Предохранительный клапан с индикацией положения
• Настоящее изобретение относится к контролю сброса среды через предохранительный клапан. Предохранительный клапан содержит корпус поршня и поршень, расположенный внутри корпуса с возможностью возвратно-поступательного перемещения. Предохранительный клапан также содержит датчик положения для определения осевого положения поршня относительно корпуса поршня. Датчик положения содержит корпус датчика, соединенный с корпусом поршня, и подвижный элемент, выполненный с возможностью линейного перемещения относительно корпуса датчика и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с поршнем. По меньшей мере часть корпуса датчика расположена внутри корпуса поршня. Обратный клапан для периодического обеспечения через него потока текучей среды содержит корпус поршня, содержащий головную часть и соединенную с ней полую удлиненную часть, седло клапана, расположенное на открытом конце, и поршень, расположенный в корпусе. Поршень выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса поршня и имеет первый конец, расположенный проксимально по отношению к головной части, и второй конец, расположенный проксимально по отношению к седлу клапана. Клапан содержит смещающий элемент, расположенный между поршнем и корпусом поршня, и датчик положения, который содержит первый чувствительный элемент и второй чувствительный элемент, выполненный с возможностью линейного перемещения относительно первого чувствительного элемента и следования за возвратно-поступательными перемещениями поршня. Первый чувствительный элемент выполнен с возможностью генерирования отклика при перемещении второго чувствительного элемента поршня относительно корпуса поршня. Часть первого чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня. Система предохранительного клапана для соединения с источником текучей среды для защиты от травм и повреждений из-за возможного нарушения технологических параметров содержит предохранительный клапан для периодического обеспечения через него потока текучей среды в случае нарушения технологических параметров. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 3 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет согласно предварительной заявке на изобретение США №61/934,913, поданной 3 февраля 2014 г., под названием «Предохранительный клапан с индикацией положения», содержание которой включено в настоящую заявку во всей своей полноте и для всех целей посредством ссылки.
ЗАЯВЛЕНИЕ О ФИНАНСИРУЕМЫХ ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА ИССЛЕДОВАНИЯХ ИЛИ РАЗРАБОТКАХ
[0001] Не применимо.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Область техники, к которой относится изобретение
[0003] Настоящее изобретение в целом относится к контролю сброса текучей среды через предохранительный клапан. Более конкретно, изобретение относится к устройству для индикации состояния предохранительного клапана, в частности степени открытия клапана.
[0004] Описание уровня техники
[0005] В промышленных процессах и трубопроводах для текучих сред используются предохранительные клапаны для защиты от травм или повреждений вследствие нежелательного или внезапного повышения давления текучей среды или увеличения скорости потока текучей среды, которые также будут называться нарушениями технологических параметров. Предохранительный клапан соединяется с технологической емкостью или технологической линией, т.е. трубопроводом, который требуется защитить. Если в емкости или на линии потока возникает нарушение технологических параметров, предохранительный клапан открывается, чтобы снизить рабочее давление. Как правило, сброшенная через предохранительный клапан текучая среда направляется в бак для хранения, в другой трубопровод, на другой участок производственного процесса или в окружающую среду. Если текучая среда направляется в бак для хранения, ее количество можно впоследствии измерить и закачать текучую среду обратно в технологический процесс или трубопровод. По сравнению с предыдущем случаем, сброс многих типов текучих сред в окружающую среду через предохранительный клапан является более сложной задачей и требует предоставления отчета в один или несколько правительственных органов и, возможно, уплаты денежного штрафа, в зависимости от примерной оценки общего количества сброшенной текучей среды. При любом назначении сбрасываемой технологической текучей среды неоспоримым преимуществом будет наличие оборудования или способа для более точной оценки или для измерения количества технологической текучей среды, которая сбрасывается через предохранительный клапан, без применения традиционного расходомера, использование которого может ограничить поток и увеличить стоимость.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Эти и другие потребности в данной области техники удовлетворяются в одном из вариантов осуществления посредством предохранительного клапана (surge relief valve). В одном варианте осуществления предохранительный клапан содержит корпус поршня, имеющий продольную ось. Кроме того, предохранительный клапан содержит поршень, расположенный внутри указанного корпуса и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль указанной оси. Также, предохранительный клапан содержит датчик положения, выполненный с возможностью определения осевого положения поршня относительно корпуса поршня. В одном варианте осуществления, датчик положения содержит корпус датчика, соединенный с корпусом поршня, и подвижный элемент, выполненный с возможностью линейного перемещения относительно корпуса датчика и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с поршнем. По меньшей мере часть корпуса датчика расположена внутри корпуса поршня, а сам датчик выполнен с возможностью генерирования отклика, который коррелирует с положением поршня относительно корпуса поршня.
[0007] В другом варианте осуществления, обратный клапан для периодического обеспечения через него потока текучей среды содержит корпус поршня, имеющий головную часть и полую удлиненную часть, соединенную с головной частью. Удлиненная часть имеет открытый конец, расположенный напротив головной части. Обратный клапан также содержит седло клапана, расположенное на открытом конце корпуса поршня. Обратный клапан дополнительно содержит поршень, расположенный в корпусе и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса поршня. Поршень имеет первый конец, расположенный проксимально по отношению к головной части, и второй конец, расположенный проксимально по отношению к седлу клапана. Кроме того, обратный клапан содержит смещающий элемент, расположенный между поршнем и корпусом поршня и выполненный с возможностью смещения поршня по направлению от головной части и к седлу клапана. Более того, обратный клапан содержит датчик положения, имеющий первый чувствительный элемент, соединенный с корпусом поршня, и второй чувствительный элемент, выполненный с возможностью линейного перемещения относительно первого чувствительный элемента и следования за возвратно-поступательными перемещениями поршня. Первый чувствительный элемент выполнен с возможностью генерирования отклика при перемещении второго чувствительного элемента поршня относительно корпуса поршня. По меньшей мере часть первого чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня.
[0008] В другом варианте осуществления, система предохранительного клапана для соединения с источником текучей среды для защиты от травм и повреждений из-за возможного нарушения технологических параметров содержит предохранительный клапан для периодического обеспечения через него потока текучей среды в случае нарушения технологических параметров. Клапан содержит корпус поршня, имеющий продольную ось; и поршень, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси. Система предохранительного клапана также содержит датчик линейного положения, содержащий корпус датчика, соединенный с корпусом поршня, и чувствительный элемент, соединенный с корпусом датчика. По меньшей мере часть чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня. Чувствительный элемент выполнен с возможностью генерирования отклика, который коррелирует с положением поршня относительно корпуса поршня.
[0009] Таким образом, описанные здесь варианты осуществления изобретения сочетают в себе признаки и характеристики, направленные на устранение различных недостатков, присущих определенным известным устройствам, системам и способам. Различные признаки и характеристики, описанные выше, а также другие будут очевидны для среднего специалиста в данной области техники благодаря приведенному ниже подробному описанию со ссылками на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0010] Далее приведено более подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
[0011] Фигура 1 - вид сбоку в частичном разрезе системы предохранительного клапана, включающей предохранительный клапан, имеющий датчик положения, в соответствии с описанными здесь принципами.
[0012] Фигура 2 - вид сбоку в разрезе корпуса поршня, показанного на фигуре 1, в соответствии с описанными здесь принципами.
[0013] Фигура 3 - схематическое изображение датчика положения, показанного на фигуре 1, в соответствии с описанными здесь принципами.
ОБОЗНАЧЕНИЯ И ТЕРМИНОЛОГИЯ
[0014] Ниже описаны примеры некоторых вариантов осуществления изобретения. Среднему специалисту в данной области техники будет понятно, что последующее описание имеет широкое применение и обсуждение любого из вариантов приведено только в качестве примера данного варианта осуществления и не ограничивает каким-либо образом объем изобретения, включая формулу изобретения.
[0015] Чертежи не обязательно выполнены в масштабе. Для ясности или краткости некоторые признаки и компоненты, описанные здесь, могут быть показаны в увеличенном масштабе или в схематичном виде, а некоторые детали известных элементов могут быть не показаны. Для ясности и краткости, на некоторых из фигур могут быть опущены один или более компонентов или аспектов компонента, или они могут не иметь ссылочные номера, определяющие признаки или компоненты, которые определены в другом месте. Кроме того, на всех чертежах могут использоваться аналогичные или идентичные ссылочные номера для определения общих или подобных элементов.
[0016] Термин «содержащий» и «включающий» используются в данном описании, в том числе и в формуле изобретения, в открытой форме и должны поэтому трактоваться в значении «содержит, но не ограничивается этим…». Кроме того, термин «соединять» или «соединяет» означает или косвенное, или непосредственное соединение. Таким образом, если первый компонент соединен или соединяется со вторым компонентом, соединение между компонентами может быть выполнено или путем непосредственного взаимодействия двух компонентов, или путем косвенного соединения, которое осуществляется через другие промежуточные компоненты, устройства и/или соединения. Фраза «зависит от» означает «зависит хотя бы отчасти от». Таким образом, если X зависит от Y, X может зависеть от Y и от любого количества других факторов.
[0017] Кроме того, используемые в описании и в формуле изобретения термины «осевой» и «в осевом направлении», как правило означают направление вдоль или параллельно заданной оси (например, центральной оси корпуса или отверстия), при этом термины «радиальный» и «в радиальном направлении» в общем случае означают направление, перпендикулярное оси. Например, осевое расстояние относится к расстоянию, измеренному вдоль или параллельно заданной оси, а радиальное расстояние означает расстояние, измеренное перпендикулярно к оси.
[0018] Любая ссылка на относительное направление или относительное положение по отношению к объекту, например, «верх», «низ», «вверх», «наверх», «верхний», «слева», «налево», «вниз», «нижний» и «по часовой стрелке», приводится для уточнения и касается ориентации, показанной на фигуре описания. Если смотреть на объект в другой ориентации, для описания направления или положения может потребоваться использовать альтернативный термин.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0019] На фигуре 1 показан вариант осуществления системы 100 предохранительного клапана, выполненной с возможностью установки в технологический процесс или соединения с другим источником текучей среды для защиты от травм и повреждений из-за возможного, нежелательного, неожиданного или внезапного повышения давления или увеличения скорости потока технологической текучей среды, что также называется нарушением технологических параметров. Систему 100 можно встроить или соединить с источником текучей среды, который нужно защитить, например, трубой, трубопроводом или емкостью. Система 100 предназначена для уменьшения повышенного давления или потока, а также для указания, оценки, измерения или записи относительной или количественной скорости потока или общего объема текучей среды, сброшенной из технологического процесса или другого источника текучей среды.
[0020] Система 100 предохранительного клапана содержит предохранительный клапан 110, передающее устройство 114, блок 116 контроля клапана и интерфейс 118 пользователя. В некоторых вариантах осуществления клапан 110 также может называться «обратный клапан» или «клапан для регулирования противодавления». Предохранительный клапан 110 дополнительно содержит регулируемый датчик 112 линейного положения, который проходит в клапан 110, корпус 120 клапана, ось 121 клапана, впускное отверстие 122, выпускное или разгрузочное отверстие 124, корпус 126 поршня, расположенный внутри корпуса 120 клапана, поршень 128, расположенный внутри корпуса 126 и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси 121, съемный обратный клапан 130 с компенсатором давления, соединенный с корпусом 126 поршня, и резервуар 134 для текучей среды, соединенный и гидравлически сообщающийся с корпусом 126 поршня. Датчик 112 положения проходит в корпус 126 поршня и выполнен с возможностью указания или измерения осевого положения поршня 128 относительно корпуса 126 поршня. Датчик 112 положения не просто указывает на открытое или закрытое положение клапана, а определяет осевое положение поршня 128 относительно корпуса 126 поршня и отверстий 150 гидросистемы, то есть степень открытия клапана 110. Впускное отверстие 122 предохранительного клапана 110 выполнено с возможностью соединения с емкостью или линией, т.е. трубопроводом (не показан) технологического процесса для гидравлического сообщения. Предохранительный клапан 110 выполнен с возможностью предотвращения или уменьшения вероятности превышения заданного предела давления технологической текучей среды, находящейся внутри впускного отверстия 122, то есть в технологической емкости или линии. Поскольку резервуар 134 для текучей среды выполнен с возможностью вмещения текучей среды под давлением для перемещения поршня 128, предохранительный клапан 110 также называется «газонасыщенный предохранительный клапан» или «газонасыщенный клапан для регулирования противодавления».
[0021] Первое коммуникационное соединение 131 соединяет датчик 112 положения с передающим устройством 114, а второе коммуникационное соединение 132 соединяет передающее устройство 114 с блоком 116 контроля клапана. Третье коммуникационное соединение 133 соединяет блок 116 контроля клапана с интерфейсом 118 пользователя. Любое из коммуникационных соединений 131, 132, 133 может быть любым подходящим соединением, например, таким как проводное или беспроводное соединение, и может включать в себя сетевое соединение для передачи данных по локальной сети или через Интернет. В некоторых случаях передающее устройство 114 выполнено в виде беспроводного передатчика для обеспечения беспроводной связи с блоком 116 контроля клапана. В некоторых случаях блок 116 контроля клапана выполнен в виде беспроводного передатчика для обеспечения беспроводной связи с интерфейсом 118 пользователя. В некоторых вариантах осуществления, передающее устройство 114 выполнено в виде составной части датчика 112 положения так, что первое коммуникационное соединение 131 находится внутри датчика 112 положения или является его частью.
[0022] Согласно фигуре 2, корпус 126 поршня содержит продольную ось 139, совпадающую с осью 121 клапана, съемную головную часть 140 и полую удлиненную часть 142. В собранном виде удлиненная часть 142 корпуса проходит от головной части 140. Удлиненная часть 142 корпуса содержит верхний или закрытый конец 144, соединенный разъемным способом с головной частью 140, нижний или открытый конец 146, расположенный напротив головной части, и, как правило, цилиндрическую полость 148, проходящую между концами 144, 146. В этом варианте осуществления полая удлиненная часть 142 корпуса по существу имеет цилиндрическую форму и выполнена в виде трубчатого элемента. Через боковую стенку удлиненной части 142 корпуса в радиальном направлении проходит множество отверстий 150 гидросистемы, пересекающих также полость 148. Хотя на разрезе, изображенном на фигуре 2, показано в общей сложности восемь отверстий 150 гидросистемы, на практике, в боковой стенке удлиненной части 142 можно выполнить любое подходящее количество отверстий 150 гидросистемы. На открытом конце 146 расположено седло 152 клапана и кольцевое уплотнение 154. Кольцевое уплотнение 154 может, например, иметь вид уплотнительного кольца, изготовленного из упругого материала. Головная часть 140 содержит центральное регулирующее отверстие 156 и отверстие 158, смещенное в радиальном направлении. Оба отверстия 156 и 158 проходят к камере 148 удлиненной части 142 корпуса.
[0023] В варианте осуществления, показанном на фигуре 1 и фигуре 2, корпус 126 поршня выполнен с возможностью размещения в корпусе 120 клапана и удаления из него. Крепежные элементы 162, проходящие через головную часть 140, соединяют корпус 126 поршня с корпусом 120 клапана по поверхности 164. Внутри корпуса 120 клапана открытый конец 146 удлиненной части 142 корпуса или седло 152 клапана взаимодействует с кольцевым фиксирующим выступом 166, расположенным рядом со впускным отверстием 122. Удерживаемая крепежными элементами 162 головная часть 140 оказывает сжимающее усилие на удлиненную часть 142 корпуса, а фиксирующий выступ 166 обеспечивает противодействующую силу, что позволяет удлиненной части 142 корпуса соединяться с головной частью 140. В некоторых вариантах осуществления удлиненная часть 142 корпуса соединяется с головной частью 140 посредством дополнительных крепежных элементов или механизмов.
[0024] В некоторых вариантах осуществления полость 148 или полая удлиненная часть 142 корпуса 126 поршня выполнена в виде составной части корпуса 120 клапана и не является отдельным съемным элементом. Таким образом, в различных вариантах осуществления корпус 120 клапана может рассматриваться как содержащий корпус поршня или корпус 126 поршня может рассматриваться как содержащий корпус клапана.
[0025] Согласно фигуре 1, поршень 128 содержит по существу цилиндрический корпус 170, открытый конец 172, закрытый конец 174, расположенный напротив открытого конца 172, и внутреннюю полость 176, проходящую между концами 172 и 174. Поршень 128 расположен внутри полости 148 корпуса 126 поршня и имеет открытый конец 172, расположенный проксимально от головной части 140 и закрытый конец 144 удлиненной части 142 корпуса. Закрытый конец 174 поршня является проксимальным по отношению к седлу 152 клапана и дистальным по отношению к головной части 140. Внутренняя полость 176 поршня и верхняя часть полости 148 образуют камеру 180 с переменным объемом, проходящую между внутренней стороной закрытого конца 174 поршня и головной частью 140. Камера 180 гидравлически сообщается с регулирующим отверстием 156. Внутри регулирующего отверстия 156 находится обратный клапан 130 для регулирования скорости обмена текучей средой между камерой 180 и резервуаром 134 для текучей среды. Обратный клапан 130 позволяет текучей среде течь в любом направлении относительно оси 121. Обратный клапан 130 содержит пластину 181 с отверстием постоянного диаметра, обеспечивая постоянное проходное сечение потока для рабочей текучей среды в клапане 110, чтобы направить текучую среду из резервуара 134 для текучей среды в камеру 180, когда поршень 128 возвращается в направлении седла 152 клапана, закрывая клапан 110. Когда клапан 110 открывается, пластина 181 может смещаться в сторону от остальной части клапана 130 и от поршня 128, обеспечивая большее проходное сечение потока через обратный клапан 130, когда рабочая текучая среда течет из камеры 180 в резервуар 134 для текучей среды.
[0026] Между поршнем 128 и корпусом 126 поршня расположен смещающий элемент 182, выполненный с возможностью смещения поршня 126 по направлению от головной части 140 и к седлу 152 клапана. На фигуре 1 смещающий элемент 182 показан в виде цилиндрической винтовой пружины сжатия.
[0027] На фигуре 3 показано схематическое изображение варианта осуществления датчика 112 положения. Датчик 112 положения представляет собой линейный преобразователь и содержит корпус 190 датчика, продольную ось 191, преобразующий чувствительный элемент 192, находящийся внутри корпуса 190, подвижный элемент 194, выполненный с возможностью линейного перемещения вдоль оси 191 относительно чувствительного элемента 192, и смещающий элемент 197, выполненный с возможностью выталкивания подвижного элемента 194 из корпуса 190. На этой схеме смещающий элемент 197 показан в виде цилиндрической винтовой пружины сжатия. Подвижный элемент 194 также может называться «второй чувствительный элемент». В примере, показанном на фигуре 3, подвижный элемент 194 представляет собой плунжерный шток, принятый с возможностью скольжения внутрь корпуса 190 датчика и проходящий наружу из корпуса 190 датчика. Плунжерный шток содержит контактный конец 195, который выполнен дистальным по отношению к корпусу 190 датчика и имеет гладкую, закругленную поверхность. Фланец 196 соединен с корпусом 190 датчика посредством, например, сварки и находится на таком расстоянии от нижнего конца 198, что корпус 190 датчика выполнен с возможностью прохождения в головную часть 140 или в камеру 180 (фигура 1). В некоторых вариантах осуществления корпус 190 датчика полностью расположен внутри корпуса 126 поршня.
[0028] Согласно фигуре 1, фланец 196 герметично соединяет датчик 112 положения с головной частью 140 при помощи, например, крепежных элементов и уплотнительного кольца или другого уплотнительного элемента. В некоторых вариантах осуществления нижний конец 198 имеет резьбу, а отверстие 158 в корпусе 126 поршня также имеет резьбу для приема нижнего конца 198. По меньшей мере часть чувствительного элемента 192 расположена внутри корпуса 126 поршня, например, в головной части 140 или в камере 180. Контактный конец 195 плунжерного штока 194, то есть, подвижный элемент, проходит до радиальной кольцевой поверхности конца 172 поршня. Благодаря действию смещающего элемента 197, плунжерный шток 194 смещается по направлению к поршню так, что контактный конец 195 взаимодействует с поршнем 128, касаясь поршня 128, и поэтому может перемещаться в продольном направлении вместе с поршнем 128, т.е. следовать за возвратно-поступательными перемещениями поршня 128. Тем не менее, плунжерный шток 194 не прикреплен и не соединен каким-либо иным образом с поршнем 128, и поэтому поршень 128 может толкать плунжерный шток 194 по направлению к головной части 140, но не может вытягивать плунжерный шток 194 в направлении седла 152 клапана. С помощью чувствительных элементов 192 и 194 датчик 112 может обнаруживать и определять широкие или постепенные перемещения поршня 128 вдоль оси 121 клапана и относительно отверстий 150 гидросистемы. В других вариантах осуществления подвижный элемент 194 соединен или прикреплен к поршню 128 посредством какого-либо соединения, что позволяет поршню 128 и толкать и тянуть подвижный элемент 194.
[0029] Когда подвижный элемент 194 линейно перемещается относительно чувствительного элемента 192 вдоль оси 191, то происходит изменение измеряемой, регистрируемой характеристики преобразующего чувствительного элемента 192. В общем случае, переменной, измеряемой характеристикой чувствительного элемента 192 может быть электрическое сопротивление, электрическая индуктивность, электрическая емкость, разность напряжений, выходной ток, измерение расстояния или другая соответствующая характеристика, которая может регистрироваться на первом коммуникационном соединении 131 с помощью передающего устройства 114. Таким образом, когда плунжерный шток 194 перемещается относительно чувствительного элемента 192 и корпуса 190 датчика, датчик 112 или, конкретнее, чувствительный элемент 192 выполнен с возможностью генерирования переменного отклика или переменного сигнала отклика. Отклик может быть сопоставлен (коррелирован) с положением подвижного элемента 194 относительно чувствительного элемента 192. Отклик датчика 112 может представлять собой аналоговый или цифровой сигнал. Отклик датчика 112 в клапане 110 монотонно изменяется, когда поршень 128 перемещается в одном направлении вдоль оси 121 между седлом 152 клапана и головной частью 140 вместе с плунжерным штоком 194, следующим за поршнем 128. При перемещении поршня 128 вдоль оси 121 в противоположном направлении отклик датчика 112 снова монотонно изменяется. Датчик 112 может обнаруживать и определять перемещение поршня 128 в любом направлении вдоль оси 112. Направление перемещения может определяться на основе отклика датчика 112. В примере, изображенном на фигуре 1, датчик 112 может представлять собой линейно регулируемый дифференциальный трансформатор (ЛРДТ), в котором отклик чувствительного элемента 192 на перемещение плунжерного штока 194 в обоих направлениях является и монотонным и линейным.
[0030] Резервуар 134 для текучей среды является полым и содержит колено 210, проходящее вверх от головной части 126, а также камеру 212 давления, соединенную с коленом 210 для гидравлического сообщения. Резервуар 134 гидравлически сообщается с регулирующим отверстием 156, обратным клапаном 130 и камерой 180 с переменным объемом. Первая рабочая текучая среда, такая как, например, несжимаемое масло, заполняет камеру 180 и часть резервуара 134. Остальная часть резервуара 134, то есть верхняя часть камеры 212 давления, заполняется второй, сжимаемой рабочей текучей средой, например, такой как азот. С помощью ниппеля 213, находящегося на камере 212 давления, можно снаружи контролировать или регулировать давление сжимаемой рабочей текучей среды. Сами рабочие текучие среды на фигуре 1 не отображены, но указана граница 214 между первой рабочей текучей средой и сжимаемой рабочей текучей средой. Указанное положение границы 214 является характерным из различных возможных мест. Положение границы 214 изменяется в зависимости от выбранного количества двух текучих сред и от изменения положения поршня 128 относительно головной части 126. Давление и объем сжимаемой текучей среды зависят, хотя бы отчасти, от положения поршня 128 относительно головной части 126. Когда предохранительный клапан 110 установлен для работы, граница 214 и, следовательно, хотя бы часть резервуара 134 расположены вертикально над головной частью 126 и над камерой 180, чтобы снизить или блокировать проникновение сжимаемой рабочей текучей среды в камеру 180.
[0031] Во время эксплуатации предохранительного клапана 110 впускное отверстие 122 соединено с технологическим оборудованием (не показано) и взаимодействует с технологической текучей средой (не показана), давление которой может изменяться. Технологическая текучая среда, находящаяся внутри впускного отверстия 122, оказывает открывающее усилие 220 на всю внешнюю поверхность закрытого конца 174 поршня, пытаясь переместить поршень 128 по направлению к головной части 140. Однако пружина 182, а также давление первой и второй рабочих текучих сред, расположенных в камере 180 и резервуаре 134 для текучей среды, оказывают на поршень 128 противодействующее запирающее усилие 225, для смещения поршня 128 в направлении седла 152 клапана и уплотнения 154. При нормальных условиях эксплуатации, запирающее усилие 225 превышает открывающее усилие 220 технологической текучей среды, находящейся во впускном отверстии 122, и поэтому поршень 128 остается герметично закрытым на седле 152 клапана и уплотнении 154. На фигуре 1 показан случай, когда клапан закрыт. Когда предохранительный клапан 110 находится в закрытом положении, максимально допустимое давление технологической текучей среды, находящейся внутри впускного отверстия 122, определяется, по меньшей мере отчасти, коэффициентом жесткости (т.е. упругостью) пружины 182 и давлением первой и второй рабочих текучих сред.
[0032] В некоторых случаях давление технологической текучей среды внутри впускного отверстия 122 возрастает, и приложенное открывающее усилие 220 становится больше запирающего усилия 225. То есть, давление технологической текучей среды превышает максимально допустимый предел, установленный для предохранительного клапана 110. Следовательно, поршень 128 сжимает пружину 182 и рабочие текучие среды, находящиеся в камере 180 и в резервуаре 134. Поршень 128 перемещается по направлению к головной части 140, соскальзывая закрытым концом 174 и частично приоткрывая отверстия 150 гидросистемы. В результате чего клапан 110 открывается, то есть благодаря отверстиям 150 гидросистемы между впускным отверстием 122 и разгрузочным отверстием 124 устанавливается гидравлическое сообщение, что позволяет технологической текучей среде течь из области с высоким давлением на впускном отверстии 122 в область с низким давлением на разгрузочном отверстии 124. Давление технологической текучей среды во впускном отверстии 122 и степень открытия отверстий 150 гидросистемы влияют на скорость течения технологической текучей среды из впускного отверстия 122 в разгрузочное отверстие 124. С помощью датчика 112 положения, который регистрирует осевое перемещение поршня 128 относительно корпуса 126 поршня, указывается или измеряется степень открытия клапана 110 и отверстий 150 гидросистемы.
[0033] Отклик датчика 112 принимается или регистрируется передающим устройством 114 и передается на блок 116 контроля клапана, выполнен с возможностью оценивания или измерения скорости потока технологической текучей среды, проходящей из впускного отверстия 122 в разгрузочное отверстие 124, на основании степени открытия отверстий 150 гидросистемы. Аналогичным образом, блок 116 контроля клапана выполнен с возможностью суммирования потока текучей среды, проходящей через клапан 110 за определенный период времени, чтобы оценить или измерить общее количество сброшенной текучей среды. Значение расхода технологической текучей среды, проходящей через разгрузочное отверстие 124, обрабатывается или хранится в блоке 116 контроля клапана и может отображаться на интерфейсе 118 пользователя. Таким образом, датчик 112 положения системы 100 предоставляет средства для указания, оценки, измерения или записи относительной или количественной скорости потока или общего объема текучей среды, проходящей через разгрузочное отверстие 124.
[0034] Как описано выше, поток технологической текучей среды из впускного отверстия 122 в разгрузочное отверстие 124 снижает давление оставшейся технологической текучей среды внутри впускного отверстия 122. В конечном счете, запирающее усилие 225 опять становится больше открывающего усилия 220, в результате чего поршень 128 снова взаимодействует с седлом 152 клапана, закрывая клапан 110.
[0035] Таким образом, через клапан 110 периодически может проходить поток текучей среды, в зависимости от давления технологической текучей среды на входном отверстии 122 и характеристик клапана 110, например коэффициента жесткости пружины 182 и давления первой и второй рабочих текучих сред в резервуаре 134 для текучей среды. Датчик 112 определения переменного положения определяет положение и генерирует отклик, который коррелирует со степенью открытия клапана 110 и скоростью потока текучей среды через разгрузочное отверстие 124.
[0036] Предполагаются также дополнительные варианты осуществления, которые имеют некоторые общие характеристики с одним или более вариантами осуществления, описанными ранее. Кроме того, в соответствии с описанными здесь принципами, на основе признаков и действий различных вариантов осуществления можно разработать способ контроля степени открытия предохранительного клапана.
[0037] Несмотря на то, что в приведенном варианте осуществления датчика 112 определения переменного положения подвижный элемент 194 представляет собой плунжерный шток, принимаемый с возможностью скольжения внутрь корпуса 190 датчика и проходящий наружу из корпуса 190 датчика, в других вариантах осуществления подвижный элемент (или второй чувствительный элемент) может быть выполнен по-другому. Например, подвижным элементом может быть магнитный элемент, выполненный с возможностью перемещения вдоль внешней стержнеобразной части корпуса датчика, содержащей первый чувствительный элемент 192. Магнитный элемент может удерживаться в фиксированном положении относительно поршня 128, возможно, ближе к середине нижнего конца 174 или вдоль боковой стенки корпуса 170.
[0038] Хотя определенные функции были приписаны блоку 116 контроля клапана, в некоторых вариантах осуществления другие компоненты могут выполнять эти функции или разделять их между собой. Например, в различных вариантах осуществления один или несколько датчиков 112, передающих устройств 114, блоков 116 контроля клапана, интерфейсов 118 пользователя или отдельных компонентов, соединенных для связи с системой 100 предохранительного клапана, выполнены с возможностью оценивания (или разделения этой оценки между собой) скорости потока или общего количества технологической текучей среды, проходящей из впускного отверстия 122 в разгрузочное отверстие 124. Поэтому можно также считать, что блок 116 контроля клапана может быть распределен между различными компонентами, например, такими как датчик 112, передающее устройство 114 и интерфейс 118 пользователя.
[0039] В варианте осуществления, предохранительный клапан содержит корпус поршня, имеющий продольную ось, а также содержит поршень, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси. Предохранительный клапан также содержит датчик положения, выполненный с возможностью определения осевого положения поршня относительно корпуса поршня. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления, датчик положения содержит корпус датчика, соединенный с корпусом поршня, и подвижный элемент, выполненный с возможностью линейного перемещения относительно корпуса датчика и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с поршнем. По меньшей мере часть корпуса датчика расположена внутри корпуса поршня, а сам датчик выполнен с возможностью генерирования отклика, который коррелирует с положением поршня относительно корпуса поршня.
[0040] В некоторых вариантах осуществления предохранительного клапана, подвижный элемент представляет собой плунжерный шток, принимаемый с возможностью скольжения корпусом датчика, а плунжерный шток содержит контактный конец, расположенный дистально по отношению к корпусу датчика, при этом контактный конец выполнен с возможностью взаимодействия с поршнем.
[0041] В некоторых вариантах осуществления датчик положения дополнительно содержит смещающий элемент, выполненный с возможностью смещения контактного конца во взаимодействие с поршнем. В некоторых вариантах осуществления смещающим элементом является пружина. В некоторых вариантах осуществления, где имеется смещающий элемент, плунжерный шток проходит от корпуса датчика и не прикреплен к поршню.
[0042] В некоторых вариантах осуществления подвижный элемент полностью расположен внутри корпуса поршня.
[0043] В некоторых вариантах осуществления датчик положения предохранительного клапана дополнительно содержит чувствительный элемент, расположенный в корпусе датчика, а чувствительный элемент выполнен с возможностью генерирования отклика, который коррелирует с положением подвижного элемента относительно корпуса датчика; при этом, по меньшей мере часть чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня. В некоторых вариантах осуществления подвижный элемент содержит магнитный элемент.
[0044] В другом варианте осуществления, обратный клапан для периодического обеспечения через него потока текучей среды содержит корпус поршня, имеющий головную часть и полую удлиненную часть, соединенную с головной частью. Удлиненная часть имеет открытый конец, расположенный напротив головной части. Обратный клапан также содержит седло клапана, расположенное на открытом конце корпуса поршня. Обратный клапан дополнительно содержит поршень, расположенный в корпусе и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса поршня. Поршень имеет первый конец, расположенный проксимально по отношению к головной части, и второй конец, расположенный проксимально по отношению к седлу клапана. Кроме того, обратный клапан содержит смещающий элемент, расположенный между поршнем и корпусом поршня и выполненный с возможностью смещения поршня по направлению от головной части и к седлу клапана. Более того, обратный клапан содержит датчик положения, имеющий первый чувствительный элемент, соединенный с корпусом поршня, и второй чувствительный элемент, выполненный с возможностью линейного перемещения относительно первого чувствительного элемента и следования за возвратно-поступательными перемещениями поршня. Первый чувствительный элемент выполнен с возможностью генерирования отклика, при перемещении второго чувствительного элемента поршня относительно корпуса поршня. По меньшей мере часть первого чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня.
[0045] В некоторых вариантах осуществления обратного клапана второй чувствительный элемент взаимодействует с первым концом поршня.
[0046] В некоторых вариантах осуществления обратного клапана датчик положения дополнительно содержит корпус датчика, в котором расположен первый чувствительный элемент, а второй чувствительный элемент содержит плунжерный шток, принимаемый с возможностью скольжения корпусом датчика и выполненный с возможностью следования за возвратно-поступательным перемещением поршня. В некоторых вариантах осуществления датчик положения дополнительно содержит смещающий элемент, выполненный с возможностью смещения плунжерного штока во взаимодействие с поршнем; при этом, плунжерный шток не прикреплен к поршню. В некоторых вариантах осуществления поршень имеет по существу цилиндрическую форму, а плунжерный шток содержит контактный конец, выполненный с возможностью обеспечения вращения поршня независимо от плунжерного штока.
[0047] В другом варианте осуществления система предохранительного клапана для соединения с источником текучей среды для защиты от травм и повреждений из-за возможного нарушения технологических параметров, содержит предохранительный клапан, для периодического обеспечения через него потока текучей среды в случае нарушения технологических параметров. Клапан содержит корпус поршня, имеющий продольную ось; и поршень, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси. Система предохранительного клапана также содержит датчик линейного положения, содержащий корпус датчика, соединенный с корпусом поршня, и чувствительный элемент, соединенный с корпусом датчика. По меньшей мере часть чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня. Чувствительный элемент выполнен с возможностью генерирования отклика, который коррелирует с положением поршня относительно корпуса поршня.
[0048] В некоторых вариантах осуществления система предохранительного клапана дополнительно содержит передающее устройство, соединенное для связи с чувствительным элементом, а также блок контроля клапана, соединенный для связи с чувствительным элементом и передающим устройством и выполненный с возможностью измерения потока текучей среды, проходящего через клапан. В некоторых вариантах осуществления передающее устройство расположено внутри датчика.
[0049] В некоторых вариантах осуществления системы предохранительного клапана датчик линейного положения дополнительно содержит подвижный элемент, выполненный с возможностью следования за возвратно-поступательным перемещением поршня с обеспечением вращения поршня вокруг оси, а отклик чувствительного элемента коррелирует с положением подвижного элемента относительно чувствительного элемента. В некоторых вариантах осуществления подвижный элемент содержит плунжерный шток, соединенный с возможностью скольжения с корпусом датчика и имеющий закругленный контактный конец для касания поршня.
В некоторых вариантах осуществления системы предохранительного клапана датчик линейного положения дополнительно содержит подвижный элемент, расположенный в фиксированном положении относительно поршня и выполненный с возможностью следования за возвратно-поступательным перемещением поршня в двух осевых направлениях, а отклик чувствительного элемента коррелирован с положением подвижного элемента относительно чувствительного элемента.
Хотя были показаны и описаны различные варианты осуществления, средний специалист в данной области техники может выполнить различные модификации без выхода за рамки и не отступая от принципов настоящего изобретения. Варианты осуществления, описанные здесь, приведены только для примера и не являются ограничивающими. Возможны другие различные варианты и модификации систем, устройств и способов, описанных здесь, без отступления от сущности и объема изобретения. Соответственно, объем охраны не ограничивается описанными здесь вариантами, а ограничивается только приведенной ниже формулой изобретения, объем которой должен включать в себя все эквиваленты предмета изобретения согласно формуле изобретения. Включение в письменное описание или фигуру какого-либо конкретного этапа способа или действия не означает, что конкретный этап или действие обязательно необходимы для способа. Если явно не указано иное, этапы или действия, приведенные в описании способа или в формуле изобретения, могут выполняться в любом порядке, а в некоторых вариантах осуществления два или более этапов или действий могут выполняться одновременно, а не последовательно.
1. Предохранительный клапан, содержащий:
корпус поршня, имеющий продольную ось;
поршень, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль указанной оси; и
датчик положения, выполненный с возможностью определения осевых положений поршня относительно корпуса поршня, причем датчик положения содержит:
корпус датчика, соединенный с корпусом поршня; и
подвижный элемент, выполненный с возможностью линейного перемещения относительно корпуса датчика и выполненный с возможностью перемещения в осевом направлении вместе с поршнем;
причем по меньшей мере часть корпуса датчика расположена внутри корпуса поршня; и
датчик выполнен с возможностью генерирования отклика, который коррелирует с положением поршня относительно корпуса поршня.
2. Предохранительный клапан по п. 1, в котором подвижный элемент выполнен в виде плунжерного штока, принимаемого с возможностью скольжения корпусом датчика;
причем плунжерный шток содержит контактный конец, расположенный дистально по отношению к корпусу датчика;
причем контактный конец выполнен с возможностью взаимодействия с поршнем.
3. Предохранительный клапан по п. 2, в котором датчик положения дополнительно содержит смещающий элемент, выполненный с возможностью смещения контактного конца во взаимодействие с поршнем.
4. Предохранительный клапан по п. 3, в котором смещающий элемент выполнен в виде пружины.
5. Предохранительный клапан по п. 3, в котором плунжерный шток проходит от корпуса датчика и не прикреплен к поршню.
6. Предохранительный клапан по п. 1, в котором подвижный элемент полностью расположен внутри корпуса поршня.
7. Предохранительный клапан по п. 1, в котором датчик положения дополнительно содержит чувствительный элемент, расположенный в корпусе датчика и выполненный с возможностью генерирования отклика датчика;
причем отклик коррелирует с положением подвижного элемента относительно корпуса датчика; и
по меньшей мере часть чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня.
8. Предохранительный клапан по п. 1, в котором подвижный элемент содержит магнитный элемент.
9. Обратный клапан для периодического обеспечения через него потока текучей среды, содержащий:
корпус поршня, содержащий головную часть и соединенную с ней полую удлиненную часть, причем удлиненная часть имеет открытый конец, расположенный напротив головной части;
седло клапана, расположенное на открытом конце;
поршень, расположенный в корпусе, выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно корпуса поршня и имеющий первый конец, расположенный проксимально по отношению к головной части, и второй конец, расположенный проксимально по отношению к седлу клапана;
смещающий элемент, расположенный между поршнем и корпусом поршня и выполненный с возможностью смещения поршня по направлению от головной части и к седлу клапана;
датчик положения, содержащий:
первый чувствительный элемент, соединенный с корпусом поршня; и
второй чувствительный элемент, выполненный с возможностью линейного перемещения относительно первого чувствительного элемента и следования за возвратно-поступательными перемещениями поршня;
причем первый чувствительный элемент выполнен с возможностью генерирования отклика при перемещении второго чувствительного элемента поршня относительно корпуса поршня; и
по меньшей мере часть первого чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня.
10. Обратный клапан по п. 9, в котором второй чувствительный элемент взаимодействует с первым концом поршня.
11. Обратный клапан по п. 9, в котором датчик положения дополнительно содержит корпус датчика, в котором расположен первый чувствительный элемент; а второй чувствительный элемент содержит плунжерный шток, принимаемый с возможностью скольжения корпусом датчика и выполненный с возможностью следования за возвратно-поступательным перемещением поршня.
12. Обратный клапан по п. 11, в котором датчик положения дополнительно содержит смещающий элемент, выполненный с возможностью смещения плунжерного штока во взаимодействие с поршнем; причем плунжерный шток не прикреплен к поршню.
13. Обратный клапан по п. 12, в котором поршень имеет по существу цилиндрическую форму; а
плунжерный шток содержит контактный конец, выполненный с возможностью обеспечения вращения поршня независимо от плунжерного штока.
14. Система предохранительного клапана для соединения с источником текучей среды для защиты от травм и повреждений из-за возможного нарушения технологических параметров, содержащая:
предохранительный клапан для периодического обеспечения через него потока текучей среды в случае нарушения технологических параметров, содержащий:
корпус поршня, имеющий продольную ось;
поршень, расположенный внутри корпуса и выполненный с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси; и
датчик линейного положения, содержащий корпус датчика, соединенный с корпусом поршня, и чувствительный элемент, соединенный с корпусом датчика;
причем по меньшей мере часть чувствительного элемента расположена внутри корпуса поршня; а
чувствительный элемент выполнен с возможностью генерирования отклика, который коррелирует с осевым положением поршня относительно корпуса поршня.
15. Система предохранительного клапана по п. 14, дополнительно содержащая
передающее устройство, соединенное для связи с чувствительным элементом; и
блок контроля клапана, соединенный для связи с чувствительным элементом и передающим устройством и выполненный с возможностью измерения потока текучей среды, проходящего через клапан.
16. Система предохранительного клапана по п. 15, в которой передающее устройство расположено внутри датчика.
17. Система предохранительного клапана по п. 14, в которой датчик линейного положения дополнительно содержит подвижный элемент, выполненный с возможностью следования за возвратно-поступательным перемещением поршня с обеспечением вращения поршня вокруг оси;
причем отклик чувствительного элемента коррелирован с положением подвижного элемента относительно чувствительного элемента.
18. Система предохранительного клапана по п. 17, в которой подвижный элемент содержит плунжерный шток, соединенный с возможностью скольжения с корпусом датчика и имеющий закругленный контактный конец для касания поршня.
19. Система предохранительного клапана по п. 14, в которой датчик линейного положения дополнительно содержит подвижный элемент, расположенный в фиксированном положении относительно поршня и выполненный с возможностью следования за возвратно-поступательным перемещением поршня в двух осевых направлениях;
причем отклик чувствительного элемента коррелирован с положением подвижного элемента относительно чувствительного элемента.
