клапанный узел и газомер, включающий в себя указанный клапанный узел

Формула изобретения

1. Клапанный узел, предназначенный для регулирования подачи горючего газа, в частности, через газомерное устройство, включающее в себя магистральную трубу (2) для сквозного прохода потока газа, при этом узел содержит:

- сервоклапан с первым седлом (3) клапана, предусмотренным на указанной трубе и взаимодействующим с соответствующим первым затвором (6) с регулирующей мембраной (7) для открытия указанного седла (3) с обеспечением противодействия первой возвратной пружине (22);

- управляющую камеру (10), предназначенную для управления сервоклапаном, при этом камера сообщается с впускной секцией (4) магистральной трубы (2) до первого седла (3) клапана по ходу потока, при этом на одну сторону (7а) мембраны (7) воздействует давление, преобладающее в указанной камере (10), причем на другую сторону (7b) воздействует давление, преобладающее за первым седлом клапана по ходу потока, в зоне выпускной секции (5) указанной трубы (2);

- при этом управляющая камера (10) сообщается с выпускной секцией (5) через посредство второго седла (9) клапана, взаимодействующего со вторым затвором (8);

- приводную тягу (13), взаимодействующую в рабочем положении с первым и вторым затворами (6, 8) для управления ими при открытии или закрытии соответствующих седел (3, 9);

- приводное средство (14), взаимодействующее с приводной тягой (13) для перемещения затворов (6, 8) от соответствующих седел (3, 9) клапана и к соответствующим седлам (3, 9) клапана,

отличающийся тем, что приводная тяга (13) прикреплена, по меньшей мере, к первому затвору (6) с возможностью ограниченного смещения относительно него, с заданным люфтом, так что тяга может перемещаться при приведении в действие приводного средства (14) без столкновения с первым затвором (6), по меньшей мере, вдоль некоторой части хода указанного затвора (6) при подъеме, а также с обеспечением противодействия упругому воздействию возвратного средства (15) для накопления энергии в возвратном средстве (15) и передачи ее первому затвору (6) для принудительного смещения его в сторону от седла (3) клапана и обеспечения открытия для сквозного прохода потока газа в магистральной трубе (2).

2. Клапанный узел по п.1, в котором приводная тяга (13) дополнительно прикреплена ко второму затвору (8) с возможностью ограниченного смещения относительно него, с заданным люфтом, так что тяга может перемещаться при приведении в действие указанного приводного средства, по меньшей мере, вдоль участка указанной части хода при подъеме, без столкновения с первым (6) и/или со вторым затвором (8), а также с обеспечением противодействия упругому воздействию возвратного средства (15) для накопления упругой энергии и передачи ее первому затвору (6) и/или второму затвору (8) для принудительного смещения их в сторону от соответствующих седел (3, 9) клапана и, соответственно, для обеспечения открытия для сквозного прохода потока газа в магистральной трубе (2).

3. Клапанный узел по п.1 или 2, в котором первый и второй затворы (6, 8) и приводная тяга (13) коаксиальны относительно друг друга.

4. Клапанный узел по п.3, в котором указанный первый и указанный второй затворы (6, 8) прикреплены к приводной тяге (13) с обеспечением возможности ограниченного смещения вдоль аксиального направления перемещения приводной тяги от указанных седел (3, 9) клапана и к указанным седлам (3, 9) клапана.

5. Клапанный узел по п. 1 или 2, в котором указанная приводная тяга (13) содержит первый и второй компоненты (13а, 13b), которые функционально соединены с обеспечением продолжения друг друга, и указанное возвратное средство содержит, по меньшей мере, одну пружину (15), функционирующую между соответствующими опорными поверхностями указанных компонентов, при этом указанная пружина (15) выполнена с возможностью накопления упругой энергии при смещении указанных компонентов (13а, 13b) относительно друг друга во время хода тяги (13) при подъеме для открытия седел (3, 9) клапана.

6. Клапанный узел по п.5, в котором указанный первый компонент (13а) тяги содержит конструктивный элемент (16) в виде втулки, и второй компонент (13b) содержит стержнеобразную часть, направляемую в аксиальном направлении в указанной втулке, при этом один конец указанной стержнеобразной части имеет головку (17), выполненную с возможностью удерживания во втулке (16) с возможностью смещения, при этом указанная пружина (15) функционирует между указанной головкой (17) и соответствующей опорной поверхностью указанной втулки (16).

7. Клапанный узел по п.6, в котором опорная поверхность первого компонента (13а) тяги образует одно целое с указанной втулкой (16).

8. Клапанный узел по п.6, в котором опорная поверхность первого компонента (13а) тяги содержит небольшую пластину (18), вставленную в указанную втулку (18) с возможностью смещения, а также удерживаемую в аксиальном направлении между ее противоположными концами в аксиальном направлении.

9. Клапанный узел по п.5, в котором второй компонент тяги на стороне, противоположной в аксиальном направлении к указанной головке, имеет расширенный конец (13с), пригодный для удерживания с возможностью ограниченного смещения, с заданным осевым люфтом, во второй втулке (19), к которой прикреплен второй затвор (8).

10. Клапанный узел по п.9, в котором приводная тяга (13) содержит третий стержнеобразный компонент (20), расположенный между первым и вторым затворами (6, 8) и выполненный с возможностью их соединения.

11. Клапанный узел по п.10, в котором третий компонент (20) содержит две части, прикрепленные друг к другу с возможностью ограниченного смещения относительно друг друга в аксиальном направлении.

12. Клапанный узел по п.11, в котором часть третьего компонента (20) тяги, прикрепленная к первому затвору (6), содержит вторую втулку (19), выполненную с возможностью удерживания ее в аксиальном направлении с возможностью ограниченного смещения, при этом один конец другой части прикреплен ко второму затвору (8).

13. Клапанный узел по п.9, в котором указанная тяга содержит третий стержнеобразный компонент (20), присоединенный ко второму затвору и проходящий через сквозное отверстие (26), выполненное в первом затворе (6), при этом третий затвор (27) смонтирован на указанной тяге на конце, ближайшем к первому затвору, а третий затвор (27) выполнен с возможностью взаимодействия с седлом клапана, образованным посредством отверстия (27), для избирательного установления сообщения управляющей камеры (10) с впускной секцией (4) магистральной трубы (2) посредством перемещения приводной тяги (13).

14. Газомерное устройство, выполненное с возможностью дистанционного управления и локального приведения в действие, содержащее клапанный узел, предназначенный для регулирования поставки горючего газа, выполненный в соответствии с одним или несколькими предшествующими пунктами.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к клапанному узлу, предназначенному для регулирования поставки горючего газа, в частности, предназначенному для газомерных устройств, имеющему признаки, упомянутые в ограничительной части основного пункта 1 формулы изобретения. Изобретение также относится к газомеру, включающему в себя вышеупомянутый клапанный узел.

Технологические предпосылки

Изобретение, в частности, относится к области клапанных устройств, предназначенных для регулирования подачи газа, в газомерных устройствах и, следовательно, предназначенных для дистанционного управления функционированием при уменьшенном поглощении энергии используемыми приводными средствами. В подобных специфических применениях известно управление открытием и закрытием прохода потока газа в измерительном устройстве посредством затворов, взаимодействующих с соответствующими седлами клапанов, которые соединены с механизированным приводным средством с электрическим управлением. Подобная система, которая позволяет пользователю посредством дистанционно управляемого разрешающего сигнала вызвать срабатывание измерительного устройства с обеспечением прохода потока газа через него, обычно должна быть выполнена с возможностью функционирования при сильно уменьшенном поглощении энергии на стадиях открытия и закрытия канала для прохода потока газа ввиду того, что энергия подается исключительно за счет аккумуляторных батарей для обеспечения независимости от внешних источников электрической энергии и должна обеспечить эффективную работу в течение отрезка времени, равного сроку службы измерительного устройства. Следовательно, в подобных условиях эксплуатации предпочтительно, чтобы энергия подавалась к механизированному приводному средству, воздействующему на затвор, перекрывающий поток газа, в течение чрезвычайно ограниченного времени, без поглощения энергии в том случае, если устройство не находится на переходной стадии перемещения для открытия/закрытия седла клапана для уменьшения потребления энергии и чтобы при этом тем не менее гарантировалось функционирование в полном объеме при управлении затвором.

Кроме того, в данных случаях применения существует потребность в значительном уменьшении потери напора между секциями, находящимися перед и за седлом клапана по ходу потока, и прежде всего желательно, чтобы затвор оставался в положении, предназначенном для открытия седла клапана, даже при отсутствии давления или в случае падения давления.

Для выполнения всех указанных требований возможное решение, соответствующее предшествующему уровню техники, предусматривает использование клапана пневматического типа, в котором затвор приводится в действие посредством двигателя и в котором основной поток газа предусмотрен в клапане с сервоуправлением таким образом, что механизированное приводное средство воздействует для открытия/закрытия уменьшенного канала для прохода газа, подобного тому, который предусмотрен в управляющей схеме для содействия сервоклапану, вследствие чего обеспечивается сравнительно умеренное поглощение энергии и уменьшенная потеря напора.

Однако в случаях применения в газомерах вышеуказанного типа нередко возникают ситуации, когда затвор, который может оставаться даже в течение длительного промежутка времени в состоянии закрытия седла (при этом измерительное устройство заблокировано для использования пользователем), подвергается своего рода «залипанию» на седле клапана, что противодействует ходу открытия, обеспечиваемому двигателем. Поскольку энергия подается на двигатель в течение ограниченного промежутка времени для уменьшения поглощения энергии, он может оказаться неспособным обеспечить подъем затвора вследствие сопротивления движению, обусловленного его залипанием на седле клапана, при этом все это вызывает ухудшение функционирования клапана, который может оставаться закрытым или только частично открытым в течение неопределенного периода. Подобное ограничение, очевидно, неприемлемо при использовании подобного клапанного узла в газомерных устройствах.

Раскрытие изобретения

Задача, лежащая в основе настоящего изобретения, заключается в разработке клапанного узла, предназначенного для регулирования поставки горючего газа, в частности для поставки через посредство газомерного устройства, и выполненного конструктивно и функционально с обеспечением возможности устранения ограничений, упомянутых со ссылкой на приведенный предшествующий уровень техники.

Данная задача решается с помощью изобретения, относящегося к клапанному узлу, выполненному в соответствии с нижеприведенной формулой изобретения.

Краткое описание чертежей

Дополнительные признаки и преимущества изобретения станут более ясными из нижеприведенного подробного описания некоторых предпочтительных, приведенных в качестве примера вариантов его осуществления, проиллюстрированных в качестве неограничивающего примера со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой схематическое продольное сечение клапанного узла, выполненного в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;

Фиг.2 и 3 представляют собой схематические продольные сечения клапанного узла по фиг.1 на соответствующих и разных рабочих фазах в процессе функционирования клапанного узла;

Фиг.4 представляет собой схематическое продольное сечение клапанного узла, выполненного в рамках второго варианта осуществления изобретения;

Фиг.5 представляет собой выполненное с частичным разрезом схематическое изображение газомерного устройства, снабженного клапанным узлом, выполненным в соответствии с изобретением.

Предпочтительные варианты осуществления изобретения

Вначале будут рассмотрены фиг.1-3, на которых ссылочная позиция 1 обозначает клапанный узел в целом, показанный только схематически, предназначенный для регулирования поставки горючего газа через посредство газомерного устройства 1а, показанного только частично. Клапанный узел расположен в магистральной трубе для прохода потока газа, обозначенной 2, и содержит седло 3 клапана, расположенное между впускной секцией 4 и выпускной секцией 5 трубы. Седло 3 клапана выполнено с возможностью взаимодействия с затвором 6 посредством регулирующей мембраны 7, как будет описано в дальнейшем более подробно. В клапанном узле седло 3 клапана с затвором 6 выполнено в виде сервоклапана и, следовательно, предусмотрено с сервоуправлением, обеспечиваемым посредством второго затвора 8, взаимодействующего с соответствующим вторым седлом 9 клапана, расположенным в управляющей схеме. Более точно, предусмотрена управляющая камера 10, предназначенная для управления основным сервоклапаном, при этом указанная камера сообщается с впускной секцией 4, расположенной до седла 3 по ходу потока, посредством управляющей трубы 11, предусмотренной с соответствующим поперечным сужением (neck) или сужением (constriction) 12.

Управляющая камера 10 частично ограничена одной стороной 7а мембраны 7, к которой прочно прикреплен затвор 6, и расположена с обеспечением ее сообщения с выпускной секцией 5 трубы 2 через посредство отверстия, ограниченного седлом 9 клапана, взаимодействующего с затвором 8. Таким образом, как станет очевидно при изучении продолжения описания, управление работой основного затвора 6 осуществляется посредством открытия/закрытия второго затвора 8, обеспечивающего сервоуправление.

Седла 3, 9 клапана с соответствующими затворами 6, 8 предпочтительно смонтированы коаксиально друг относительно друга в аксиальном направлении, обозначенном Х, вдоль которого происходят рабочие ходы самих затворов от соответствующих седел клапана и к соответствующим седлам клапана.

Для срабатывания затворов обеспечивается крепление затворов к приводной тяге, обозначенной в целом ссылочной позицией 13, которая функционально соединена с двигателем 14, выполненным с возможностью приведения тяги в поступательное движение вдоль оси Х. Соответственно предусмотрен двигатель 14, который представляет собой, например, электрический двигатель, при этом указанный двигатель выбран и выполнен с возможностью поглощения уменьшенного количества энергии, если предположить, что он должен снабжаться энергией посредством аккумуляторной батареи, смонтированной в газомере, при полной независимости от сети электроснабжения, при этом аккумуляторная батарея должна обеспечить длительный срок эксплуатации, связанный со сроком службы газомера. Для этого предусмотрена подача энергии к двигателю на фазе приведения в действие приводной тяги в течение ограниченного промежутка времени для ограничения потребления энергии, но тем не менее в соответствии с изобретением обеспечивается открытие и/или закрытие седел клапана.

Для этого приводная тяга 13 прикреплена к затворам 6 и 8 с возможностью ограниченного смещения относительно них, с заданным люфтом в соответствующем соединении, так что тяга может перемещаться посредством двигателя 14 без столкновения с одним и/или другим из указанных затворов, по меньшей мере, вдоль части их хода при подъеме, а также с обеспечением противодействия воздействию возвратной пружины 15 для накопления упругой энергии (за счет сжатия пружины) и для передачи указанной энергии затворам с целью их принудительного смещения их от седел клапана и обеспечения открытия для сквозного прохода потока газа в магистральной трубе.

Приводная тяга 13 содержит первый компонент 13а и второй компонент 13b, простирающиеся в продолжение друг друга, а также соединенные с возможностью ограниченного смещения в аксиальном направлении Х. Первый компонент 13а выполнен с конструктивным элементом 16 в виде втулки, и второй компонент 13b содержит стержнеобразную часть с торцевой головкой 17, которая вставлена во втулку 16 и удерживается в ней с возможностью смещения. Пружина 15 функционирует между головкой 17 и концом втулки 16. Концы пружины предпочтительно упираются в головку 17 и с противоположной в аксиальном направлении стороны в небольшую пластину 18, направляемую в аксиальном направлении во втулке, при этом пластина и пружина надеты коаксиально на стержнеобразную часть второго компонента тяги.

На свободном конце стержнеобразной части на стороне, противоположной по отношению к головке, образована расширенная часть 13с стержня, пригодная для ее удерживания с возможностью ограниченного смещения внутри второй втулки 19, с заданным осевым люфтом в соединении. Затвор 8 присоединен к втулке 9.

Третий стержнеобразный компонент 20 приводной тяги простирается как продолжение первого и второго компонентов коаксиально с ними, при этом один конец компонента 20 прочно прикреплен к затвору 8, и компонент 20 имеет на противоположном конце в аксиальном направлении расширенную часть 20а, пригодную для удерживания с возможностью ограниченного смещения, с заданным люфтом в соединении, внутри третьей втулки 21, к которой прикреплен затвор 6 и образующая одно целое с ними мембрана 7.

Ссылочная позиция 22 обозначает упругую возвратную пружину, воздействующую на основной затвор 6 и выполненную с возможностью обеспечения его поджима к положению, предназначенному для закрытия соответствующего седла 3 клапана.

Ссылочная позиция 25 обозначает в целом датчик положения, функционально соединенный с затвором 8. Указанный датчик предпочтительно такого типа, в основе работы которого лежит эффект Холла, содержит соответствующие элементы 25а, 25b, 25с, которые взаимодействуют друг с другом и посредством которых определяется положение затвора 8 при его перемещении в аксиальном направлении Х, при этом соответствующие сигналы указывают на закрытое и открытое положения седла 9 клапана, на которое воздействует затвор 8.

При эксплуатации, начиная от конфигурации по фиг.1, в которой седла 3 и 9 клапана перекрыты оба посредством закрытия соответствующих затворов (закрытое положение определяется датчиком 25), сквозной проход потока газа в трубе 2 будет открыт описанным ниже образом.

При включении двигателя 14 приводная тяга 13 поднимается, в результате чего сначала осуществляется открытие седла 9 клапана в сервоконтуре (фиг.2), что вызывает сброс давления в управляющей камере 10, и сигнал давления передается к выпускной части 5, где он воздействует на сторону 7b мембраны, противоположную по отношению к стороне 7а. Дальнейший ход тяги 13 при подъеме вызывает устранение осевого люфта в соединении внутри втулки 21, и как только люфт станет равным нулю затвор 6 поднимается вместе с мембраной 7 при обеспечении противодействия действию пружины 22 до тех пор, пока не будет достигнуто состояние полного открытия седла 3 клапана с последующим сквозным проходом потока газа в трубе 2 (фиг.3).

При применениях клапанного узла в соответствии с изобретением в газомерах нередко возникает ситуация, когда один или оба затвора создают определенное сопротивление отсоединению их от соответствующего им седла клапана во время хода приводной тяги при подъеме. Данное явление связано с тем, что поскольку затворы могут оставаться в течение длительного времени в закрытом положении, то есть во время периодов, когда газомер отключен или не подготовлен для использования, они подвергаются воздействию явления, известного как «залипание» на седле клапана, при этом при наличии данного явления двигатель может не обеспечить завершения открытия седла клапана за (уменьшенное) время, в течение которого питание подается на двигатель. При обнаружении явления залипания основного затвора может возникнуть ситуация, при которой в конце хода, который завершает открытие затвора 8 сервоконтура, основной затвор 6 не будет отсоединен от соответствующего ему седла, и в этом случае не обеспечивается открытие основного клапана.

Клапанный узел в соответствии с изобретением обеспечивает возможность устранения вышеупомянутых ограничений за счет накопления и последующего выделения упругой энергии, которые осуществляются посредством пружины 15.

Благодаря возможности ограниченного свободного смещения компонентов 13а, 13b приводной тяги относительно друг друга двигатель 14 при подаче на него питания сможет обеспечить подъем компонента 13а даже в том случае, когда один или оба затвора 6, 8 окажутся прилипшими к соответствующим им седлам, при этом сопротивление усилию, создаваемому двигателем, в данном случае уменьшается. Во время данного хода энергия упругого характера по-прежнему накапливается за счет сжатия пружины 15, при этом указанная энергия выделяется и передается затвору (одному или обоим) даже после того, как пройдет краткий промежуток времени, в течение которого питание будет подаваться на двигатель, при этом усилие остается приложенным к затвору до тех пор, пока он не будет поднят с соответствующего ему седла клапана. Результат состоит в том, что воздействие усилия на затвор будет поджиматься, не будет ограничено интервалом времени, в течение которого двигатель будет приводиться в действие, но вместо этого усилие будет оставаться приложенным также в течение последующего периода до тех пор, пока сопротивление, создаваемое вследствие любого явления залипания, возникающего между затворами и седлами клапана, не будет преодолено. Фиг.2 иллюстрирует переходное состояние, в котором вследствие временного залипания затворов подъем приводной тяги сопровождается сжатием пружины 15. Тем не менее на данной фазе двигатель обеспечивает выполнение заданного хода, несмотря на то, что затворы остаются в положении закрытия соответствующих седел клапана, при этом датчик 25 продолжает определять закрытое положение. В результате упругого воздействия пружины 15, действующей на затворы, достигается состояние, проиллюстрированное на фиг.3, в котором происходит открытие соответствующих седел клапана, при этом открытое положение обнаруживается датчиком 25.

Также следует отметить, что пружина 15 помимо выполнения функции накопления энергии и, следовательно, усилия для открытия клапана (когда она сжимается во время подъема приводной тяги) также выполняет функцию закрывающего средства для затвора 8 на соответствующем седле 9, когда компонент 13а вводится в контакт с головкой 17 компонента 13b. При данном перемещении осевое усилие будет действовать со стороны пластины 18.

Как показано на фиг.4, второй приведенный в качестве примера вариант осуществления изобретения, в котором детали, аналогичные деталям предыдущего примера, обозначены теми же ссылочными позициями, отличается от предыдущего варианта осуществления главным образом тем, что в нем в качестве альтернативы управляющей трубе 11 выполнено отверстие 26, проходящее через затвор 6 и пригодное для установления сообщения между впускной секцией 4 и управляющей камерой и образующее седло клапана, выполненное с возможностью избирательного перекрытия его затвором 27. Указанный затвор прочно прикреплен к третьему компоненту 20 приводной тяги коаксиально с затвором 6, и затвор 6 прочно прикреплен только к мембране 7. Ссылочная позиция 22 обозначает упругую возвратную пружину затвора 6, функционирующую между неподвижной частью узла и затвором 6, как ясно проиллюстрировано на фиг.4.

Выполнение затвора 27 в соответствии с данным вариантом обеспечивает возможность избежать образования сужения 12 или другого аналогичного нагнетательного сопла в трубе 11. Поскольку поперечное сечение суженной части должно быть значительно уменьшено по ширине по отношению к поперечному сечению седла 9 клапана, которое обеспечивает сброс давление в управляющей камере, существует риск возникновения препятствия в управляющей трубе вследствие загрязняющих примесей, имеющихся в поставляемом газе, при этом указанный риск увеличивается вследствие того, что непрерывный поток газа в любом случае подается через сужение.

С другой стороны, в варианте по фиг.4 данной возможной проблемы избегают благодаря наличию затвора 27, при котором не требуется наличия какого-либо нагнетательного сопла.

Фиг.5 схематически показывает в частичном разрезе корпус 29 газомера 1а, включающего в себя клапанный узел по настоящему изобретению. В корпусе 29 газомера, предназначенного для дистанционного управления, а также для локального приведения его в действие пользователем, предусмотрена секция для впуска газа с входным фильтром 30 и секция для выпуска газа с соответствующим выходным фильтром 31. За впускной секцией по ходу потока также предусмотрено возможное предохранительное устройство, защищающее от перегрева, обозначенное ссылочной позицией 32 и выполненное в виде своего рода «плавкого предохранителя», выполняющего функцию перекрытия сквозного прохода потока газа, когда заданные тепловые уровни будут превышены.

За предохранительным устройством 32 по ходу потока смонтирован клапанный узел 1, описанный в предыдущих примерах, посредством которого поток газа подается в измерительное устройство 34 с соответствующим датчиком, посредством которого определяется объем газа, подаваемого через газомер.

Таким образом, изобретение обеспечивает достижение поставленных целей с устранением ограничений, упомянутых со ссылкой на предшествующий уровень техники, и получение многочисленных преимуществ.

Главное преимущество заключается в том, что посредством клапанного узла в соответствии с изобретением при применениях его в газомерах с механизированными приводными устройствами с малым поглощением энергии можно обеспечить открытие седел клапана даже в случае нередких явлений «залипания» седел клапана, что делает регулирование подачи/поставки газа посредством сквозного потока газа надежным и эффективным. В соответствии с изобретением, согласно которому соответственно разработан клапанный узел с сервоуправлением с основным затвором, имеющим регулирующую диафрагму, подвергаемую воздействию разных давлений с ее противоположных сторон, можно обеспечить малое поглощение энергии двигателем, при этом питание на двигатель подается на переходной фазе приведения в действие, и при этом обеспечивается «интегрирование» энергии двигателя с выделяющейся энергией, накопленной на фазе приведения в действие самого двигателя в упругом элементе, например в пружине, упругое воздействие которой передается затем затворам также после фазы, в течение которой питание подается на двигатель.