Воспринимающий давление профиль балансировочного канала для улучшения показателей пропускной способности
Устройство регулирования текучей среды содержит регулирующий клапан, имеющий вход, выход и клапанный канал, расположенный между ними. Привод соединен с регулирующим клапаном и содержит тарелку клапана, которая смещается вдоль продольной оси для открывания и закрывания устройства регулирования текучей среды. Тарелка клапана содержит уплотняющую поверхность, расположенную смежно с внешним радиальным краем тарелки клапана, и уплотняющая поверхность выполнена с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу в закрытом положении. Тарелка клапана содержит расположенную внутри уплотняющей поверхности срединную поверхность, в которой сформирован паз или выступ. Паз проходит вдоль оси паза, пролегающей вдоль срединной поверхности перпендикулярно продольной оси, и ось паза изогнута, если рассматривается вдоль продольной оси. Выступ пролегает вдоль продольной оси к каналу клапана. Тарелка клапана содержит проток тарелки, продольно пролегающий через нее. Первый конец протока тарелки расположен смежно со срединной поверхностью между уплотняющей поверхностью и пазом или выступом. Улучшается регулирование пропускной способности регулятора. 3 н. и 19 з.п. ф-лы, 7 ил.
ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Настоящее изобретение относится к устройствам регулирования потоков текучей среды, таким как газовые регуляторы и, в частности, к газовым регуляторам, содержащим балансировочный узел в сборе.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Давление, при котором обычная распределительная система поставляет газ, может изменяться в соответствии с требованиями, предъявляемыми к системе, климатом, источником поставки и/или другими факторами. Однако большинство устройств конечных пользователей, оборудованных такими газовыми приборами, как котлы, печи и т.д., требуют поставки газа в соответствии с предварительно определенным давлением и на максимальной или более низкой пропускной способности газового регулятора. Таким образом, газовые регуляторы применяются в этих распределительных системах для обеспечения соответствия параметров поставляемого газа требованиям устройств конечных пользователей. Обычные газовые регуляторы, в общем, содержат приводной элемент контроллера с обратной связью для измерения давления поставляемого газа и его управления.
[0003] Дополнительно к контроллеру с обратной связью, некоторые традиционные газовые регуляторы содержат балансировочный канал для улучшения реагирования газового регулятора на изменения выходного давления. Балансировочный канал выполнен с возможностью уменьшения влияния входного давления на работу газового регулятора. В обычных регуляторах, содержащих регулировочный канал, текучая среда проходит от входа до выхода через канал клапана при продольном удалении уплотняющей поверхности тарелки клапана от поверхности седла канала клапана. При протекании текучей среды через канал клапана текучая среда действует на плоскую поверхность тарелки клапана. Часть потока текучей среды, протекающего через канал клапана, может протекать через каналы, пролегающие через плоскую поверхность тарелки клапана и в продольном направлении проходят через тарелку клапана, и каналы открыты для регулирующей полости, которая по меньшей мере частично формируется регулировочной диафрагмой. Настроено так, что входное давление находится в гидравлической связи с регулировочной диафрагмой для приложения силы к тарелке клапана газового регулятора в обратном направлении к силе выходного давления (то есть "наддува"). Соответственно, при изменении входного давления соответствующая сила прилагается для балансировки силы, создаваемой входным давлением, как это дополнительно описано ниже, таким образом, что газовый регулятор действует только в соответствии с выходным давлением. Такая конфигурация обеспечивает высокий "наддув" на низком входном давлении, таким образом приводящим к нежелательному уменьшению пропускной способности через регулятор. Конфигурация также обеспечивает низкий "наддув" на высоком входном давлении, таким образом приводящим к нежелательному увеличению пропускной способности через регулятор.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0004] Устройство регулировки текучей среды содержит регулирующий клапан, содержащий вход, выход и клапанный канал, расположенный между входом и выходом. Привод присоединен к регулирующему клапану и содержит тарелку клапана, причем тарелка клапана располагается в регулирующем клапане и выполнена с возможностью смещения по продольной оси между закрытым положением, герметически прилегая к клапанному каналу, и открытым положением, расположенным на удалении от клапанного канала. Тарелка клапана содержит уплотняющую поверхность, расположенную смежно с внешним радиальным краем тарелки клапана, причем уплотняющая поверхность выполнена с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу в закрытом положении. Тарелка клапана также содержит срединную поверхность, расположенную внутри уплотняющей поверхности. Тарелка клапана дополнительно содержит паз, сформированный в срединной поверхности. Паз проходит вдоль оси паза, пролегающей вдоль срединной поверхности перпендикулярно продольной оси, и ось паза по меньшей мере частично изогнута, если рассматривается вдоль продольной оси.
[0005] В дополнительном варианте реализации изобретения устройство регулировки текучей среды содержит регулирующий клапан, содержащий вход, выход и канал клапана, расположенный между входом и выходом. Приводной элемент присоединен к регулирующему клапану и содержит тарелку клапана, причем тарелка клапана располагается в регулирующем клапане и выполнена с возможностью смещения по продольной оси между закрытым положением, герметически прилегая к клапанному каналу, и открытым положением, расположенным на удалении от клапанного канала. Тарелка клапана содержит уплотняющую поверхность, расположенную смежно с внешним радиальным краем тарелки клапана, и уплотняющая поверхность выполнена с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу в закрытом положении. Тарелка клапана дополнительно содержит срединную поверхность, размещенную радиально внутри уплотняющей поверхности, причем срединная поверхность пролегает вдоль продольной оси по отношению к каналу клапана.
[0006] Способ настройки балансировочного узла в сборе устройства регулировки текучей среды включает выбор балансирной пружины из множества балансирных пружин, отличающихся тем, что каждая из множества балансирных пружин имеет уникальную жесткость пружины. Способ также включает позиционирование балансирной пружины в устройстве регулировки текучей среды таким образом, чтобы балансирная пружина смещала тарелку клапана балансировочного узла в сборе от клапанного канала и в открытое положение. Тарелка клапана содержит одно из следующего: (1) паз, сформированный в срединной поверхности тарелки клапана, расположенной внутри уплотняющей поверхности, выполненной с возможностью герметического прилегания к каналу клапана в закрытом положении, причем паз проходит вдоль оси паза, пролегающей вдоль срединной поверхности перпендикулярно продольной оси, пролегающей через тарелку клапана, причем ось паза по меньшей мере частично изогнута при рассмотрении ее вдоль продольной оси, и (2) срединную поверхность, расположенную радиально внутри уплотняющей поверхности, выполненной с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу в закрытом положении, причем срединная поверхность содержит выступ, проходящий по продольной оси, пролегающей сквозь тарелку клапана.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0007] Фигура 1 является видом сбоку в разрезе варианта реализации устройства регулировки текучей среды в открытом положении;
[0008] Фигура 2 является видом сбоку в разрезе части тарелки клапана и клапанного канала устройства регулировки текучей среды по Фиг. 1;
[0009] Фигура 3А является видом сбоку в разрезе варианта реализации тарелки клапана;
[0010] Фигура 3Б является видом снизу варианта реализации тарелки клапана по Фиг. 3А;
[0011] Фигура 4 является видом сбоку в разрезе части паза варианта реализации тарелки клапана по Фиг. 3А;
[0012] Фигура 5А является видом сбоку в разрезе части дополнительного варианта реализации тарелки клапана; и
[0013] Фигура 5Б является видом сбоку в разрезе части еще одного дополнительного варианта реализации тарелки клапана.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Фигуры 1 и 2 иллюстрируют устройство регулировки текучей среды 10, содержащее регулирующий клапан 12, содержащий вход 14, выход 16 и клапанный канал 18, расположенный между входом 14 и выходом 16. Приводной элемент 20 присоединен к регулирующему клапану 12 и содержит тарелку клапана 22, причем тарелка клапана 22 располагается в регулирующем клапане 12 и выполнена с возможностью смещения по продольной оси 24 между закрытым положением, герметически прилегая к клапанному каналу 18, и открытым положением, расположенным на удалении от клапанного канала 18. Как проиллюстрировано на Фиг. 3А, тарелка клапана 22 содержит уплотняющую поверхность 26, расположенную смежно с внешним радиальным краем 28 тарелки клапана 22, уплотняющая поверхность 26 выполнена с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу 18 в закрытом положении. Тарелка клапана 22 также содержит срединную поверхность 30, расположенную внутри уплотняющей поверхности 26.
[0015] Как проиллюстрировано на Фиг. 3А, 3Б и 4, тарелка клапана 22 дополнительно содержит паз 32, сформированный в срединной поверхности 30, причем паз 32 проходит вдоль оси паза 34, пролегающей вдоль срединной поверхности 30 перпендикулярно к продольной оси 24, и ось паза 34 является по меньшей мере частично изогнутой при рассмотрении ее вдоль продольной оси 24. В такой конфигурации "наддув" может быть увеличен на высоком входном давлении, таким образом, преимущественно уменьшая пропускную способность через регулятор.
[0016] В альтернативных вариантах реализации изобретения, проиллюстрированных на Фиг. 5А и 5Б, срединная поверхность 30' располагается радиально внутри уплотняющей поверхности 26, и срединная поверхность 30' содержит выступ 150, который проходит вдоль продольной оси 24 к клапанному каналу 18. В этом варианте реализации изобретения поперечное сечение срединной поверхности 30' содержит первый край 164 и второй край 166, и первый край 164 и второй край 166 сходятся по мере пролегания срединной поверхности 30' к клапанному каналу 18. Настроено таким образом, что "наддув" может быть уменьшен на низком входящем давлении, таким образом, преимущественно увеличивая пропускную способность через регулятор.
[0017] Рассмотрим устройство регулировки текучей среды 10 более подробно, так устройство регулировки текучей среды 10 содержит привод 20 и регулирующий клапан 12, как проиллюстрировано на Фиг. 1 и 2. Регулирующий клапан 12 содержит вход 14, например, для получения газа от газораспределительной системы, и выход 16, например, для доставки газа в установку, содержащую один или более приборов. Привод 20 соединен с регулирующим клапаном 12 и содержит узел управления 36, имеющий элемент управления, такой как тарелка клапана 22. Во время первого или нормального режима работы узел управления 36 измеряет давление на выходе 16 регулирующего клапана 12 (то есть выходное давление) и управляет положением тарелки клапана 22 таким образом, чтобы выходное давление приблизительно соответствовало предопределенной заданной точке или контрольному давлению.
[0018] В соответствии с Фиг. 1 и 2, регулирующий клапан 12 формирует горловину 38 и раструб клапана 40. Горловина 38 располагается между входом 14 и выходом 16 и содержит расположенный в ней клапанный канал 18. Текучая среда должна проходить через клапанный канал 18 для преодоления расстояния между входом 14 и выходом 16 регулирующего клапана 12. Клапанный канал 18 может быть удаляемым от регуляторного клапана 12 так, что он может быть заменен другим клапанным каналом, имеющим отверстие другого диаметра или конфигурации для подгонки рабочих или потоковых характеристик регуляторного клапана 12 для конкретного применения. В описанном варианте реализации изобретения раструб клапана 40 формирует отверстие, расположенное по оси, которая, в общем, параллельна горизонтальной продольной оси 24 (то есть вдоль оси X эталонной системы координат, представленной на Фиг. 1) и которая, в общем, перпендикулярна вертикальной продольной оси ((то есть оси, расположенной вдоль или параллельно оси Y эталонной системы координат, представленной на Фиг. 1) входа 14 и выхода 16 регулирующего клапана 12.
[0019] Обратимся к Фиг. 1, на которой привод 20 содержит корпус 42 и узел управления 36, как описано выше. Корпус 42 содержит верхнюю составляющую корпуса 42а и нижнюю составляющую корпуса 42б, соединенные вместе, например, множеством крепежных деталей. Нижняя составляющая корпуса 42б формирует регулирующую полость 44 и раструб привода 46. Раструб привода 46 соединяется с раструбом клапана 40 регулирующего клапана 12 для обеспечения гидравлической связи между приводом 20 и регулирующим клапаном 12. Верхняя составляющая корпуса 42а формирует разгрузочную полость 48 и башнеподобную часть 50 для размещения части узла управления 36, как будет описано.
[0020] Узел управления 36 содержит сборочный узел диафрагмы 52, тарелку и балансировочный сборочный узел 54, а также выпускной клапан 56. Сборочный узел диафрагмы 52 содержит диафрагму 58, шток 60, регулирующую пружину 62, выпускную пружину 64, соединительное пружинное гнездо 68, гнездо выпускной пружины 72, гнездо регулирующей пружины 76 и направляющий элемент штока 80. В частности, диафрагма 58 содержит диафрагму дискообразной формы, формирующую отверстие через ее центральную часть. Диафрагма 58 выполнена из гибкого, в значительной степени герметичного материала, и ее периферия герметически закреплена между верхней и нижней составляющими корпуса 42а, 42б корпуса 42. Диафрагма 58, таким образом, отделяет выпускную полость 48 от регулирующей полости 44.
[0021] Соединительное пружинное гнездо 68 располагается на верху диафрагмы 58 и формирует отверстие, располагающееся концентрично с отверстием диафрагмы 58. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, соединительное пружинное гнездо 68 удерживает регулирующую пружину 62 и выпускную пружину 64.
[0022] Шток 60 описанного варианта реализации изобретения содержит, в общем, продолговатый элемент в форме стержня, содержащий узел манжетного уплотнения 84, хомут 88, участок с резьбой 92 и направляющий участок 96. Узел манжетного уплотнения 84 вогнут и, в общем, обладает дискообразной формой и располагается по кругу от среднего участка штока 60 и располагается сразу под диафрагмой 58. Хомут 88 содержит полость, выполненную с возможностью размещения соединителя 100, соединяющего участок тарелки и балансировочного сборочного узла 54 для обеспечения соединения между сборочным узлом диафрагмы 52 и тарелкой и балансировочным сборочным узлом 54, как будет описано.
[0023] Направляющий участок 96 и участок с резьбой 92 штока 60 пролегают через отверстия в диафрагме 58 и соединительном пружинном гнезде 68, соответственно. Направляющий участок 96 штока 60 располагается с возможностью скольжения в полости направляющего элемента штока 80, который поддерживает осевое направление штока 60 относительно оставшегося узла управления 36. Выпускная пружина 64, гнездо выпускной пружины 72 и гайка 104 расположены на участке с резьбой 92 штока 60. Гайка 104 удерживает выпускную пружину 64 между соединительным пружинным гнездом 68 и гнездом выпускной пружины 72. Регулирующая пружина 62 расположена наверху соединительного пружинного гнезда 68, как указывалось, и в башнеподобной части 50 верхней составляющей корпуса 42а. Гнездо регулирующей пружины 74 закручено в башнеподобную часть 50 и прижимает регулирующую пружину 62 к соединительному пружинному гнезду 68. В описанном варианте реализации изобретения регулирующая пружина 62 и выпускная пружина 64 включают цилиндрические пружины сжатия. Соответственно, регулирующая пружина 62 закреплена относительно верхней составляющей корпуса 42а и прилагает направленную вниз силу к соединительному пружинному гнезду 68 и диафрагме 58. Выпускная пружина 64 закреплена относительно соединительного пружинного гнезда 68 и прилагает направленную вверх силу к гнезду выпускной пружины 72, которая в свою очередь прилагается к штоку 60. В описанном варианте реализации изобретения сила, генерируемая регулирующей пружиной 62, настраивается настройкой положения гнезда регулирующей пружины 74 в башнеподобной части 50, и, таким образом, также настраивается контрольное давление регулятора 10.
[0024] Регулирующая пружина 62 действует против давления в регулирующей полости 44, которое измеряется диафрагмой 58. Как было сказано, это давление является таким же давлением, как и то, которое присутствует на выходе 16 регулирующего клапана 12. Соответственно, сила, прилагаемая регулирующей пружиной 62, устанавливает выходное давление на желаемую точку или контрольное давление для регулятора 10. Сборочный узел диафрагмы 52 функционально соединен с тарелкой клапана 22 и балансировочным сборочным узлом 54, как указывалось ранее, с помощью хомута 88 штока 60 и соединителя 100 и с помощью регулирующего плеча 108.
[0025] Тарелка и балансировочный сборочный узел 54 содержат шток привода 112, который приводится регулирующим плечом 108 для передвижения тарелки клапана 22 между открытым и закрытым положениями по мере изгибания диафрагмы 58 вследствие изменений нагнетаемого давления. В частности, шток привода 112 является, в общем, линейным стержнем, содержащим крайнюю поверхность, зацепляемую регулирующим плечом 108. Регулирующее плечо 108 является немного искривленным стержнем и содержит шарнирный конец 108а и свободный конец 108б. Шарнирный конец 108а является поворотно соединенным с нижней составляющей корпуса 130б и содержит палец 113, содержащий закругленный конец и зацепляющий крайнюю поверхность штока привода 112. Свободный конец 108б получается между верхней частью и штифтом соединителя 100, который прикрепляется к хомуту 88 штока 60. Таким образом, соединитель 100 и регулирующее плечо 108 функционально соединяют тарелку и балансировочный сборочный узел 54 со сборочным узлом диафрагмы 52.
[0026] Как проиллюстрировано на Фиг. 2, тарелка клапана 22 тарелки и балансировочного сборного узла 54 функционально соединена со штоком привода 112 и содержит уплотняющую поверхность 26, которая прилегает к выходу клапанного канала 18 для перекрытия потока текучей среды через регулирующий клапан 12. Тарелка клапана 22 может быть напрямую или не напрямую соединена со штоком привода 112 балансировочным канальным штоком 116 (который прикреплен к тарелке клапана 22) и гнездом балансирной пружины 120, и объединенные элементы поддерживаются для линейного движения направляющим элементом штока 124, стопорной планкой 128, стопором балансировочной диафрагмы 132 и балансировочным корпусом канала 136. Направляющий элемент 124 выполнен с возможностью входить в раструб привода 46 и содержит, в основном, цилиндрический внутренний участок, удерживающий с возможностью скольжения шток привода 112. Направляющий элемент 124 дополнительно содержит каналы 140, формирующие участок пути, вводя выход 16 в гидравлическую связь с регулирующей полостью 44, как описано ниже.
[0027] В соответствии с Фиг. 2, направляющий элемент штока 124 зацепляет стопорную планку 128, расположенную между направляющим элементом 124 и балансировочным корпусом канала 136, для удержания стопорной планки 128 и балансировочного корпуса канала 136 на месте в раструбе клапана 126. Стопорная планка 128 является, в основном, круглой и содержит центральное отверстие, через которое проходит балансировочный канальный шток 116. Балансировочный корпус канала 136 является, в основном, цилиндрическим и полым, пролегая к клапанному каналу 18, и имеет внутренний диаметр с размером, позволяющим размещать с возможностью скольжения тарелку клапана 22. Стопор диафрагмы 132 расположен в балансировочном корпусе канала 136 и отверстии стопорной планки 128 и удерживается на месте между поверхностью стопорной планки 128 и внутренним плечом балансировочного корпуса канала 136. Балансировочная дискообразная диафрагма 144, содержащая центральное отверстие, выполнена в балансировочном корпусе канала 136. Балансировочная диафрагма 144 выполнена из гибкого, в значительной степени герметичного материала и ее периферия закреплена между стопором диафрагмы 132 и балансировочным корпусом канала 136. Внутренний край центрального отверстия балансировочной диафрагмы 144 герметично закреплен между тарелкой клапана 22 и балансировочным канальным штоком 116. Выполнено таким образом, что первая полость 156 формируется между вторым концом 154 тарелки клапана 22, стопором диафрагмы 132 и поверхностью балансировочной диафрагмы 144.
[0028] Тарелка клапана 22, балансировочный канальный шток 116, прикрепленный к тарелке клапана 22, и шток привода 112 могут быть смещены к открытому положению регулирующего клапана 12 балансировочной пружиной 148, расположенной между гнездом балансировочной пружины 120 и посадочной поверхностью стопора диафрагмы 132. В частности, посадочная поверхность стопора диафрагмы 132 может быть выполнена с возможностью размещения первого конца балансирной пружины 148, а второй конец балансирной пружины 148 может быть выполнен с возможностью прилегания к части гнезда балансирной пружины 120, как проиллюстрировано на Фиг. 2. Балансирная пружина 148 может быть любым подходящим упругим элементом, таким как цилиндрическая пружина, которая коаксиально совмещена с продольной осью 24. Поскольку посадочная поверхность стопора диафрагмы 132 неподвижна, второй конец балансирной пружины 148 смещает гнездо балансирной пружины 120 в соединение со штоком привода 112. Балансирная пружина 148 может быть предварительно напряжена для обеспечения подходящей силы смещения, независимо от положения штока привода 112. Более того, балансирная пружина 148 может быть выбрана из множества балансирных пружин, каждая из которых имеет уникальные характеристики жесткости (например, жесткость пружины) для настройки тарелки и балансировочного сборочного узла 54 для получения желаемых условий потока.
[0029] Как проиллюстрировано на Фиг. 3А, тарелка клапана 22 тарелки клапана содержит уплотняющую поверхность 26, расположенную на первом конце 152 тарелки клапана 22, и первый конец 152 продольно противоположен второму концу 154 тарелки клапана 22. Уплотняющая поверхность 26 расположена смежно с внешним радиальным краем 28 тарелки клапана 22 и уплотняющая поверхность 26 выполнена с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу 18 в закрытом положении. Уплотняющая поверхность 26 может быть частью уплотняющей вставки, размещенной в полости, сформированной в тарелке клапана 22, или может быть собственно поверхностью на тарелке клапана 22. Уплотняющая поверхность 26 может содержать любой подходящий материал или комбинацию материалов, таких как упругий, сжимаемый материал. Срединная поверхность 30 расположена радиально внутри уплотняющей поверхности 26 (то есть в радиальном направлении к продольной оси 24) в направлении первого конца 152 тарелки клапана 22. Срединная поверхность 30 может быть частью вставки, прикрепленной к тарелке клапана 22, или может быть собственно поверхностью тарелки клапана 22. Тарелка клапана 22 может дополнительно содержать один или более протоков тарелки 155, которые могут продольно пролегать через тарелку клапана 22 от первого конца 152 ко второму концу 154 таким образом, что первая полость 156 находится в гидравлической связи с областью, прилегающей к выходу 125 клапанного канала 18. Один или более протоков тарелки 155 могут быть сформированы как комбинация одного или более цилиндрических протоков и одного или более планарных протоков, которые пролегают через тарелку клапана 22. В дополнение, один или более протоков тарелки 155 могут по меньшей мере частично содержать удлиненные продольные протоки, имеющие любую подходящую форму поперечного сечения (такую, например, как круг, овал или полигон).
[0030] Если тарелка клапана 22 находится в открытом положении, текучая среда течет через один или более протоков тарелки 155 из выхода 125 клапанного канала 18 в первую полость 156 и приходит в контакт с балансировочной диафрагмой 144. Таким образом, один или более протоков тарелки 155 выполнены с возможностью помещения поверхности балансировочной диафрагмы 144, противоположной клапанному каналу 18, в гидравлическую связь с входным давлением на тарелку клапана 22. Соответственно, балансировочная диафрагма 144 обеспечивает силу на тарелке клапана 22 в направлении клапанного канала 18 для компенсирования силы, прилагаемой к тарелке клапана 22 входным давлением текучей среды, проходящей через клапанный канал 18. Компоненты тарелки и балансировочного сборочного узла 54 выполнены с возможностью того, чтобы сила, прилагаемая балансировочной диафрагмой 144, была приблизительно обратной и эквивалентной силе входного давления на тарелку клапана 22 для устранения любого влияния входного давления на сборочный узел диафрагмы 52, таким образом, обеспечивая более точное управление выходным давлением устройством регулировки текучей среды 10.
[0031] В соответствии с Фиг. 3А и 3Б, тарелка клапана 22 может содержать паз 32, сформированный в срединной поверхности 30, и паз 32 может проходить по оси паза 32, пролегающей вдоль (или смежно) срединной поверхности 30 перпендикулярно продольной оси 24. Ось паза 24 может быть по меньшей мере частично изогнутой при ее рассмотрении вдоль продольной оси 24. Например, ось паза 34 может обладать круглой формой или частично круглой формой при ее рассмотрении вдоль продольной оси 24, как проиллюстрировано на Фиг. 3Б. Круглая форма или частично круглая форма могут быть концентричными с продольной осью 24. Паз 32 может обладать любой подходящей формой поперечного сечения или комбинацией форм при рассмотрении вдоль оси паза 34. Например, как проиллюстрировано на Фиг. 3А и 4, форма поперечного сечения паза 32 может обладать верхней стенкой 156, перпендикулярной продольной оси при рассмотрении вдоль оси паза 34, причем верхняя стенка продольно отступает от срединной поверхности 130 в направлении второго конца 154 тарелки клапана 22. Верхняя стенка 156 может быть линейной при ее рассмотрении в поперечном сечении или может быть изогнутой или частично изогнутой при ее рассмотрении в поперечном сечении. Верхняя стенка 156 может формировать участок поперечного сечения плоской поверхности 158, которая пролегает вдоль оси паза 34 и может быть перпендикулярной или существенно перпендикулярной продольной оси 24.
[0032] Обратимся снова к Фигурам 3А и 4; форма поперечного сечения паза 32 может обладать первой боковой стенкой 160а и второй боковой стенкой 160б, которые скошены внутрь, по мере того как первая и вторая боковые стенки 160а, 160б удаляются от срединной поверхности 130 и в направлении верхней стенки 156. Выполнено так, что паз 32 обладает трапециевидной формой поперечного сечения при его рассмотрении перпендикулярно оси паза 34. Трапециевидная форма поперечного сечения может быть симметрично сформирована относительно оси 162 перпендикулярно оси паза 34. Вместо трапеции, форма поперечного сечения паза 32 может быть прямоугольной или существенно прямоугольной, с параллельными первой и второй боковыми стенками 160а, 160б. Альтернативно, паз 32 может обладать по меньшей мере частично изогнутой формой поперечного сечения при рассмотрении перпендикулярно оси паза 34. То есть паз 32 может обладать формой поперечного сечения части овала и/или части круга. Еще дополнительно, паз 32 может обладать формой поперечного сечения треугольника или любого другого полигона. При рассмотрении поперечного сечения вдоль оси паза 34 пересечение верхней стенки 156 и первой и второй боковых стенок 160а, 160б может быть закруглено по радиусу, закруглено, скошено и т.д. Альтернативно, верхняя стенка 156 и первая и вторая стенки 160а, 160б могут прямо пересекаться, формируя кромку. Паз 32 может обладать постоянной формой поперечного сечения по всей длине паза 32 при рассмотрении вдоль оси паза 34. Альтернативно, форма поперечного сечения паза может изменяться по оси паза 34.
[0033] Альтернативные варианты реализации тарелки клапана 22' проиллюстрированы на Фиг. 5А и 5Б. Эти варианты реализации могут быть идентичны или существенно идентичны вариантам реализации тарелки клапана 22, проиллюстрированным на Фиг. 1 и 4, за исключением того, что срединная поверхность 30', расположенная радиально внутри уплотняющей поверхности 26, содержит выступ 150, пролегающий вдоль продольной оси 24 в направлении клапанного канала 18 (и в направлении второго конца 154 тарелки клапана 22'). Например, поперечное сечение срединной поверхности 30', рассматриваемое перпендикулярно продольной оси 24, содержит первый край 164 и второй край 166, и первый край 164 и второй край 166 могут сходиться по мере удаления срединной поверхности 30' в направлении клапанного канала 18.
[0034] Первый край 164 и второй край 166 могут быть линейными или частично линейными, или могут быть изогнутыми или частично изогнутыми. Соответственно, срединная поверхность 30' может быть по меньшей мере частично конической по форме. В варианте реализации изобретения, проиллюстрированном на Фиг. 5А, срединная поверхность 30' обладает формой конуса, причем вершина конуса может быть заостренной или закругленной. Основа конуса может обладать радиальной длиной в пределах от умноженной втрое продольной высоты конуса до эквивалентной продольной высоте конуса. Альтернативно, срединная поверхность 30' может обладать параболической формой поперечного сечения, как проиллюстрировано на Фиг. 5Б. Радиальная ширина параболы может быть в пределах от умноженной втрое продольной высоты параболы до эквивалентной продольной высоте параболы. Срединная поверхность 30' может быть симметрично сформирована относительно продольной оси 24 или может быть сформирована не симметрично.
[0035] Как проиллюстрировано на Фиг. 1, устройство регулировки текучей среды 10 может необязательно содержать вторичное устройство в форме контрольного устройства избыточного давления 212, которое работает для перекрытия потока текучей среды через регулирующий клапан 12 в ситуации избыточного давления, пока выходное давление не уменьшится после отказа привода 20. Контрольное устройство 212 в проиллюстрированном варианте реализации изобретения обладает подобным строением, что и привод 20, и контрольное устройство 212 также работает подобным образом, что и привод 20. Поскольку контрольное устройство 212 отвечает только в случае достижения выходным давлением давления отсечки, устанавливаемого диафрагмой 248 и управляющей пружиной 252, диафрагма сборочного узла контрольного устройства 242 и тарелка и балансировочный сборочный узел 244 сконфигурированы подобным образом. Балансирная пружина 214, расположенная между гнездом пружины 286 и стопором диафрагмы 292, смещает тарелку клапана 222 в нормально открытое положение. Соединитель 272 и плечо управления 276 сконфигурированы таким образом, что соединитель 272 только приводит плечо управления 276 в направлении для движения клапанного канала 222 в направлении закрытого положения и в прилегание к стороне входного потока клапанного канала 18 для отсечения потока текучей среды через регулирующий клапан 12. Штифт 272а соединителя 272 зацепляет свободный конец 276б плеча управления 276 для вращения плеча управления 276, в случае если диафрагма 248 и поршень 250 движутся вверх из-за того, что выходное давление превышает давление отсечки. Напротив, верхняя часть 272а соединителя 272 располагается удаленно от плеча управления 276, поэтому движение вниз диафрагмы 248 и поршня 250, вызванное уменьшением выходного давления, не вызывает движения плеча управления 276. Конечно, альтернативные конфигурации контрольных устройств избыточного давления известны специалистам в данной области техники, включая контрольные устройства, выполненные с возможностью закрытия при падении выходного давления ниже нижнего давления отсечки, и рассматриваются изобретателями как применимые в газовых регуляторах в соответствии с настоящим описанием.
[0036] Если на газораспределительную систему подается рабочая нагрузка, например, пользователь, начинает использовать такие приборы, как котел, печь и т.д., прибор втягивает газ из выхода 16 и, соответственно, регулирующей полости 44 привода 20 и регулирующей полости 232 монитора 212, таким образом уменьшая давление, которое измеряется диафрагмами 58, 248. При уменьшении давления, измеряемого диафрагмой 58, возникает дисбаланс сил между силой регулирующей пружины и силой выходного давления на диафрагму 58 так, что регулирующая пружина 62 расширяется и смещает диафрагму 58 и шток 60 вниз относительно корпуса 42. Это заставляет регулирующее плечо 108 провернуться в направлении по часовой стрелке, что в свою очередь вращает палец 113 относительно поверхности штока привода 112. Это позволяет штоку привода 112 и тарелке клапана 22 отойти от выхода 125 клапанного канала 18 вследствие действия силы балансирной пружины 148 для открытия регулирующего клапана 12. В то же время уменьшение давления также может вызвать дисбаланс сил между силой регулирующей пружины и силой выходного давления на диафрагму 248 так, что регулирующая пружина 252 расширяется и смещает диафрагму 248 и шток 250 вниз относительно корпуса 230. Однако, поскольку верхняя часть соединителя 272 расположена удаленно от плеча управления 276, контрольное устройство 212 не реагирует подобным образом на падение давления при движении тарелки клапана 222.
[0037] Когда убирают нагрузку с газораспределительной системы, например когда пользователь отключает прибор, регулятор 10 в исходном положении реагирует уменьшением потока текучей среды через регулирующий клапан 12. По мере того как газ продолжает натекать через клапанный канал 18 и в выходную часть системы, давление увеличивается на выходе 16 и, соответственно, в регулирующей полости 44 привода 20 и регулирующей полости 232 контрольного устройства 212. Когда давление, измеряемое диафрагмой 58, увеличивается и превышает силу регулирующей пружины, диафрагма 58 и шток 60 подвергаются действию силы вверх относительно корпуса 42. Движение вверх вызывает проворачивание управляющего плеча 108 в направлении против часовой стрелки, что в свою очередь приводит шток привода 112 и тарелку клапана 22 в направлении клапанного канала 18 для уменьшения потока текучей среды через регулирующий клапан 12. При нормальных рабочих условиях выходное давление будет падать приблизительно до давления, задаваемого приводом, и оставаться на этом уровне до тех пор, пока не измениться выходная нагрузка таким образом, что вызовет ответ со стороны привода 20.
[0038] Контрольное давление отсечки больше, чем заданное приводом давление, и контрольное устройство 212 обычно не реагирует на изменения давления в нормальном рабочем диапазоне устройства регулировки текучей среды 10. В случае отказа привода 20, такого как, например, разрыв диафрагмы 58, тарелка клапана 22 может остаться открытой, несмотря на превышение выходным давлением заданного приводом давления. В конце концов, давление в точке измерения трубки Пито 216 достигает давления отсечки контрольного устройства 212. Выходное давление, связанное с регулирующей полостью 232 с помощью патрубка контрольного устройства 218, вызывает дисбаланс сил между силой регулирующей пружины и силой выходного давления на диафрагму 248 так, что управляющая пружина 252 расширяется и смещает диафрагму 248 и шток 250 вверх относительно корпуса 230. Когда шток 250 двигается, штифт 272а соединителя 272 вращает плечо управления 276 для приведения в действие привода 278 и передвижения тарелки клапана 222 в прилегание с клапанным каналом 18 для перекрытия потока текучей среды через регулирующий клапан 12. Контрольное устройство 212 будет продолжать удерживать поток текучей среды, пока давление в точке измерения трубки Пито 216 будет оставаться выше контрольного давления отсечки.
[0039] В работе, когда тарелка клапана 22 находится в открытом положении (то есть когда уплотняющая поверхность 156 тарелки клапана 22 не прилегает герметично к клапанному каналу 18), текучая среда течет из входа 14 к выходу 16 через клапанный канал 18. В открытом положении часть текучей среды, текущей из входа 14 к выходу 16, проходит через один или более протоков тарелки 155 и попадает в первую полость 156. Затем текучая среда в первой полости 156 вступает в контакт с регулирующей диафрагмой 144 так, что поверхность регулирующей диафрагмы 144 противоположна клапанному каналу 18 в гидравлической связи с входным давлением, давящим на тарелку клапана 22. В вариантах реализации тарелки клапана 22, которые включают паз 32, сформированный в срединной поверхности 30 (как проиллюстрировано на Фиг. 3А и 3Б), профиль паза улучшает "наддув" на высоких входных давлениях, распределяя входное давление по его воздействию на тарелку клапана 22, таким образом изменяя измерение входного давления регулирующего канала и, в результате, увеличивая пропускную способность устройства регулировки текучей среды 10. В альтернативных вариантах реализации тарелки клапана 22', проиллюстрированных на Фиг. 5А и 5Б, выступ 150 действует для уменьшения "наддува" на низких входных давлениях, перенаправляя поток при его воздействии на тарелку клапана 22, таким образом уменьшая пропускную способность устройства регулировки текучей среды 10. Также, обеспечивая множество балансирных пружин 148, каждая из которых обладает уникальными пружинными характеристиками (например, жесткостью пружины), желаемые тарелки клапанов 22, 22' могут быть доставлены с желаемыми балансирными пружинами 148 для обеспечения выборочной настройки, которая регулирует тарелку и балансировочный сборочный узел 54 для достижения желаемых условий потока.
[0040] Хотя обычные, приведенные в качестве примера варианты реализации изобретения и детали были показаны для иллюстративных целей изобретения, для специалистов в данной области техники будет очевидно, что могут быть сделаны различные изменения в способах и устройствах, описанных в данном документе, без выхода за объем изобретения.
1. Устройство регулирования текучей среды, содержащее:
регулирующий клапан, содержащий вход, выход и клапанный канал, расположенный между входом и выходом;
привод, присоединенный к регулирующему клапану и содержащий тарелку клапана, причем тарелка клапана располагается в регулирующем клапане и выполнена с возможностью смещения по продольной оси между закрытым положением, герметически прилегая к клапанному каналу, и открытым положением, расположенным на удалении от клапанного канала;
тарелку клапана, содержащую:
уплотняющую поверхность, расположенную смежно с внешним радиальным краем тарелки клапана, причем уплотняющая поверхность выполнена с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу в закрытом положении;
срединную поверхность, расположенную радиально внутри уплотняющей поверхности;
паз, сформированный в срединной поверхности, причем указанный паз проходит вдоль оси паза, пролегающей вдоль срединной поверхности перпендикулярно продольной оси, и ось паза по меньшей мере частично изогнута при рассмотрении ее вдоль продольной оси; и
один или более протоков тарелки, продольно пролегающих через тарелку клапана, которые имеют первый конец протока тарелки, расположенный смежно со срединной поверхностью между уплотняющей поверхностью и пазом.
2. Устройство регулирования текучей среды по п. 1, отличающееся тем, что ось паза имеет круглую форму при ее рассмотрении вдоль продольной оси.
3. Устройство регулирования текучей среды по п. 1, отличающееся тем, что ось паза имеет частично круглую форму при ее рассмотрении вдоль продольной оси.
4. Устройство регулирования текучей среды по п. 1, отличающееся тем, что паз обладает не изменяющейся формой поперечного сечения при его рассмотрении вдоль оси паза.
5. Устройство регулирования текучей среды по п. 1, отличающееся тем, что паз содержит плоскую верхнюю стенку, перпендикулярную продольной оси.
6. Устройство регулирования текучей среды по п. 5, отличающееся тем, что паз обладает трапециевидной формой поперечного сечения при его рассмотрении перпендикулярно оси паза, причем трапециевидная форма поперечного сечения содержит первую боковую стенку и вторую боковую стенку, скошенные внутрь по мере того, как каждая из первой и второй боковых стенок пролегает от срединной поверхности и в направлении верхней стенки.
7. Устройство регулирования текучей среды по п. 6, отличающееся тем, что трапециевидная форма поперечного сечения симметрично сформирована относительно оси, перпендикулярной оси паза.
8. Устройство регулирования текучей среды по п. 5, отличающееся тем, что паз обладает по меньшей мере частично изогнутой формой поперечного сечения при его рассмотрении перпендикулярно оси паза.
9. Устройство регулирования текучей среды по п. 1, дополнительно содержащее балансирную пружину, действующую на часть тарелки клапана для смещения тарелки клапана в открытое положение.
10. Устройство регулирования текучей среды по п. 9, отличающееся тем, что балансирная пружина выбрана из множества балансирных пружин для достижения желаемых потоковых условий через устройство регулирования текучей среды.
11. Устройство регулирования текучей среды, содержащее:
регулирующий клапан, содержащий вход, выход и клапанный канал, расположенный между входом и выходом;
привод, присоединенный к регулирующему клапану и содержащий тарелку клапана, причем тарелка клапана располагается в регулирующем клапане и выполнена с возможностью смещения по продольной оси, между закрытым положением, герметически прилегая к клапанному каналу, и открытым положением, расположенным на удалении от клапанного канала;
тарелку клапана, содержащую:
уплотняющую поверхность, расположенную смежно с внешним радиальным краем тарелки клапана, причем уплотняющая поверхность выполнена с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу в закрытом положении;
срединную поверхность, размещенную радиально внутри уплотняющей поверхности, причем срединная поверхность содержит выступ, пролегающий вдоль продольной оси к каналу клапана; и
один или более протоков тарелки, продольно пролегающих через тарелку клапана, которые имеют первый конец протока тарелки, расположенный смежно со срединной поверхностью между уплотняющей поверхностью и выступом.
12. Устройство регулирования текучей среды по п. 11, отличающееся тем, что поперечное сечение срединной поверхности содержит первый край и второй край, и первый край и второй край сходятся по мере пролегания срединной поверхности к клапанному каналу.
13. Устройство регулирования текучей среды по п. 12, отличающееся тем, что первый край и второй край симметричны относительно продольной оси.
14. Устройство регулирования текучей среды по п. 12, отличающееся тем, что срединная поверхность по меньшей мере частично обладает конусной формой.
15. Устройство регулирования текучей среды по п. 12, отличающееся тем, что срединная поверхность обладает параболической формой поперечного сечения.
16. Устройство регулирования текучей среды по п. 12, отличающееся тем, что первый край и второй край прямолинейны.
17. Устройство регулирования текучей среды по п. 12, отличающееся тем, что первый край и второй край по меньшей мере частично изогнуты.
18. Устройство регулирования текучей среды по п. 14, отличающееся тем, что срединная поверхность обладает формой конуса и основа конуса может обладать радиальной длиной в пределах от умноженной втрое продольной высоты конуса до эквивалентной продольной высоте конуса.
19. Устройство регулирования текучей среды по п. 15, отличающееся тем, что радиальная ширина параболы находится в пределах от умноженной втрое продольной высоты параболы до эквивалентной продольной величине параболы.
20. Устройство регулирования текучей среды по п. 11, дополнительно содержащее балансирную пружину, действующую на часть тарелки клапана для смещения тарелки клапана в открытое положение.
21. Устройство регулирования текучей среды по п. 20, отличающееся тем, что балансирная пружина выбрана из множества балансирных пружин для достижения желаемых условий потока через устройство регулирования текучей среды.
22. Способ настройки балансировочного узла в сборе устройства регулирования текучей среды, включающий следующие этапы:
выбор балансирной пружины из множества балансирных пружин, причем каждая из множества балансирных пружин обладает уникальной жесткостью пружины; и
размещение балансирной пружины в устройстве регулирования текучей среды таким образом, чтобы балансировочная пружина смещала тарелку клапана балансировочного узла в сборе от клапанного канала и в открытое положение,
причем тарелка клапана содержит одно из следующего: (1) по меньшей мере паз, сформированный в срединной поверхности тарелки клапана, расположенной внутри уплотняющей поверхности, выполненной с возможностью герметического прилегания к каналу клапана в зарытом положении, причем паз проходит вдоль оси паза, пролегающей вдоль срединной поверхности перпендикулярно продольной оси, пролегающей через тарелку клапана, причем ось паза по меньшей мере частично изогнута при рассмотрении ее вдоль продольной оси, и (2) срединную поверхность, расположенную радиально внутри уплотняющей поверхности, выполненной с возможностью герметического прилегания к клапанному каналу в закрытом положении, причем срединная поверхность содержит выступ, проходящий по продольной оси, пролегающей сквозь тарелку клапана; и
один или более протоков тарелки, продольно пролегающих через тарелку клапана, которые имеют первый конец протока тарелки, расположенный смежно со срединной поверхностью между уплотняющей поверхностью и пазом или выступом.
