Устройство для регулирования потока текучей среды (варианты) и система управления технологическим процессом с текучей средой - RU2612236C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к объемным бустерам и пневматическим системам, содержащим объемные бустеры.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Известны системы для управления потоком текучих сред, таких как сжатый воздух, природный газ, нефть, пропан или тому подобное. Эти системы часто содержат по меньшей мере один регулирующий клапан для управления различными параметрами потока текучей среды. Типичные регулирующие клапаны содержат регулирующий элемент, такой, например, как затвор клапана, расположенный с возможностью перемещения на пути потока, для управления потоком текучей среды. Позицией такого регулирующего элемента может управлять установочное приспособление посредством пневматического исполнительно-приводного механизма, такого как известные поршневой или диафрагменный исполнительно-приводные механизмы. Традиционные установочные приспособления подают пневматические сигналы в исполнительно-приводной механизм для перемещения регулирующего элемента клапана, например, между открытым и закрытым положениями. Однако, скорость, с которой обычное установочное приспособление может вызвать перемещение регулирующего клапана, частично зависит от размеров исполнительно-приводного механизма и регулирующего клапана. Например, перемещение больших исполнительно-приводных механизмов/регулирующих клапанов обычно занимает больше времени.

[0003] С учетом вышесказанного, в указанных системах помимо прочего используют один или большее количество объемных бустеров, расположенных между установочным приспособлением и исполнительно-приводным механизмом. Для клапанов одностороннего действия обычно используется одиночный объемный бустер. Для клапанов двойного действия используют два объемных бустера, расположенные по одному с каждой стороны регулирующего элемента исполнительно-приводного механизма (т.е. поршня или диафрагмы), соединенных с клапаном. Объемные бустеры используют для увеличения объема пневматического сигнала, переданного от установочного приспособления, и таким образом повышают скорость, с который исполнительно-приводной механизм перемещает регулирующий клапан.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] Согласно одному аспекту настоящего изобретения устройство для регулирования потока текучей среды содержит: питающий канал, выходной канал, вентиляционный канал, картридж дросселя, узел диафрагмы и регулирующий элемент. Питающий канал предназначен для приема питающей текучей среды под давлением. Выходной канал предназначен для подачи питающей текучей среды под давлением. Вентиляционный канал предназначен для вентилирования питающей текучей среды под давлением. Картридж дросселя расположен между питающим каналом и выходным каналом и между выходным каналом и вентиляционным каналом. Указанный картридж дросселя образует питающий канал картриджа, расположенный вдоль питающего пути, проходящего между питающим каналом и выходным каналом, и верхнюю плоскую поверхность, расположенную вдоль выпускного пути, проходящего между выходным каналом и вентиляционным каналом. Узел диафрагмы расположен между выходным каналом и вентиляционным каналом и образует выпускной канал вдоль выпускного пути. Регулирующий элемент расположен с возможностью перемещения в картридже дросселя и содержит питающий затвор, выпускной затвор и шток, проходящий между питающим и выпускным затворами. Питающий затвор находится в выборочном взаимодействии с питающим каналом картриджа дросселя и таким образом закрывает питающий путь. Выпускной затвор находится в выборочном взаимодействии с выпускным каналом узла диафрагмы и таким образом закрывает выпускной путь. Выпускной затвор содержит нижнюю плоскую поверхность, которая расположена на границе раздела между выпускным затвором и штоком и является компланарной с верхней плоской поверхностью картриджа дросселя.

[0005] Согласно другому аспекту настоящего изобретения устройство для регулирования потока текучей среды содержит: корпус, кожух диафрагмы, крышку пружины, питающий путь, выпускной путь, картридж дросселя, узел диафрагмы и регулирующий элемент. Корпус образует питающий канал, выполненный с возможностью соединения по меньшей мере с одним источником сжатого воздуха, и выходной канал, выполненный с возможностью соединения с исполнительно-приводным механизмом регулирующего клапана. Кожух диафрагмы соединен с корпусом устройства для регулирования расхода текучей среды и образует вентиляционный канал, выполненный с возможностью гидравлической связи с окружающей атмосферой. Крышка пружины соединена с кожухом диафрагмы и образует канал управляющего сигнала, выполненный с возможностью приема пневматического управляющего сигнала. Питающий путь проходит между питающим и выходным каналами корпуса. Выпускной путь проходит между выходным каналом корпуса и вентиляционным каналом кожуха диафрагмы. Картридж дросселя расположен в корпусе и образует питающий канал картриджа, расположенный вдоль питающего пути между питающим и выходным каналами корпуса, и верхнюю плоскую поверхность, расположенную вдоль выпускного пути между выходным каналом корпуса и вентиляционным каналом кожуха диафрагмы. Узел диафрагмы расположен внутри кожуха диафрагмы и образует выпускной канал, расположенный вдоль выпускного пути между выходным каналом корпуса и вентиляционным каналом кожуха диафрагмы.

[0006] Регулирующий элемент расположен внутри корпуса и содержит питающий затвор, выпускной затвор и шток, проходящий между питающим и выпускным затворами, причем указанный выпускной затвор содержит нижнюю плоскую поверхность на границе раздела между выпускным затвором и штоком. Регулирующий элемент и узел диафрагмы выполнены с возможностью перемещения в корпусе и кожухе диафрагмы соответственно относительно положения покоя, в котором посадочная нагрузка питающего канала принуждает питающий затвор к взаимодействию с питающим каналом картриджа, а посадочная нагрузка выпускного канала одновременно принуждает выпускной канал узла диафрагмы к взаимодействию с выпускным затвором регулирующего элемента для закрывания выпускного пути. Верхняя плоская поверхность картриджа дросселя выровнена с нижней плоской поверхностью выпускного затвора, когда регулирующий элемент и узел диафрагмы находятся в положении покоя.

[0007] Согласно другому аспекту настоящего изобретения предложена система управления процессом с текучей средой, содержащая: регулирующий клапан; первичный источник текучей среды под давлением; вторичный источник текучей среды под давлением; первый объемный бустер и второй объемный бустер и установочное приспособление. Исполнительно-приводной механизм функционально соединен с регулирующим клапаном и содержит поршень, первый управляющий канал, сообщающийся по текучей среде с первой поверхностью поршня, и второй управляющий канал, сообщающийся по текучей среде со второй поверхностью поршня. Первичный источник текучей среды под давлением предназначен для активирования исполнительно-приводного механизма во время нормального рабочего режима. Вторичный источник текучей среды под давлением предназначен для активирования исполнительно-приводного механизма во время режима отключения. Первый объемный бустер сообщается по текучей среде с первым управляющим каналом исполнительно-приводного механизма и первичным источником текучей среды под давлением. Первый объемный бустер выполнен с возможностью увеличения объема текучей среды под давлением, поданной в первый управляющий канал из первичного источника текучей среды под давлением во время нормального рабочего режима. Второй объемный бустер сообщается по текучей среде со вторым управляющим каналом исполнительно-приводного механизма, первичным источником текучей среды под давлением и вторичным источником текучей среды под давлением. Второй объемный бустер выполнен с возможностью увеличения объема текучей среды под давлением, поданной во второй управляющий канал из первичного источника текучей среды под давлением во время нормального рабочего режима и вторичного источника текучей среды под давлением во время режима отключения. Установочное приспособление имеет входной канал, сообщающийся по текучей среде с первичным источником текучей среды под давлением, первый выходной канал, сообщающийся по текучей среде с управляющим сигнальным входом первого объемного бустера, и второй выходной канал, сообщающийся по текучей среде с управляющим сигнальным входом второго объемного бустера. Установочное приспособление выполнено с возможностью передачи пневматического сигнала к первому и второму объемным бустерам во время нормального режима работы системы для управления регулирующим клапаном.

[0008] Каждый из первого и второго объемных бустеров содержит: питающий канал, выходной канал, вентиляционный канал, картридж дросселя, узел диафрагмы и регулирующий элемент. Картридж дросселя образует питающий канал картриджа, расположенный вдоль питающего пути объемного бустера, проходящего между питающим каналом и выходным каналом, и верхнюю плоскую поверхность, расположенную вдоль выпускного пути объемного бустера, проходящего между выходным каналом и вентиляционным каналом. Узел диафрагмы образует выпускной канал, расположенный вдоль выпускного пути между выходным каналом и вентиляционным каналом. Регулирующий элемент расположен с возможностью перемещения внутри картриджа дросселя и содержит питающий затвор для выборочного взаимодействия с питающим каналом картриджа дросселя, выпускной затвор для выборочного взаимодействия с выпускным каналом узла диафрагмы и шток, проходящий между питающим и выпускными затворами. Выпускной затвор содержит нижнюю плоскую поверхность на границе раздела между выпускным затвором и штоком, выровненную с верхней плоской поверхностью картриджа дросселя, когда питающий затвор и выпускной затвор одновременно взаимодействуют с питающим каналом картриджа и выпускным каналом соответственно.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0009] На фиг. 1 показана схема системы управления текучей средой, 20 выполненная в соответствии с принципами настоящего изобретения.

[0010] На фиг. 2 показан разрез вида сбоку объемного бустера системы управления текучей средой, показанной на фиг. 1, в рабочем положении покоя.

[0011] На фиг. 3 показан разрез вида сбоку объемного бустера системы управления текучей средой, показанной на фиг. 1, в питающем рабочем положении.

[0012] На фиг. 4 показан разрез вида сбоку объемного бустера системы управления текучей средой, показанной на фиг. 1, в выпускном рабочем положении.

[0013] На фиг. 5 показан увеличенный вид объемного бустера согласно настоящему изобретению, взятый из круга III, показанного на фиг. 2.

[0014] На фиг. 6 показан график, иллюстрирующий характеристику объемного 30 бустера, показанного на фиг. 2.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] На фиг. 1 показана система 10 управления технологическим процессом с текучей средой, выполненная в соответствии с принципами настоящего изобретения. Система 10 содержит первичный источник 12 текучей среды под давлением, вторичный источник 14 текучей среды под давлением, узел 15 регулирующего клапана, содержащий исполнительно-приводной механизм 16a, соединенный с клапаном 16b и имеющий верхнюю камеру 17a исполнительно-приводного механизма и нижнюю камеру 17b исполнительно-приводного механизма, первый и второй объемные бустеры 100a, 100b, установочное приспособление 18 и отключающий клапан 20. Как показано на фиг. 1, данная версия системы 10 содержит фильтр 22 и регулятор 24 давления. Система 10 содержит несколько нагнетательных трубопроводов L1-L11 для подачи текучей среды в различные компоненты и обратный клапан 26, выполненный с возможностью переключения системы из нормального рабочего режима в режим отключения, как описано более подробно ниже.

[0016] Первичный источник 12 текучей среды под давлением, например, может содержать источник магистрального воздуха. Фильтр 22 служит для отфильтровывания любых больших частиц, которые может переносить магистральный воздух, а регулятор 24 обеспечивает подачу магистрального воздуха в остальную часть системы 10 в целом под постоянным давлением. Вторичный источник 14 текучей среды под давлением содержит объемный резервуар, в котором сохранен фиксированный объем текучей среды под давлением, для перевода исполнительно-приводного механизма 16a регулирующего клапана в желательную позицию, когда давление в первичном источнике 12 текучей среды под давлением падает ниже некоторого заданного порога давления и система 10 переходит в режим отключения.

[0017] Исполнительно-приводной механизм 16a регулирующего клапана согласно настоящему изобретению содержит шток 28, известный из уровня техники. Исполнительно-приводной механизм 16a функционально соединен с регулирующим клапаном 16b посредством штока 28 и содержит поршень 30, функционально соединенный с штоком 28. Корпус 32 исполнительно-приводного механизма 16a содержит первый управляющий канал 34, который сообщается по текучей среде с первой поверхностью 30a поршня 30 посредством верхней камеры 17a исполнительно-приводного механизма, и второй управляющий канал 36, который сообщается по текучей среде с второй поверхностью 30b поршня 30 посредством нижней камеры 17b исполнительно-приводного механизма. В описанном варианте реализации первая и вторая поверхности 30a, 30b поршня 30 являются верхней и нижней поверхностями поршня 30 соответственно. Следует отметить, что согласно другим вариантам реализации первая поверхность 30a поршня 30 и первый управляющий канал 34 могут быть расположены на нижней стороне, а вторая поверхность 30b и второй управляющий канал 36 могут быть расположены на верхней стороне указанного поршня.

[0018] Каждый из первого и второго объемных бустеров 100a, 100b содержит питающий канал 38a, 38b, выходной канал 40a, 40b и канал 42a, 42b управляющего сигнала, как показано на фиг. 1. Выходной канал 40a первого объемного бустера 100a сообщается по текучей среде с первым управляющим каналом 34 исполнительно-приводного механизма 16a посредством линии L7 текучей среды. Питающий канал 38a первого объемного бустера 100a сообщается по текучей среде с первичным источником 12 текучей среды под давлением посредством линии L10 текучей среды. Канал 42a управляющего сигнала первого объемного бустера 100a сообщается по текучей среде с установочным приспособлением 18 посредством линии L6 текучей среды, отключающего клапана 20 и линии L3 текучей среды. Выполненный таким образом, первый объемный бустер 100a в нормальном рабочем режиме повышает (т.е., увеличивает) объем текучей среды под давлением, поданной в первый управляющий канал 34 исполнительно-приводного механизма 16a из первичного источника 12 текучей среды под давлением, и таким образом повышает скорость, с которой исполнительно-приводной механизм 16a управляет регулирующим клапаном 16b в ответ на пневматические сигналы, сгенерированные установочным приспособлением 18.

[0019] Выходной канал 40b второго объемного бустера 100b сообщается по текучей среде с вторым управляющим каналом 36 исполнительно-приводного механизма 16a посредством линии L8 текучей среды. Питающий канал 38b второго объемного бустера 100b сообщается по текучей среде с первичным источником 12 текучей среды под давлением посредством линий L9 и L10 текучей среды и сообщается по текучей среде с вторичным источником 14 текучей среды под давлением посредством только одной линии L9 текучей среды. Канал 42b управляющего сигнала второго объемного бустера 100b сообщается с установочным приспособлением 18 посредством линии L5 текучей среды, отключающего клапана 20 и линии L4 текучей среды. Выполненный таким образом, второй объемный бустер 100b во время нормального рабочего режима повышает, т.е. увеличивает, объем текучей среды под давлением, поданной во второй управляющий канал 36 исполнительно-приводного механизма 16a из первичного источника 12 текучей среды под давлением, и таким образом повышает скорость, с которой исполнительно-приводной механизм 16a управляет регулирующим клапаном 16b в ответ на пневматические сигналы, сгенерированные установочным приспособлением 18. Кроме того, во время режима отключения второй объемный бустер 100b повышает, т.е., увеличивает объем текучей среды под давлением, поданной во второй управляющий канал 36 исполнительно-приводного механизма 16a, и первый объемный бустер 100a повышает, т.е., увеличивает объем текучей среды под давлением, выпущенной из первого управляющего канала 34 исполнительно-приводного механизма 16a, как описано более подробно ниже.

[0020] Как показано на фиг. 1, установочное приспособление 18, которое, например, может быть цифровым контроллером клапана (DVC), содержит измерительный питающий канал 44, первый выходной канал 46 и второй выходной канал 48. Измерительный питающий канал 44 установочного приспособления 18 сообщается по текучей среде с первичным источником 12 текучей среды под давлением посредством линии L1 текучей среды. Первый выходной канал 46 установочного приспособления 18 сообщается по текучей среде с каналом 42a управляющего сигнала первого объемного бустера 100a во время нормальной работы посредством отключающего клапана 20 и линий L3 и L6 текучей среды. Второй выходной канал 48 установочного приспособления 18 сообщается по текучей среде с каналом 42b управляющего сигнала второго объемного бустера 100b во время нормальной работы посредством отключающего клапана 20 и линий L4 и L5 текучей среды.

[0021] Отключающий клапан 20 содержит входной питающий канал 50, первый входной канал 52 установочного приспособления (канал "A" на фиг. 1), второй входной канал 54 установочного приспособления (канал "D" на фиг. 1), выходной канал 56 первого бустера (канал "B" на фиг. 1), выходной канал 58 второго бустера (канал "E" на фиг. 1), питающий канал 60 резервуара (канал "F" на фиг. 1) и вентиляционный канал 62 (канал "C" на фиг. 1). Согласно описанному варианту реализации отключающий клапан 20 может содержать отключающий клапан Серии 377, коммерчески доступный в компании Emerson Process Management. В описанном в настоящей заявке варианте реализации система 10 выполнена таким образом, что узел 15 регулирующего клапана занимает "верхнюю" позицию во время режима отключения, как описано ниже, а также отключающий клапан 20 может содержать отключающий клапан Серии 377U, доступный в компании Emerson Process Management. Согласно вариантам реализации, в которых необходимо, чтобы узел 15 регулирующего клапана во время режима отключения занимал "нижнюю" позицию, отключающий клапан 20 может содержать отключающий клапан Серии 377D, доступный в компании Emerson Process Management.

[0022] Как показано на фиг. 1, входной питающий канал 50 отключающего клапана 20 сообщается по текучей среде с первичным источником 12 текучей среды под давлением посредством линий L2 и L1 текучей среды. Первый входной канал 52 установочного приспособления (канал "A") отключающего клапана 20 сообщается по текучей среде с первым выходным каналом 46 установочного приспособления 18 посредством линии L3 текучей среды. Второй входной канал 54 установочного приспособления (канал "D") отключающего клапана 20 сообщается по текучей среде с вторым выходным каналом 48 установочного приспособления 18 посредством линии L4 текучей среды. Выходной канал 56 первого бустера (канал "B") отключающего клапана 20 сообщается по текучей среде с каналом 42a управляющего сигнала первого объемного бустера 100a посредством линии L6 текучей среды. Выходной канал 58 второго бустера (канал "E") отключающего клапана 20 сообщается по текучей среде с каналом 42b управляющего сигнала второго объемного бустера 100b посредством линии L5 текучей среды. Питающий канал 60 резервуара (канал "F") отключающего клапана 20 сообщается по текучей среде с вторичным источником 14 текучей среды под давлением посредством линии L11. Вентиляционный канал 62 (канал "C") отключающего клапана 20 сообщается непосредственно с атмосферой. С различными компонентами системы 10, соединенными, как показано на фиг. 1, система 10 обеспечивает оперативное управление как в нормальном рабочем режиме, так и в режиме отключения, как вкратце описано ниже.

[0023] В режиме нормальной работы обратный клапан 26 открыт, и текучая среда из первичного источника 12 текучей среды под давлением подается вдоль линии L1 в установочное приспособление 18, вдоль линий L1 и L2 в отключающий клапан 20 и вдоль линий L9 и L10 в первый и второй объемные бустеры 100a, 100b. Отключающий клапан 20 посредством входного питающего канала 50 постоянно отслеживает давление текучей среды, поданной первичным источником 12 текучей среды под давлением. При условии, что указанное давление равно или выше некоторого заданного порогового рабочего давления, отключающий клапан 20 соединяет первый входной канал 52 установочного приспособления (канал "A") с выходным каналом 56 первого бустера (канал "B") и второй входной канал 54 установочного приспособления (канал "D") с выходным каналом 58 второго бустера (канал "E"). Выполненные таким образом пневматические сигналы, сгенерированные установочным приспособлением 18, проходят сквозь отключающий клапан 20 в каналы 42a, 42b управляющих сигналов бустеров 100a, 100b для нормальной работы. В частности, пневматический сигнал может проходить из первого выходного канала 46 установочного приспособления 18 в первый входной канал 52 установочного приспособления (канал "A") отключающего клапана 20, сквозь отключающий клапан 20 и выходной канал 56 первого бустера (канал "B"), в канал 42a управляющего сигнала первого объемного бустера 100a. Схожим образом пневматический сигнал может распространяться из второго выходного канала 48 установочного приспособления 18 во второй входной канал 54 установочного приспособления (канал "D") отключающего клапана 20, через отключающий клапан 20 по выходному каналу 58 второго бустера (каналу "E") в канал 42b управляющего сигнала второго объемного бустера 100b. В этом состоянии отключающий клапан 20 является пассивным элементом и не влияет на работу системы 10.

[0024] В случае, если давление первичного источника 12 текучей среды падает ниже порогового значения, указанное падение давления распознается отключающим клапаном 20 и обратным клапаном 26. После распознавания указанного падения давления обратный клапан 26 автоматически закрывается и отключает подачу текучей среды из первичного источника 12 текучей среды в объемные бустеры 100a, 100b. После распознавания отключающим клапаном 20 указанного падения давления мембрана (не показана) отключающего клапана 20, которая сообщается по текучей среде с входным питающим каналом 50, активирует отключающий клапан 20 таким образом, что система 10 переключается в режим отключения. В режиме отключения отключающий клапан 20 активируется для эффективного разъединения (например, отделения, разделения, рассоединения, отключения) установочного приспособления 18 от объемных бустеров 100a, 100b и, вместо этого, соединяет вторичный источник 14 текучей среды с вторым объемным бустером 100b посредством канала 42b управляющего сигнала и одновременно вентилирует первый объемный бустер 100a посредством канала 42a управляющего сигнала. Согласно описанному варианту реализации отключающего клапана 20 это достигается путем перемещения пары тарельчатых клапанов (не показаны) для отсоединения первого и второго входных каналов 52 (канал "A"), 54 (канал "D") установочного приспособления от выходных каналов 56 (канал "B"), 58 (канал "E") первого и второго бустеров. Также, установочное приспособление 18 эффективно отсоединяется от бустеров 100a, 100b. Одновременно отключающий клапан 20 связывает по текучей среде выходной канал 56 первого бустера (канал "B") с вентиляционным каналом 62 (канал "C") и выходной канал 58 второго бустера (канал "E") с питающим каналом 60 резервуара (канал "F").

[0025] Таким образом, во время режима отключения текучая среда под давлением распространяется из вторичного источника 14 текучей среды под давлением по линии L11 текучей среды в питающий канал 60 резервуара (канал "F") отключающего клапана 20, через отключающий клапан 20 в выходной канал 58 второго бустера (канал "E"), и по линии L5 текучей среды в канал 42b управляющего сигнала второго объемного бустера 100b. Кроме того, как показано на чертеже, текучая среда из вторичного источника 14 текучей среды под давлением распространяется по линии L9 в питающий канал 38b второго объемного бустера 100b. Кроме того, текучая среда из вторичного источника 14 распространяется по линиям L9 и L10 в питающий канал 38a первого объемного бустера 100a. Однако, канал 42a управляющего сигнала первого объемного бустера 100a не соединен с источником текучей среды под давлением, но вентилируется по линии L6, которая соединена с выходным каналом 56 первого бустера (каналом "B") и вентиляционным каналом 62 (каналом "C") отключающего клапана 20, который открыт в окружающую атмосферу.

[0026] При такой конфигурации первый и второй объемные бустеры 100a, 100b системы 10 взаимодействуют для ускоренного перемещения затвора (не показан) регулирующего клапана 16b в его "верхнюю" позицию путем подачи текучей среды под давлением во второй управляющий канал 36 корпуса 32 исполнительно-приводного механизма и, таким образом, к второй поверхности 30b поршня 30. Одновременно, первый управляющий канал 34 исполнительно-приводного механизма 16a открывается в атмосферу. Это обеспечивает положительный перепад давлений на поршне 30, который принуждает поршень 30 и затвор клапана перемещаться в верхнем направлении относительно ориентации узла 15 регулирующего клапана, показанного на фиг. 1. Указанная конфигурация может быть названа как "поднимающаяся при отказе".

[0027] Ниже со ссылкой на фиг. 2 будут описаны более подробно первый и второй объемные бустеры 100a, 100b. Первый и второй объемные бустеры 100a, 100b системы 10, показанные на фиг. 1, являются идентичными, и, таким образом, на фиг. 2 показан одиночный объемный бустер 100, представляющий каждый из указанных бустеров. Бустер 100 содержит корпус 102a бустера, кожух 102b диафрагмы, крышку 102 с пружины, узел 104 диафрагмы, картридж 106 дросселя и регулирующий элемент 108.

[0028] Корпус 102a бустера образует вышеуказанный питающий канал 38, выходной канал 40 и питающую камеру 112a. Кожух 102b диафрагмы образует камеру 112b обратной связи и множество выпускных вентиляционных отверстий 114, обеспечивающих связь по текучей среде между камерой 112b обратной связи и окружающей атмосферой. Крышка 102с пружины образует сигнальную камеру 112с. Кроме того, питающий путь объемного бустера 100 образован как проходящий между питающим каналом 38 и выходным каналом 40, а выпускной путь объемного бустера 100 образован как проходящий между выходным каналом 40 и множеством выпускных вентиляционных отверстий 114.

[0029] Узел 104 диафрагмы расположен между камерой 112b обратной связи и сигнальной камерой 112с и содержит измерительную диафрагму 116, диафрагму 118 обратной связи, разделительный элемент 120, выпускную пружину 122, уплотняющий кольцевой выступ 124 и выпускную колонку 126. Разделительный элемент 120 расположен между измерительной диафрагмой 116 и диафрагмой 118 обратной связи и содержит противоположные друг другу первую и вторую разделительные пластины 128a, 128b, имеющие по существу одинаковые диаметры, и перфорированную кольцевую втулку 130. Первая разделительная пластина 128a расположена непосредственно под измерительной диафрагмой 116 и взаимодействует с ней, а вторая разделительная пластина 128b расположена непосредственно над диафрагмой 118 обратной связи и взаимодействует с ней. Перфорированная кольцевая втулка 130 расположена между первой и второй разделительными пластинами 128a, 128b и задает расстояние между ними. Выпускная колонка 126 представляет собой полый перфорированный цилиндр, проходящий сквозь отверстия в измерительной диафрагме 116 и диафрагме 118 обратной связи, а также сквозь разделительный элемент 120. Конец выпускной колонки 126, расположенный рядом с диафрагмой 118 обратной связи, содержит дисковидную фланцевую часть 132, которая взаимодействует с диафрагмой 118 обратной связи непосредственно противоположно второй разделительной пластине 128b разделительного элемента 120. Фланцевая часть 132 содержит выпускной канал 134, образующий отверстие. Указанное отверстие может быть любого размера, такого как, например, диаметром приблизительно 0,75 дюйма (19,05 мм).

Конец выпускной колонки 126, расположенный рядом с измерительной диафрагмой 116, оканчивается имеющим форму крышки цилиндром 136, который служит в качестве подпружинного гнезда для выпускной пружины 122. Также, выпускная пружина 122 расположена между крышкой 102 с пружины объемного бустера 100 и узлом 104 диафрагмы и принуждает узел 104 диафрагмы смещаться в нижнем направлении к регулирующему элементу 108 относительно ориентации объемного бустера 100, показанного на фиг. 2. Согласно одному варианту реализации объемного бустера 100 упругая сила выпускной пружины 122 находится в диапазоне от приблизительно 8,01 фунта (35,64 H) до приблизительно 10,84 фунта (48,23 H) и предпочтительно составляет приблизительно 9,43 фунта (41,96 H).

[0030] В увеличенном вырезе объемного бустера 100, показанном на фиг. 5, видно, что камера, образованная внутри кожуха 102b диафрагмы, имеет отдельные и различные первый и второй поперечные размеры D1 и D2. В целом подразумевается, что сила, сгенерированная диафрагмой, определена эффективной площадью давления диафрагмы. Таким образом, в активируемом диафрагмой устройстве, таком как объемный бустер 100, эффективная площадь равна части площади диафрагмы, которая участвует в создании силы. Кроме того, эффективная площадь давления диафрагмы, расположенной между (например, проходящей между, захваченной между, и т.п.) двумя концентрическими цилиндрами, в целом может быть определена диаметром, составляющим половину суммы диаметров наружного и внутреннего цилиндров.

[0031] В частности, следует понимать, что в объемном бустере 100 согласно настоящему изобретению первая эффективная площадь EA1 задана первой серединой M1 сигнальной диафрагмы 116, образованной первым поперечным размером D1 кожуха 102b диафрагмы и наружным размером первой разделительной пластины 128a. Вторая эффективная площадь EA2 задана второй серединой M2 диафрагмы 118 обратной связи, образованной вторым поперечным 15 размером D2 кожуха 102b диафрагмы и наружным размером второй разделительной пластины 128b. Вторая эффективная площадь EA2 больше, чем первая эффективная площадь EA1, на разность эффективных площадей, которая может быть определена как ΔΕΑ, как показано на фиг. 5. Также следует иметь в виду, что те же самые эффективные площади могут быть сформированы размерами D1 и D2, которые по существу равны друг другу, путем изменения размеров или диаметров первой и второй разделительных пластин 128a и 128b. Согласно одному варианту реализации объемного бустера 100 первая эффективная площадь EA1 может находиться в диапазоне от приблизительно 6,127 кв. дюймов (39,51 см²) до приблизительно 6,188 кв. дюймов (39,92 см²) и предпочтительно составляет приблизительно 6,158 кв. дюймов (39,73 см²), и вторая эффективная площадь EA2 может находиться в диапазоне от приблизительно 6,317 кв. дюймов (40,75 см²) до приблизительно 6,379 кв. дюймов (41,15 см²) и предпочтительно составляет приблизительно 6,348 кв. дюймов (40,95 см²). Указанные диапазоны размеров приведены только в качестве примеров, и другие размеры также попадают в объем защиты настоящего изобретения.

[0032] В любом случае, описанная конфигурация камеры 112b обратной связи приводит к тому, что диафрагма 118 обратной связи имеет вторую эффективную площадь EA2, которая больше, чем первая эффективная площадь EA1 измерительной диафрагмы 116. Разностная эффективная площадь создает предпочтительную смещающую силу или посадочную нагрузку, которая подробно описана ниже. Кроме того, указанная разность между первой и второй эффективными площадями EA1 и EA2 по меньшей мере частично компенсирует тот факт, что диафрагма 118 обратной связи содержит отверстие рядом с выпускным каналом 134, в результате чего давление текучей среды в камере 112b обратной связи, существующее под диафрагмой 118 обратной связи, не действует на узел 104 диафрагмы. Кроме того, поскольку измерительная диафрагма 116 также содержит отверстие, через которое проходит выпускная колонка 126, давление текучей среды в сигнальной камере 112с, существующее над измерительной диафрагмы 116, также действует на имеющий форму крышки цилиндр 136 посредством вспомогательного пути 176 потока, образованного в крышке 102 с пружины. Также, давление текучей среды над измерительной диафрагмой 116 действует на первую эффективную площадь EA1, а давление текучей среды под диафрагмой 118 обратной связи действует на вторую эффективную площадь EA2.

[0033] Как показано на фиг. 2, картридж 106 дросселя объемного бустера 100 поддерживается внутри корпуса 102a бустера и содержит корпусную часть 138 и концевой колпачок 140, зафиксированный на нижнем конце корпусной части 138. Корпусная часть 138 содержит верхний фланец 142, посаженный на заплечик 144a первой круговой полки 144 корпуса 102a бустера, для ограничения перемещения картриджа 106 дросселя относительно корпуса 102a бустера. Кроме того, корпусная часть 138 содержит нижний фланец 146, расположенный напротив внутренней поверхности 148a второй круговой полки 148 корпуса 102a бустера, для ограничения бокового перемещения картриджа 106 дросселя. Кроме того, корпусная часть 138 образует внутреннюю круговую полку 156, содержащую питающий канал 158 картриджа, образующий отверстие. Концевой колпачок 140 картриджа 106 дросселя, как указано выше, закреплен в нижнем конце корпусной части 138 противоположно верхнему фланцу 142 и образует подпружинное гнездо 150 и центральное отверстие 152. Пружина 154 подачи объемного бустера 100 посажена в подпружинное гнездо 150 концевого колпачка 140 и находится в контакте с регулирующим элементом 108 для принуждения регулирующего элемента 108 к смещению в направлении к питающему каналу 158 картриджа 106 дросселя, который поддерживается корпусом 102a бустера. Согласно одному варианту реализации объемного бустера 100 упругая сила пружины 154 подачи находится в диапазоне от приблизительно 11,43 фунта (50,86 H) до приблизительно 15,47 фунта (68,84 H), предпочтительно приблизительно 13,45 фунтов (59,85 H). Таким образом, пружина 154 подачи описанного объемного бустера 100 может иметь упругую силу, которая больше, чем упругая сила выпускной пружины 122, описанной выше. В показанном на чертеже варианте реализации объемного бустера 100 картридж 106 дросселя описан как отдельный от корпуса 102a бустера компонент, но согласно другим вариантам реализации, как показано на фиг. 2, картридж 106 дросселя и корпус 102a бустера или части картриджа 106 дросселя и корпуса 102a бустера могут быть теми же самыми компонентами.

[0034] Регулирующий элемент 108 объемного бустера 100, показанного на фиг. 2, содержит шток 160, питающий затвор 162 и выпускной затвор 164. Шток 160 жестко соединен с питающим и выпускным затворами 162, 164. В частности, шток 160 соединен с выпускным затвором 164 посредством резьбового соединения и крепежного элемента 165, который может быть снабженным резьбой крепежным элементом, таким как гайка. Питающий затвор 162 содержит седельный корпус 166 и стабилизирующий штифт 168. Стабилизирующий штифт 168 размещен с возможностью скольжения в центральном отверстии 152 концевого колпачка 140 картриджа 106 дросселя для способствования осевому выравниванию регулирующего элемента 108. Седельный корпус 166, как показано на чертеже, в целом представляет собой жесткую коническую конструкцию, которую несет на себе шток 160 регулирующего элемента 108. В описанном варианте реализации питающий затвор 162 дополнительно содержит эластомерный питающий компонент 170, относящийся к указанному затвору. Эластомерный питающий компонент 170 может содержать, например, эластомерный материал, такой как нитрил, фтор-каучук, этиленпропилен или фторсиликон, имеющий коническую форму и посаженный на питающий затвор 162 между питающим затвором 162 и питающим каналом 158 картриджа, как показано на чертеже. Подобно питающему затвору 162, выпускной затвор 164 также содержит седельный корпус 172, который в целом представляет собой жесткую коническую конструкцию, прикрепленную к концу штока 160 противоположно питающему затвору 162. Кроме того, выпускной затвор 164 содержит эластомерный выпускной компонент 174. Подобно эластомерному питающему компоненту 170, эластомерный выпускной компонент 174 может содержать, например, эластомерный материал, такой как нитрил, фтор-каучук, этиленпропилен или фторсиликон, имеющий коническую форму и посаженный на выпускной затвор 164 между выпускным затвором 164 и выпускным каналом 134, как показано на чертеже.

[0035] Не смотря на то, что эластомерные питающий и выпускной компоненты 170, 174 показаны соединенными с питающим и выпускным затворами 162, 164 соответственно, согласно другим вариантам реализации бустера 100 они могут быть соединены с питающим и выпускным каналами 158, 134 соответственно, или они могут быть, например, астатическими компонентами. В любом случае, указанные эластомерные компоненты 170, 174 предпочтительно способствуют обеспечению надежного уплотнения по текучей среде между питающим каналом 158 картриджа и питающим затвором 162 и выпускным каналом 134 и выпускным затвором 164 во время работы путем создания упругой посадочной поверхности между соответствующими компонентами. Однако, согласно другим вариантам реализации объемный бустер 100 не нуждается или не содержит любой один или оба из указанных эластомерных компонентов 170, 174. Кроме того, как показано на фиг. 2, следует дополнительно учитывать, что после сборки регулирующего элемента 108 в картридже 106 дросселя выпускной затвор 164 вращается вдоль резьбового соединения вокруг штока 160 для выравнивания первой плоскости P1, образованной нижней плоской поверхностью 163 выпускного затвора 164, со второй плоскостью P2, образованной верхней плоской поверхностью 167 верхнего фланца 142 картриджа 106 дросселя. Как показано на чертеже, нижняя плоская поверхность 163 расположена на границе раздела между выпускным затвором 164 и штоком 160 регулирующего элемента 108. Также, в описанной конфигурации нижняя плоская поверхность 163 выпускного затвора 164 и верхняя плоская поверхность 167 картриджа дросселя 167 после сборки расположены в одной плоскости (т.е., они являются компланарными) и занимают положение покоя, как описано более подробно ниже. Указанное плоское выравнивание зафиксировано применением снабженного резьбой крепежного элемента 165, который взаимодействует с выпускным затвором 164, не смотря на то, что согласно другим вариантам реализации выпускной затвор 164 и шток 160 могут быть фиксированными компонентами.

[0036] В описанной выше конфигурации объемного бустера 100 регулирующий элемент 108 и узел 104 диафрагмы выполнены с возможностью смещения между: (1) положением покоя (как показано на фиг. 2), (2) питающим положением (как показано на фиг. 3) и (3) вентиляционным или выпускным положением (как показано на фиг. 4). В (1) положении покоя питающий затвор 162 регулирующего элемента 108 находится в уплотняющем взаимодействии с питающим каналом 158 картриджа, а выпускной затвор 164 регулирующего элемента 108 находится в уплотняющем взаимодействии с выпускным каналом 134, образованным выпускной колонкой 126 узла диафрагмы. В (2) питающем положении питающий затвор 162 регулирующего элемента 108 перемещен в позицию, расположенную на некотором расстоянии от питающего канала 158 картриджа, для открывания питающего пути, в то время как выпускной затвор 164 поддерживает уплотняющее взаимодействие с выпускным каналом 134. В (3) вентиляционном положении питающий затвор 162 регулирующего элемента 108 входит в уплотняющее взаимодействие с питающим каналом 158 для закрывания питающего пути, а узел 104 диафрагмы перемещается в местоположение на некотором расстоянии от выпускного затвора 164 и таким образом открывает выпускной путь.

[0037] Как указано выше, на фиг. 2 показано положение покоя регулирующего элемента 108 и узла 104 диафрагмы, в результате чего питающий затвор 162 принужден к уплотняющему взаимодействию с питающим каналом 158 картриджа для закрывания питающего пути, а выпускной канал 134 принужден к уплотняющему взаимодействию с выпускным затвором 164 для закрывания выпускного пути. Питающий затвор 162 регулирующего элемента 108 принужден к взаимодействию с питающим каналом 158 картриджа за счет посадочной нагрузки F1 питающего канала, а выпускной канал 134 принужден к взаимодействию с выпускным затвором 164 за счет посадочной нагрузки F2 выпускного канала. Посадочной нагрузкой F1 питающего канала является сила, сгенерированная питающей пружиной 154 плюс сила, сгенерированная перепадом давления на питающем канале 38 минус посадочная нагрузка F2 выпускного канала. Посадочной нагрузкой F2 выпускного канала является сила, сгенерированная выпускной пружиной 122 плюс давление в канале 42 управляющего сигнала (т.е., давление в управляющей камере 112 над измерительной диафрагмой 116, умноженное на первую эффективную площадь EA1 минус давление в камере 112b обратной связи, умноженное на вторую эффективную площадь EA2).

[0038] При нормальной работе системы 10, как описано выше со ссылкой на фиг. 1, текучая среда из первичного источника 12 текучей среды под давлением поступает в установочное приспособление 18 и объемные бустеры 100a, 100b. В любой момент времени для регулирования позиции затвора клапана (не показан) регулирующего клапана 16b установочное приспособление 18 передает пневматические сигналы на управляющие входы 42a, 42b объемных бустеров 100a, 100b, которые в результате действуют для подачи текучей среды в исполнительно-приводной механизм 16a посредством соответствующих выходных каналов 40a, 40b. Соответственно, в любой момент времени регулирующие элементы 108 и узлы 104 диафрагмы первого и второго объемных бустеров 100a, 100b, показанных на фиг. 1, могут занять любое из статического, питающего или вентиляционного положений.

[0039] Однако, в режиме отключения, когда в отключающий клапан 20, показанный на фиг. 1, текучую среду под давлением подают не из первичного источника 12, а из вторичного источника 14, как описано выше, первый объемный бустер 100a быстро переходит в выпускное или вентиляционное положение, в результате чего питающий канал 158 картриджа закрывается, а выпускной канал 134 открывается. В этом временном состоянии текучая среда, находящаяся над поршнем 30 в корпусе 32 исполнительно-приводного механизма 16a, быстро вытекает из второго управляющего канала 34, протекает по линии L7 в выходной канал 40a первого объемного бустера 100a, через открытый выпускной канал 134 и разделительный элемент 120 узла 104 диафрагмы, затем выходит через множество выпускных вентиляционных отверстий 114 в окружающую атмосферу. Скорость, с которой узел 104 диафрагмы и выпускной канал 134 переключаются в вентиляционное положение, увеличена за счет того, что канал 42a управляющего сигнала первого объемного бустера 100a вентилируется непосредственно в окружающую атмосферу через линию L6, выходной канал 56 первого бустера (канал "B") и вентиляционный канал 62 (канал "C") отключающего клапана 20.

[0040] Одновременно с описанными выше процессами второй объемный бустер 100b также действует для быстрого заполнения корпуса 32 исполнительно-приводного механизма 16a под поршнем 30 для подъема затвора клапана. Для облегчения указанного подъема текучую среду из вторичного источника 14 текучей среды под давлением подают в питающий канал 38b (по линии L9) и канал 42b управляющего сигнала (по линии L11, через отключающий клапан 20 и линию L5) второго объемного бустера 100b таким образом, что узел 104 диафрагмы действует на выпускной канал 134 и принуждает его к смещению в нижнем направлении и сближению с выпускным затвором 164. В результате этого действия весь регулирующий элемент 108 также перемещается в нижнем направлении и смещает питающий затвор 162 в направлении от питающего канала 158 картриджа. В этом временном состоянии выпускной путь закрывается, а питающий путь открывается таким образом, что текучая среда из вторичного источника 14 текучей среды под давлением протекает в питающий канал 38b второго объемного бустера 100b, через питающий канал 158 картриджа и выходной канал 40b к второму управляющему каналу 36 исполнительно-приводного механизма 16a.

[0041] Как указано выше, выпускной канал 134 первого объемного бустера 100a и питающий канал 158 картриджа второго объемного бустера 100b системы 10, показанной на фиг. 1, открыты только во время режима отключения в течение короткого периода времени, например, до перемещения регулирующего элемента 28 регулирующего клапана 16b в его необходимое положение. Как только регулирующий элемент 28 регулирующего клапана 16b достигает своего необходимого положения, каждый из первого и второго объемных бустеров 100a, 100b возвращается в закрытое положение, показанное на фиг. 2. Таким образом, питающий канал 158 и выпускной канал 134 каждого из первого и второго объемных бустеров 100a, 100b в конечном счете являются закрытыми во время режима отключения.

[0042] В этом закрытом положении режима отключения важным является то, что текучая среда не просачивается в выпускной канал 134 из первого объемного 30 бустера 100a или через питающий канал 158 картриджа второго объемного бустера 100b. Указанная протечка может вызвать стравливание вторичного источника 14 текучей среды под давлением, который в описанном в настоящей заявке варианте реализации содержит объемный резервуар, и, таким образом, потерю давления и сохранность положения клапана во время последующих операций режима отключения. Объемный бустер 100 согласно настоящему изобретению сконструирован и сконфигурирован таким образом, что обеспечивает максимальную посадочную нагрузку F1 питающего канала первого объемного бустера 100a и максимальную посадочную нагрузку F2 выпускного канала второго объемного бустера 100b во время режима отключения.

[0043] Это может быть отражено в графике, показанном на фиг. 6. Горизонтальная ось на фиг. 6 представляет давление в канале 42 управляющего сигнала каждого объемного бустера 100, а вертикальная ось представляют давление в выходном канале 40 каждого объемного бустера 100. График содержит три линии. Центральная линия является линией начала отсчета, которая в целом отслеживает прогрессию 1:1 между давлением во входном канале и давлением на выходе. Нижняя линия характеризует объемный бустер 100 во время работы, когда давление в канале 42 управляющего сигнала повышается от приблизительно 20 фунтов на кв. дюйм (138 кПа) до приблизительно 100 фунтов на кв. дюйм (690 кПа). Верхняя линия характеризует объемный бустер 100 во время работы, когда давление в канале 42 управляющего сигнала уменьшается от приблизительно 100 фунтов на кв. дюйм (690 кПа) до приблизительно 0 фунтов на кв. дюйм. Разность между нижней линией и средней линией равна посадочной нагрузке F1 питающего канала. Разность между верхней линией и средней линией равна посадочной нагрузке F2 выпускного канала. Разность между верхней линией и нижней линией представляет собой область, называемую как "зона нечувствительности" объемного бустера 100, которая, как принято считать, представляет собой необходимое изменение давления в канале 42 управляющего сигнала для сброса бустера. Чем больше зона нечувствительности, тем больше необходимое изменение давления.

[0044] На основании указанных данных, верхний правый квадрант графика на фиг. 6 характеризует второй объемный бустер 100b системы 10, показанной на фиг. 1, во время режима отключения, а нижний левый квадрант графика характеризует первый объемный бустер 100a во время режима отключения. Нормальные рабочие режимы первого и второго объемных бустеров 100a, 100b в целом могут быть характеризованы очерченной сплошной линией областью между приблизительно 60 фунтами на кв. дюйм (414 кПа) и приблизительно 80 фунтами на кв. дюйм (552 кПа).

[0045] Как видно из графика, нижняя линия в графике на фиг. 6 отклоняется от средней линии начала отсчета таким образом, что посадочная нагрузка F1 питающего канала объемного бустера 100 является максимальной в нижнем левом квадранте (т.е., при низких давлениях в выходном канале) и является минимальной в верхнем правом квадранте (т.е., при высоких давлениях в выходном канале). Кроме того, верхняя линия отклоняется таким образом, что посадочная нагрузка F2 выпускного канала является максимальной в верхнем правом квадранте (т.е., при высоких давлениях в выходном канале) и минимальной в нижнем левом квадранте (т.е., при низких давлениях в выходном канале). Кроме того, в области нормальной работы посадочная нагрузка питающего канала и посадочная нагрузка выпускного канала приблизительно равны. Таким образом, можно сказать, что посадочная нагрузка F2 выпускного канала описанного выше объемного бустера 100 изменяется прямо пропорционально давлению на выходе, а посадочная нагрузка F1 питающего канала описанного выше объемного бустера 100 изменяется обратно пропорционально давлению на выходе. Выполненный таким образом объемный бустер 100 эффективно максимизирует соответствующую посадочную нагрузку в желательных рабочих состояниях и таким образом минимизирует и/или предотвращает протечку текучей среды из вторичного источника текучей среды под давлением во время режима отключения, описанного в настоящей заявке, и в то же время также минимизирует зоны нечувствительности (т.е. изменение в давлении, необходимое для ответа на входной сигнал) объемного бустера 100.

[0046] Не смотря на то, что в предшествующем описании представлены различные примеры и варианты реализации настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничивается конкретными примерами или вариантами реализации. Скорее, настоящее изобретение определено идеей и объемом пунктов приложенной формулы и всех их эквивалентов. Кроме того, настоящее изобретение включает весь предмет изобретения, охваченный следующими аспектами:

[0047] Аспект 1. Устройство для регулирования расхода текучей среды, содержащее: питающий канал для приема питающей текучей среды под давлением; выходной канал для подачи питающей текучей среды под давлением; вентиляционный канал для вентилирования питающей текучей среды под давлением; картридж дросселя, расположенный между питающим каналом и выходным каналом и между выходным каналом и вентиляционным каналом, причем указанный картридж дросселя образует питающий канал картриджа, расположенный вдоль питающего пути, проходящего между питающим каналом и выходным каналом, и верхнюю плоскую поверхность, расположенную вдоль выпускного пути, проходящего между выходным каналом и вентиляционным каналом; узел диафрагмы, расположенный между выходным каналом и вентиляционным каналом, образующий выпускной канал вдоль выпускного пути; регулирующий элемент, расположенный с возможностью перемещения в картридже дросселя, содержащий питающий затвор, выпускной затвор и шток, проходящий между питающим и выпускным затворами, причем питающий затвор находится в выборочном взаимодействии с питающим каналом картриджа дросселя и таким образом закрывает питающий путь, при этом выпускной затвор находится в выборочном взаимодействии с выпускным каналом узла диафрагмы и таким образом закрывает выпускной путь, причем выпускной затвор содержит нижнюю плоскую поверхность, расположенную на границе раздела между выпускным затвором и штоком, при этом указанная нижняя плоская поверхность выпускного затвора является компланарной с верхней плоской поверхностью картриджа дросселя.

[0048] Аспект 2. Устройство по аспекту 1, дополнительно содержащее: эластомерный питающий компонент, расположенный между питающим затвором регулирующего элемента и питающим каналом картриджа, для создания надежного уплотнения по текучей среде; и эластомерный выпускной компонент, расположенный между выпускным затвором регулирующего элемента и выпускным каналом узла диафрагмы, для создания надежного уплотнения по текучей среде.

[0049] Аспект 3. Устройство по любому из предыдущих аспектов, в котором эластомерный питающий компонент прикреплен к питающему затвору регулирующего элемента, а эластомерный выпускной компонент прикреплен к выпускному затвору регулирующего элемента.

[0050] Аспект 4. Устройство по любому из предыдущих аспектов, дополнительно содержащее: корпус, образующий питающий канал и выходной канал; кожух диафрагмы, образующий вентиляционный канал и содержащий узел диафрагмы; и крышку пружины, образующую канал управляющего сигнала.

[0051] Аспект 5. Устройство по любому из предыдущих пунктов, дополнительно содержащее питающую пружину, которую поддерживает картридж дросселя и которая взаимодействует с регулирующим элементом, для смещения регулирующего элемента в направлении к питающему каналу картриджа, а также выпускную пружину, расположенную между крышкой пружины и узлом диафрагмы, для смещения выпускного канала в направлении к регулирующему элементу.

[0052] Аспект 6. Устройство по любому из предыдущих аспектов, в котором узел диафрагмы содержит измерительную диафрагму, диафрагму обратной связи, и перфорированный разделительный элемент, расположенный между измерительной диафрагмой и диафрагмой обратной связи, причем диафрагма обратной связи гидравлически связана с выходным каналом корпуса, а измерительная диафрагма гидравлически связана с каналом управляющего сигнала крышки пружины.

[0053] Аспект 7. Устройство по любому из предыдущих аспектов, в котором кожух диафрагмы содержит камеру обратной связи, в которой расположен с возможностью перемещения узел диафрагмы, причем указанная камера обратной связи имеет первый поперечный размер рядом с измерительной диафрагмой и второй поперечный размер рядом с диафрагмой обратной связи, при этом второй поперечный размер больше, чем первый поперечный размер.

[0054] Аспект 8. Устройство для регулирования потока текучей среды, содержащее: корпус, образующий питающий канал, выполненный с возможностью соединения по меньшей мере с одним источником сжатого воздуха, и выходной канал, выполненный с возможностью соединения с исполнительно-приводным механизмом регулирующего клапана; кожух диафрагмы, соединенный с корпусом устройства для регулирования расхода текучей среды и образующий вентиляционный канал, выполненный с возможностью гидравлической связи с окружающей атмосферой; крышку пружины, соединенную с кожухом диафрагмы и образующую канал управляющего сигнала, выполненный с возможностью приема пневматического управляющего сигнала; питающий путь, проходящий между питающим и выходным каналами корпуса; выпускной путь, проходящий между выходным каналом корпуса и вентиляционным каналом кожуха диафрагмы; картридж дросселя, расположенный в корпусе и образующий питающий канал картриджа, расположенный вдоль питающего пути между питающим и выходным каналами корпуса, и верхнюю плоскую поверхность, расположенную вдоль выпускного пути между выходным каналом корпуса и вентиляционным каналом кожуха диафрагмы; узел диафрагмы, расположенный внутри кожуха диафрагмы и образующий выпускной канал, расположенный вдоль выпускного пути между выходным каналом корпуса и вентиляционным каналом кожуха диафрагмы; и регулирующий элемент, расположенный внутри корпуса и содержащий питающий затвор, выпускной затвор и шток, проходящий между питающим и выпускным затворами, причем указанный выпускной затвор содержит нижнюю плоскую поверхность на границе раздела между выпускным затвором и штоком, при этом регулирующий элемент и узел диафрагмы выполнены с возможностью перемещения в корпусе и кожухе диафрагмы соответственно относительно положения покоя, в котором посадочная нагрузка питающего канала принуждает питающий затвор к взаимодействию с питающим каналом картриджа, а посадочная нагрузка выпускного канала одновременно принуждает выпускной канал узла диафрагмы к взаимодействию с выпускным затвором регулирующего элемента для закрывания выпускного пути, причем верхняя плоская поверхность картриджа дросселя выровнена с нижней плоской поверхностью выпускного затвора, когда регулирующий элемент и узел диафрагмы находятся в положении покоя.

[0055] Аспект 9. Устройство по аспекту 8, в котором регулирующий элемент и узел диафрагмы выполнены с возможностью перемещения из положения покоя в питающее положение и вентиляционное положение, причем в питающем положении посадочная нагрузка выпускного канала принуждает выпускной канал к взаимодействию с выпускным затвором и питающим затвором в позиции, расположенной на некотором расстоянии от питающего канала картриджа, и в вентиляционном положении посадочная нагрузка питающего канала принуждает питающий затвор к взаимодействию с питающим каналом картриджа, при этом давление на выходе выходного канала корпуса преодолевает посадочную нагрузку выпускного канала и принуждает выпускной канал к переходу в позицию, расположенную на некотором расстоянии от выпускного затвора.

[0056] Аспект 10. Устройство по любому из аспектов 8-9, дополнительно содержащее: эластомерный питающий компонент, расположенный между питающим затвором регулирующего элемента и питающим каналом картриджа дросселя для создания надежного уплотнения по текучей среде в положении покоя и вентиляционном положении; и эластомерный выпускной компонент, расположенный между выпускным затвором регулирующего элемента и выпускным каналом узла диафрагмы, для создания надежного уплотнения по текучей среде в положении покоя и питающем положении.

[0057] Аспект 11. Устройство по любому из аспектов 8-10, в котором эластомерный питающий компонент прикреплен к питающему затвору регулирующего элемента, а эластомерный выпускной компонент прикреплен к выпускному затвору регулирующего элемента.

[0058] Аспект 12. Устройство по любому из аспектов 8-11, в котором величина посадочной нагрузки выпускного канала изменяется прямо пропорционально давлению на выходе, присутствующему в выходном канале, а величина посадочной нагрузки питающего канала изменяется обратно пропорционально давлению на выходе.

[0059] Аспект 13. Устройство по любому из аспектов 8-12, дополнительно содержащее питающую пружину, которую поддерживает картридж дросселя и которая взаимодействует с регулирующим элементом, для смещения регулирующего элемента в направлении к питающему каналу картриджа, и выпускную пружину, расположенную между крышкой пружины и узлом диафрагмы, для смещения выпускного канала в направлении к регулирующему элементу.

[0060] Аспект 14. Устройство по любому из аспектов 8-13, в котором узел диафрагмы содержит измерительную диафрагму, диафрагму обратной связи и перфорированный разделительный элемент, расположенный между измерительной диафрагмой и диафрагмой обратной связи, причем диафрагма обратной связи гидравлически сообщается с выходным каналом корпуса, а измерительная диафрагма гидравлически сообщается с каналом управляющего сигнала крышки пружины.

[0061] Аспект 15. Устройство по любому из аспектов 8-14, в котором кожух диафрагмы содержит камеру обратной связи, в которой расположен с возможностью перемещения узел диафрагмы, причем камера обратной связи рядом с измерительной диафрагмой имеет первый поперечный размер и рядом с диафрагмой обратной связи второй поперечный размер, при этом второй поперечный размер больше, чем первый поперечный размер.

[0062] Аспект 16. Система управления технологическим процессом с текучей среды, содержащая: регулирующий клапан;

[0063] исполнительно-приводной механизм, функционально соединенный с регулирующим клапаном, содержащий поршень, первый управляющий канал, сообщающийся по текучей среде с первой поверхностью поршня, и второй управляющий канал, сообщающийся по текучей среде со второй поверхностью поршня; первичный источник текучей среды под давлением для активирования исполнительно-приводного механизма во время нормального рабочего режима; вторичный источник текучей среды под давлением для активирования исполнительно-приводного механизма во время режима отключения; первый объемный бустер, сообщающийся по текучей среде с первым управляющим каналом исполнительно-приводного механизма и первичным источником текучей среды под давлением, причем первый объемный бустер выполнен с возможностью увеличения объема текучей среды под давлением, поданной в первый управляющий канал из первичного источника текучей среды под давлением во время нормального рабочего режима; второй объемный бустер, сообщающийся по текучей среде со вторым управляющим каналом исполнительно-приводного механизма, первичным источником текучей среды под давлением и вторичным источником текучей среды под давлением, причем второй объемный бустер выполнен с возможностью увеличения объема текучей среды под давлением, поданной во второй управляющий канал из первичного источника текучей среды под давлением во время нормального рабочего режима и вторичного источника текучей среды под давлением во время режима отключения; и установочное приспособление, имеющее входной канал, сообщающийся по текучей среде с первичным источником текучей среды под давлением, первый выходной канал, сообщающийся по текучей среде с управляющим сигнальным входом первого объемного бустера, и второй выходной канал, сообщающийся по текучей среде с управляющим сигнальным входом второго объемного бустера, причем указанное установочное приспособление выполнено с возможностью передачи пневматического сигнала к первому и второму объемным бустерам во время нормального режима работы системы для управления регулирующим клапаном; каждый из первого и второго объемных бустеров содержит: питающий канал, выходной канал, вентиляционный канал, картридж дросселя, узел диафрагмы и регулирующий элемент, причем картридж дросселя образует питающий канал картриджа, расположенный вдоль питающего пути объемного бустера, проходящего между питающим каналом и выходным каналом, и верхнюю плоскую поверхность, расположенную вдоль выпускного пути объемного бустера, проходящего между выходным каналом и вентиляционным каналом; причем узел диафрагмы образует выпускной канал, расположенный вдоль выпускного пути между выходным каналом и вентиляционным каналом, а регулирующий элемент расположен с возможностью перемещения внутри картриджа дросселя и содержит питающий затвор для выборочного взаимодействия с питающим каналом картриджа дросселя, выпускной затвор для выборочного взаимодействия с выпускным каналом узла диафрагмы и шток, проходящий между питающим и выпускными затворами, при этом выпускной затвор содержит нижнюю плоскую поверхность на границе раздела между выпускным затвором и штоком, выровненную с верхней плоской поверхностью картриджа дросселя, когда питающий затвор и выпускной затвор одновременно взаимодействуют с питающим каналом картриджа и выпускным каналом соответственно.

[0064] Аспект 17. Система по аспекту 16, в которой регулирующий элемент и узел диафрагмы выполнены с возможностью перемещения между положением покоя, питающим положением и вентиляционным положением, причем: в положении покоя посадочная нагрузка питающего канала принуждает питающий затвор к взаимодействию с питающим каналом картриджа, а посадочная нагрузка выпускного канала одновременно принуждает выпускной канал к взаимодействию с выпускным затвором; в питающем положении посадочная нагрузка выпускного канала принуждает выпускной канал к взаимодействию с выпускным затвором и смещает питающий затвор в позицию, расположенную на некотором расстоянии от питающего канала картриджа; и в вентиляционном положении посадочная нагрузка питающего канала принуждает питающий затвор к взаимодействию с питающим каналом картриджа, а давление на выходе выходного канала объемного бустера преодолевает посадочную нагрузку выпускного канала и смещает выпускной канал в позицию, расположенную на некотором расстоянии от выпускного затвора.

[0065] Аспект 18. Система по любому из аспектов 16-17, в которой во время режима отключения регулирующий элемент и узел диафрагмы занимают вентиляционное положение.

[0066] Аспект 19. Система по любому из аспектов 16-18, в которой:

[0067] посадочная нагрузка питающего канала первого объемного бустера во время режима отключения больше, чем посадочная нагрузка питающего канала первого объемного бустера во время нормального рабочего режима, и посадочная нагрузка выпускного канала второго объемного бустера во время режима отключения больше, чем посадочная нагрузка выпускного канала второго объемного бустера во время нормального рабочего режима.

[0068] Аспект 20. Система по любому из аспектов 16-19, дополнительно содержащая эластомерный питающий компонент, связанный с питающим затвором, и эластомерный выпускной компонент, связанный с выпускным затвором.

[0069] Аспект 21. Система по любому из аспектов 16-20, в которой для каждого из первого и второго объемных бустеров посадочная нагрузка питающего канала и посадочная нагрузка выпускного канала одинаковы во время нормального рабочего режима.

[0070] Аспект 22. Система по любому из аспектов 16-21, в которой каждый из первого и второго объемных бустеров дополнительно содержит: корпус, образующий питающий канал, соединенный с первичным и вторичным источниками сжатого воздуха, и выходной канал, соединенный с одним из первого и второго управляющих каналов исполнительно-приводного механизма; кожух диафрагмы, образующий вентиляционный канал, связанный по текучей среде с атмосферой; крышку пружины, образующую канал управляющего сигнала, соединенный с одним из первого и второго выходных каналов для текучей среды установочного приспособления.

[0071] Аспект 23. Система по любому из аспектов 16-22, в которой узел диафрагмы каждого из первого и второго объемных бустеров содержит измерительную диафрагму, диафрагму обратной связи и перфорированный разделительный элемент, расположенный между измерительной диафрагмой и диафрагмой обратной связи, причем указанная диафрагма обратной связи гидравлически связана с выходным каналом, а измерительная диафрагма гидравлически связана с каналом управляющего сигнала.

[0072] Аспект 24. Система по любому из аспектов 16-23, в которой кожух диафрагмы каждого из первого и второго объемных бустеров содержит камеру обратной связи, в которой расположен с возможностью перемещения узел диафрагмы, причем указанная камера обратной связи имеет первый поперечный размер рядом с измерительной диафрагмой и второй поперечный размер рядом с диафрагмой обратной связи, при этом второй поперечный размер больше, чем первый поперечный размер.

[0073] Аспект 25. Система по любому из аспектов 16-24, в которой величина посадочной нагрузки выпускного канала изменяется прямо пропорционально давлению на выходе, присутствующему в выходном канале, а величина посадочной нагрузки питающего канала изменяется обратно пропорционально давлению на выходе.

[0074] Аспект 26. Система по любому из аспектов 16-25, в которой каждый из первого и второго объемных бустеров дополнительно содержит питающую пружину, которую поддерживает картридж дросселя и которая взаимодействует с регулирующим элементом, для смещения указанного регулирующего элемента в направлении к питающему каналу картриджа, и выпускную пружину, расположенную между крышкой пружины и узлом диафрагмы, для смещения выпускного канала в направлении к регулирующему элементу.

Реферат

Предложено устройство для регулирования потока текучей среды, содержащее картридж дросселя, узел диафрагмы и регулирующий элемент. Картридж дросселя образует питающий канал и верхнюю плоскую поверхность. Питающий канал картриджа расположен вдоль питающего пути объемного бустера, а верхняя плоская поверхность расположена вдоль выпускного пути объемного бустера. Узел диафрагмы образует выпускной канал, проходящий вдоль выпускного пути. Регулирующий элемент расположен с возможностью перемещения в картридже дросселя и содержит питающий затвор, выпускной затвор и шток. Питающий затвор взаимодействует с питающим каналом картриджа, а выпускной затвор взаимодействует с выпускным каналом. Выпускной затвор дополнительно содержит нижнюю плоскую поверхность, которая является компланарной с верхней плоской поверхностью картриджа дросселя. Технический результат – повышение точности регулирования. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула