464, которое является более низким, чем давление вниз по потоку, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие 418 с относительно высокой скоростью и, например, возникает резкое уменьшение расхода вниз по потоку.
Таким образом, корпус клапана 406 включает встроенный перепускной канал 410, который в значительной степени ограничивает сообщение посредством текучей среды между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464 (посредством совместного действия стержня клапана 420 и внутренней стенки 508) для предотвращения избыточного спада, и корпус клапана 406 включает встроенный вспомогательный канал 512, который обеспечивает возможность сообщения посредством текучей среды между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464 (посредством зазора 514) для предотвращения избыточного подъема. Вспомогательный канал 512 предотвращает избыточный подъем регулятора текучих сред 400 путем соединения посредством текучей среды пропускного отверстия 418 и области горловины 464 для предотвращения образования области с низким давлением в области горловины 464, например, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие 418 с относительно высокой скоростью. В свою очередь, вспомогательный канал 512 обеспечивает возможность измерительной камере 466 воспринимать давление в области горловины 464, которое более близко соответствует давлению вниз по потоку таким образом, что регулятор текучей среды 400 не отклоняется в значительной степени от управляющего давления, задаваемого регулирующей пружиной 458. В результате этого регулятор текучей среды 400 будет иметь более высокую классификацию по точности и/или производительность.
На фиг. 6 проиллюстрирован другой примерный корпус клапана 600, описанный здесь имеющим встроенные возможности уменьшения подъема, который может быть использован для воплощения регулятора текучей среды, например, такого как регулятор текучей среды 400, показанный на фиг. 4. Те компоненты корпуса клапана 600, которые являются в значительной степени подобными или идентичными компонентам корпуса клапана 406, описанного выше, и которые имеют функциональность, в значительной степени подобную или идентичную функциональности этих компонентов, не будут снова описаны подробно ниже. Вместо этого интересующийся читатель отсылается к вышеприведенным соответствующим описаниям.
Обращаясь к фиг. 6, в данном примере корпус клапана 600 включает основной или первичный перепускной канал для текучей среды 602 и вспомогательный канал 604, встроенные в корпус клапана 600. В частности, вспомогательный канал 604 включает множество проходов, отверстий или разгрузочных скважин 606. В данном конкретном примере проходы 606 могут проходить между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464 корпуса клапана 600 таким образом, что проходы 606 задают множество частей стенки 608, которые разнесены друг от друга по радиусу под любым подходящим углом 610 (например, 30°, 45°, 90° и т.д.) вокруг оси 516 пропускного отверстия 418. В данном примере части стенки 608 находятся на одинаковых расстояниях (например, радиальном расстоянии в 45°) вокруг оси 516. Далее, проходы 606 могут частично проходить между пропускным отверстием 418 и областью горловины 464 таким образом, что по меньшей мере доля частей стенки 608 (например, нижний конец частей стенки 608) является объединенной или соединенной, или проходы 606 могут проходить между пропускным отверстием 418 и горловиной 464 таким образом, что части стенки 608 являются полностью отделенными друг от друга или отдельными деталями.
Кроме того, профиль (например, размер, поперечное сечение протока, длина и т.д.) проходов 606 и/или частей стенки 608 могут варьироваться для регулирования подъема. Например, проходы 606, имеющие большие размеры отверстия или протока, обеспечивают возможность протекания большего количества текучей среды по направлению к области горловины 464, тем самым создавая больший по величине спад для уменьшения подъема (т.е. предотвращая избыточный подъем). В противоположность этому задание проходов 606, имеющих меньшие размеры отверстий или протоков, обеспечивает возможность протекания более слабого потока, тем самым приводя к увеличению подъема для уменьшения величины спада (т.е. предотвращая избыточный спад).
Далее, в некоторых примерах первый проход 606а и/или первая часть стенки 608а могут иметь первый профиль или характеристику, или проток (например, первый размер, масштаб или профиль), и второй проход 606b и/или вторая часть стенки 608b могут иметь второй профиль или характеристику, или проток (например, второй размер, масштаб или профиль), которые отличаются от первой характеристики. Например, первый проход 606а может включать проток, который открывается для обеспечения возможности протекания большего потока текучей среды между пропускным отверстием 418 и частью горловины 464, и второй проход 606b может включать проток, который ограничивает поток текучей среды между пропускным отверстием 418 и частью горловины 464. Подобно корпусу клапана 406, показанному на фиг. 4-6, в пропускное отверстие 418 корпуса клапана 600 заходит стержень клапана 420 таким образом, что внешняя поверхность 510 стержня клапана 420 и части стенки 608 задают часть основного перепускного канала 602, предназначенного для направления потока текучей среды между впускным отверстием 612 и выпускным отверстием 614, а также для ограничения потока текучей среды по направлению к области горловины 464 корпуса клапана 600. Проходы 606 задают вспомогательный канал 604, предназначенный для обеспечения возможности протекания текучей среды по направлению к области горловины 464 корпуса клапана 600.
Хотя здесь описаны некоторые примерные устройства, объем, покрываемый данным патентом, ими не ограничивается. Наоборот, этим патентом покрываются все устройства и изделия, должным образом попадающие в объем приложенной формулы изобретения буквально или в виде доктрины эквивалентов.
1. Регулятор текучей среды, содержащий:
корпус клапана, имеющий основной перепускной канал, задающий пропускное отверстие, предназначенное для соединения посредством текучей среды впускного отверстия и выпускного отверстия, при этом основной перепускной канал задает пределы впускного объема, расположенного между впускным отверстием и пропускным отверстием, и пределы выпускного объема, расположенного между пропускным отверстием и выпускным отверстием, и при этом часть пределов выпускного объема включает внутреннюю стенку, примыкающую к пропускному отверстию;
стержень клапана, расположенный в основном перепускном канале, причем внутренняя стенка находится в непосредственной близости от внешней поверхности стержня клапана, так что внутренняя стенка и стержень клапана ограничивают поток текучей среды между внутренней стенкой и внешней поверхностью стержня клапана, тем самым ограничивая поток текучей среды по направлению к горловине корпуса клапана; и
вспомогательный канал для текучей среды, расположенный в пределах выпускного объема, предназначенный для увеличения потока текучей среды по направлению к горловине корпуса клапана, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие.
2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный канал для текучей среды примыкает к пропускному отверстию и расположен вверх по потоку от выпускного отверстия.
3. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный канал для текучей среды уменьшает эффект подъема регулятора текучей среды путем создания эффекта спада, когда технологическая текучая среда протекает через основной перепускной канал.
4. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный канал для текучей среды является встроенным во внутреннюю стенку корпуса клапана.
5. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный канал для текучей среды содержит зазор в продольном направлении, образованный во внутренней стенке между пропускным отверстием и горловиной корпуса клапана.
6. Регулятор по п. 5, отличающийся тем, что продольный зазор простирается по меньшей мере вдоль части внешнего края внутренней стенки.
7. Регулятор по п. 5, отличающийся тем, что продольным зазором задаются два находящихся на противоположных сторонах конца внутренней стенки, и при этом находящиеся на противоположных сторонах концы являются в значительной степени параллельными продольной оси пропускного отверстия.
8. Регулятор по п. 7, отличающийся тем, что находящиеся на противоположных сторонах концы разнесены на угол, лежащий в диапазоне между приблизительно 5° и 180°, относительно продольной оси пропускного отверстия.
9. Регулятор по п. 7, отличающийся тем, что находящиеся на противоположных сторонах концы разнесены на угол, равный приблизительно 100°, относительно продольной оси пропускного отверстия.
10. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный канал для текучей среды содержит один или более разгрузочных проходов, образованных во внутренней стенке, предназначенных для обеспечения возможности протекания текучей среды между внутренней стенкой и внешней поверхностью стержня клапана через разгрузочные проходы и по направлению к горловине корпуса клапана.
11. Регулятор по п. 10, отличающийся тем, что один или более разгрузочных проходов по меньшей мере частично расположены вдоль периметра внутренней стенки.
12. Регулятор по п. 10, отличающийся тем, что один или более разгрузочных проходов радиально разнесены друг от друга относительно продольной оси пропускного отверстия.
13. Регулятор по п. 10, отличающийся тем, что один или более разгрузочных проходов разнесены на равные расстояния вокруг продольной оси пропускного отверстия.
14. Регулятор по п. 10, отличающийся тем, что один или более разгрузочных проходов имеют в значительной степени подобные профили и формы для обеспечения в значительной степени подобных значений скоростей потока текучей среды между пропускным отверстием и горловиной.
15. Корпус клапана текучей среды, содержащий:
первый перепускной канал, встроенный в корпус клапана текучей среды, предназначенный для задания пропускного отверстия, которое соединяет посредством текучей среды впускное отверстие первого перепускного канала с выпускным отверстием первого перепускного канала;
внутреннюю стенку, имеющую внутреннюю поверхность, находящуюся в непосредственной близости от внешней поверхности стержня клапана, когда стержень клапана расположен в первом перепускном канале, так что внутренняя стенка и стержень клапана ограничивают поток текучей среды между внутренней стенкой и внешней поверхностью стержня клапана, тем самым ограничивая поток текучей среды по направлению к области горловины корпуса клапана текучей среды, который должен находиться в сообщении посредством текучей среды с измерительной камерой привода, когда корпус клапана текучей среды соединен с приводом; и
второй перепускной канал, встроенный в корпус клапана текучей среды, предназначенный для увеличения скорости потока текучей среды между пропускным отверстием первого перепускного канала и областью горловины корпуса клапана текучей среды.
16. Корпус по п. 15, отличающийся тем, что второй перепускной канал обеспечивает возможность сообщения посредством текучей среды между пропускным отверстием и областью горловины, когда стержень клапана расположен в первом перепускном канале примыкающим к пропускному отверстию.
17. Корпус клапана для использования с регуляторами текучей среды, содержащий: устройство для регулирования потока текучей среды через перепускной канал регулятора текучей среды, расположенное сдвижным образом в примыкании к внутренней стенке перепускного канала, находящейся в непосредственной близости от внешней поверхности указанного устройства, так, что внутренняя стенка и устройство для регулирования потока текучей среды через перепускной канал регулятора текучей среды направляют текучую среду, протекающую через пропускное отверстие перепускного канала, к выпускному отверстию регулятора текучей среды и ограничивают поток текучей среды между внутренней стенкой и внешней поверхностью устройства для регулирования потока текучей среды через перепускной канал регулятора текучей среды по направлению к области горловины корпуса клапана; и
устройство для направления текучей среды, протекающей через пропускное отверстие к области горловины, когда текучая среда протекает через пропускное отверстие с относительно высокой скоростью, при этом устройство для направления текучей среды, протекающей через пропускное отверстие и по направлению к области горловины, является встроенным в перепускной канал.
