Устройство направления потока для использования с регуляторами текучей среды

Устройство направления потока для использования с регуляторами текучей среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Этот патент претендует на приоритет предварительной патентной заявки США, серийный номер 61/408955, поданной 1 ноября 2010 г. под заголовком УСТРОЙСТВО НАПРАВЛЕНИЯ ПОТОКА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ С РЕГУЛЯТОРАМИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, которая включена сюда путем ссылки в полном объеме.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится, в основном, к регуляторам текучей среды и, более конкретно, к устройству направления потока для использования с регуляторами текучей среды.

Уровень техники

Регуляторы текучей среды обычно используются для снижения давления текучей среды и регулирования давления до практически постоянного значения. Конкретно, регулятор текучей среды имеет впускное отверстие, в которое обычно принимает текучую среду при относительно высоком давлении, и обеспечивает относительно более низкое установочное регулирующее давление на выпускном отверстии. Входное давление снижается до более низкого выходного давления путем ограничения потока через дроссель, чтобы поток практически соответствовал изменению в потреблении ниже по потоку. Например, регулятор газа, связанный с единицей оборудования (например, бойлером), может получать газ, имеющий относительно высокое и отчасти переменное давление от источника распределения газа, и может регулировать поток газа таким образом, чтобы газ имел более низкое, практически постоянное или регулирующее давление, подходящее для безопасного, эффективного использования оборудованием.

Регуляторы текучей среды часто классифицируют, исходя из способности регулятора текучей среды поддерживать выходное давление при установочном регулирующем давлении, когда на регулятор текучей среды действует перепад давления или скорости потока текучей среды в каком-либо диапазоне. Регулятор текучей среды, который отклоняется от установочного регулирующего давления, когда на регулятор текучей среды действует конкретный перепад давления, считается находящимся за пределами классификации или класса точности.

Отклонение от установочного регулирующего давления часто вызывается усилением или ослаблением характеристик потока регулятора текучей среды. Усиление и ослабление может существенно снизить точность и/или классификационную пропускную способность регулятора текучей среды.

Обычно регулятор текучей среды в исполнении с механизмом снижения усиления ограничивается классами точности, которые включают относительно низкие перепады давления, в то время как регулятор текучей среды в исполнении с механизмом снижения ослабления ограничивается классами точности, которые включают относительно высокие перепады давления. Таким образом, без регулирования обеих характеристик потока - усиления и ослабления - общая пропускная способность регулятора текучей среды не может быть максимизирована, поскольку регулятор текучей среды ограничен классом точности, при котором на точность регулятора текучей среды не воздействуют характеристики ни усиления, ни ослабления потока.

Раскрытие изобретения

В одном примере регулятор текучей среды включает корпус, имеющий перепускной канал, ограничивающий дроссель, который посредством текучей среды соединяет впускное отверстие и выпускное отверстие. Плунжер клапана, расположенный в перепускном канале, перемещается относительно седла клапана, смежного дросселю. Исполнительный механизм функционально присоединен к плунжеру клапана, и исполнительный механизм включает измерительную камеру, соединенную посредством текучей среды с выпускным отверстием перепускного канала. Исполнительный механизм перемещает плунжер клапана относительно седла клапана, управляя потоком текучей среды через дроссель между впускным отверстием и выпускным отверстием в ответ на давление рабочей текучей среды на входе. Элемент направления потока имеет узел снижения ослабления, чтобы направлять текучую среду, протекающую через дроссель, к выпускному отверстию перепускного клапана и от измерительной камеры исполнительного механизма при первом перепаде давления через дроссель и узел снижения усиления, чтобы направлять текучую среду, проходящую к измерительной камере исполнительного механизма при втором перепаде давления, где второй перепад давления больше, чем первый перепад давления.

В другом примере устройство направления потока включает корпус, имеющий полость и выступ, расположенный, по меньшей мере, около периферической части корпуса, смежной полости, где выступ предназначен для того, чтобы существенно снижать характеристики ослабления, когда рабочая текучая среда, проходящая через регулятор текучей среды, протекает через корпус при первой скорости. Корпус, имеющий, по меньшей мере, один порт, прилегающий к выступу, где, по меньшей мере, один порт предназначен для существенного снижения характеристик усиления, когда рабочая текучая среда, проходящая через регулятор текучей среды, протекает через корпус при второй скорости, которая больше, чем первая скорость.

Краткое описание чертежей

ФИГ.1 иллюстрирует известный автоматический регулятор текучей среды.

ФИГ.2 иллюстрирует частичный увеличенный поперечный разрез регулятора текучей среды, показанного на ФИГ.1, в исполнении с известным плунжером клапана.

ФИГ.3 иллюстрирует частичный увеличенный поперечный разрез регулятора текучей среды ФИГ.1, в исполнении с другим известным плунжером клапана.

ФИГ.4 иллюстрирует пример регулятора текучей среды с примером устройства направления потока, описанного здесь.

ФИГ.5 иллюстрирует пример устройства направления потока ФИГ.4.

ФИГ.6 иллюстрирует поперечный разрез примера устройства направления потока для ФИГ.4 и 5.

ФИГ.7 иллюстрирует вид снизу примера устройства направления потока ФИГ.4, 5 и 6.

ФИГ.8А иллюстрирует частичный увеличенный поперечный разрез примера регулятора текучей среды ФИГ.4.

ФИГ.8В иллюстрирует увеличенный вид части регулятора текучей среды ФИГ.4 и 8А.

ФИГ.9 и 10 иллюстрирует различные разрезы другого примера устройства направления потока текучей среды, описанного здесь.

ФИГ.11 иллюстрирует частичный, увеличенный разрез регулятора текучей среды, в исполнении с примером устройства направления потока текучей среды ФИГ.9 и 10.

ФИГ.12А-12Е иллюстрируют различные геометрии примера порта, которые можно использовать в исполнении примера устройства направления потока текучей среды из ФИГ.3-7, 8А, 8В, 9, 10 и 11.

Осуществление изобретения

Типовые регуляторы текучей среды, описанные здесь, регулируют поток текучей среды, чтобы поддерживать давление ниже по потоку в пределах допустимого и/или постоянного давления, исходя из установочного регулирующего давления. Кроме того, регуляторы текучей среды включают пример устройства направления потока, что существенно увеличивает пропускную способность и/или класс точности регуляторов текучей среды. В частности, пример устройства направления потока, описанный здесь, использует устройство снижения усиления и устройство снижения ослабления для управления обеими характеристиками усиления и ослабления регулятора текучей среды. Другими словами, устройство направления потока, описанное здесь, обеспечивает двойную функцию устройства направления потока, чтобы регулятор текучей среды мог достигать класса точности в более широком диапазоне перепадов давления чем, например, регулятор текучей среды, в исполнении с обычным устройством направления потока. Пример устройства направления потока, описанный здесь, управляет характеристиками ослабления потока, когда регулятор потока подвергается действию относительно низких входных давлений и также управляет характеристиками усиления потока, когда регулятор потока подвергается действию относительно высоких выходных давлений. Таким образом, пример устройства направления потока, описанный здесь, корректирует обе характеристики - характеристику усиления потока и характеристику ослабления потока и может значительно улучшить пропускную способность или класс точности регулятора текучей среды.

В частности пример устройства направления потока текучей среды, описанный здесь, включает узел снижения ослабления, чтобы отклонить или направить текучую среду, проходящую через дроссель, к выпускному отверстию перепускного канала и в сторону от измерительной камеры исполнительного механизма, когда перепад давления через дроссель является относительно низким и включает узел снижения усиления, чтобы отклонить или направить текучую среду, проходящую через дроссель к измерительной камере исполнительного механизма, когда перепад давления через дроссель является относительно высоким. Благодаря управлению обеими характеристиками усиления и ослабления потока путем направления потока текучей среды, пример регулятора текучей среды, описанный здесь, можно классифицировать для использования в относительно большем диапазоне перепадов давления.

Например, для применений с относительно низкими входными давлениями, пример устройства направления потока снижает ослабление потока (например, создает или увеличивает усиление), таким образом, повышая пропускную способность регулятора текучей среды для использования в применениях с низкими входными давлениями. Кроме того, для применений с относительно высокими входными давлениями устройство направления потока снижает усиление (например, создает или увеличивает ослабление потока), таким образом, увеличивая пропускную способность регулятора текучей среды для использования в применениях с высокими входными давлениями. В результате устройство направления потока обеспечивает двойную функцию устройства направления потока, которая в значительной степени управляет обеими характеристиками потока - усилением и ослаблением, таким образом, обеспечивая более точный регулятор текучей среды и улучшая способность регулятора текучей среды точно соответствовать потреблению ниже по потоку в большем диапазоне рабочих параметров.

Перед обсуждением деталей примера устройства направления потока рассмотрим описание известного автоматического регулятора текучей среды 100, показанного на ФИГ.1. Как показано на ФИГ.1, регулятор 100 включает исполнительный механизм 102, который соединен с регулирующим клапаном 104. Исполнительный механизм 102 включает мембрану 106, которая находится в корпусе исполнительного механизма 108, чтобы отделить камеру нагрузки 110 от измерительной камеры 112. Камера нагрузки 110 включает нагружающее устройство 114, такое как, например, регулирующая пружина 116, которая обеспечивает установочную или регулирующую нагрузку или давление первой стороне 118 мембраны 106. Обычно регулирующая нагрузка или давление, обеспечиваемое нагружающим устройством 114, соответствует желательному выходному давлению, которое должно быть обеспечено регулятором текучей среды 100.

Регулирующий клапан 104 включает корпус клапана 120, ограничивающий перепускной канал текучей среды 122 между впускным отверстием 124 и выпускным отверстием 126. Корпус клапана 120 присоединен к корпусу исполнительного механизма 108, так что горловина 128 корпуса клапана посредством текучей среды связана с измерительной камерой 112, в результате чего измерительная камера 112 может воспринимать давление текучей среды на выпускном отверстии 126 корпуса клапана 120. Плунжер клапана 130 расположен в перепускном канале 122 и перемещается относительно седла клапана 132, чтобы регулировать поток текучей среды через перепускной канал 122. Как показано, плунжер клапана 130 функционально присоединен к мембране 106 посредством рычажного механизма 134.

При работе мембрана 106 перемещает плунжер клапана 130 посредством рычажного механизма 134 в ответ на перепад давления на мембране 108, обеспечиваемый выходным давлением, воспринимаемым измерительной камерой 112 (через горловину 128), и установочным или регулирующим давлением, обеспечиваемым нагружающим устройством 114 (то есть усилие пружины обеспечивается регулирующей пружиной 116). Когда потребление ниже по потоку увеличивается, то потребность в потоке текучей среды ниже по потоку увеличивается и, давление ниже по потоку уменьшается. Измерительная камера 112 воспринимает давление на выпускном отверстии 126 через горловину 128. Давление, воспринимаемое измерительной камерой 112, которое меньше, чем регулирующее давление, обеспечиваемое нагружающим устройством 114 первой стороне 118 мембраны 108, приводит к перепаду давления на мембране 106, что заставляет мембрану 106 перемещаться в направлении измерительной камеры 112. В свою очередь, мембрана 108 вызывает движение плунжера клапана 130 в сторону от седла клапана 132, позволяя потоку текучей среды проходить через перепускной канал 122. Когда потребление ниже по потоку снижается, давление на выпускном отверстии 126 увеличивается и потребление потока текучей среды снижается. Выходное давление, воспринимаемое измерительной камерой 112 (т.е. через горловину 128), которое больше, чем регулирующее давление, обеспечиваемое нагружающим устройством 114, приводит к перепаду давления на мембране 106, что заставляет мембрану 106 перемещаться в направлении камеры нагрузки 110. В свою очередь, мембрана 106 вызывает движение плунжера клапана 130 к седлу клапана 132, чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через перепускной канал 122.

Регулятор текучей среды 100 можно отнести к определенному классу по конкретной паспортной пропускной способности или по классу точности, основанной на способности регулятора текучей среды 100 поддерживать выходное давление на уровне установочного регулирующего давления, когда регулятор текучей среды 100 подвергается действию перепадов давления в каком-либо диапазоне и, следовательно, действию скоростей потока текучей среды. Когда регулятор текучей среды 100 обеспечивает выходное давление ниже по потоку, которое отклоняется от установочного регулирующего давления, когда регулятор текучей среды подвергается действию конкретного перепада давления, то регулятор текучей среды 100 больше не регулирует в рамках этого конкретного рабочего параметра и класс точности или пропускная способность является существенно нарушенной.

Отклонение от установочного регулирующего давления часто вызывается ослаблением и/или усилением характеристик потока, когда рабочая текучая среда проходит через регулятор текучей среды 100. В результате ослабление и усиление потока существенно воздействуют или нарушают класс точности и/или пропускную способность регулятора текучей среды.

Например, для низких входных давлений или низких перепадов давления регулятор 100 может демонстрировать ослабление, когда давление ниже по потоку падает слишком быстро (то есть, потребление ниже по потоку увеличивается, а давление ниже по потоку уменьшается) и текучая среда проходит перепускной канал 122 с относительно низкой скоростью. Как отмечено выше, регулятор текучей среды 100 перемещает плунжер клапана 130 относительно седла клапана 132, чтобы обеспечить через корпус клапана 120 поток текучей среды, который соответствует потреблению ниже по потоку, исходя из давления ниже по потоку, воспринимаемому измерительной камерой 112 и связанному с установочным давлением, обеспечиваемым регулирующей пружиной 116. Установочное регулирующее давление устанавливают для того, чтобы обеспечить желательное выходное давление (и минимальный расход текучей среды через перепускной канал 122), исходя из перепада давления текучей среды, проходящей через перепускной канал (например, исходя из известного или принятого входного давления).

Однако во время работы давление на впускном отверстии 124 может измениться ниже входного давления, используемого для определения установочного регулирующего давления. Из-за относительно низких входных давлений или относительно низких перепадов давления текучая среда проходит через дроссель 136 с относительно низкой скоростью. Однако, хотя исполнительный механизм 102 вынуждает плунжер клапана 130 перемещаться в сторону от седла клапана 132, когда давление ниже по потоку уменьшается (то есть потребление ниже по потоку увеличивается), исполнительный механизм 102 может не привести в движение плунжер клапана 120, чтобы тот открылся, или не переместить его достаточно далеко от седла клапана 132, чтобы соответствовать требуемому потреблению ниже по потоку, исходя из перепада давления, обеспечиваемого на мембране 106 входным давлением и установочным регулирующим давлением, когда текучая среда проходит через перепускной канал 122 при относительно низкой скорости. Другими словами, входные давления, которые ниже, чем входное давление, используемое для определения установочного регулирующего давления, может вызвать ослабление, поскольку поток текучей среды через перепускной канал 122 может быть недостаточным, чтобы соответствовать потреблению ниже по потоку.

Для высоких входных давлений или высоких перепадов давления регулятор 100 может создать усиление, когда давление ниже по потоку увеличивается (например, неожиданно повышается) и текучая среда проходит через перепускной канал 122 при относительно высокой скорости. Относительно высокая скорость потока текучей среды через перепускной канал 122 может привести к области или зоне низкого давления в горловине 128 по сравнению с давлением ниже по потоку. В результате измерительная камера 122 воспринимает более низкое давление (по сравнению с выходным давлением) и вынуждает регулятор 100 пропустить больше потока текучей среды к выпускному отверстию 126 (в отличие от перемещения плунжера 120 к седлу клапана 132). Другими словами, регулятор текучей среды 100 отклоняется от регулирующего давления.

Ослабление и/или усиление может создаваться или вызываться многими факторами, такими как, например, изменение усилия пружины регулирующей пружины 116, когда мембрана 106 перемещается к измерительной камере 112, колебания в зоне мембраны 106, когда мембрана 106 отклоняется или перемещается благодаря перепаду давления на мембране 106, размер дросселя 136 перепускного канала 122, входное давление рабочей текучей среды, перепад давления на дросселе 136, плунжер клапана 130 и т.д.

ФИГ.2 представляет увеличенный частичный разрез примера регулятора 100 ФИГ. 1, на котором показано прохождение текучей среды через перепускной канал 122, когда давление текучей среды на впускном отверстии 124 является относительно низким. Измерительная камера 112 воспринимает выходное давление посредством перепускного канала 122 (например, через зону горловины 128), когда текучая среда проходит через перепускной канал 122. Перепад давления на мембране 106 приводит к тому, что мембрана 106 вынуждает плунжер клапана 130 отойти от седла клапана 132, в результате чего поток текучей среды через перепускной канал 122 соответствует потреблению ниже по потоку, когда давление в измерительной камере 112 меньше, чем регулирующее давление, обеспечиваемое регулирующей пружиной 116.

Поскольку текучая среда на впускном отверстии 124 имеет относительно низкое давление, рабочая текучая среда проходит через перепускной канал 122 при относительно низкой скорости или с относительно низким импульсом. Как показано, текучая среда проходит вокруг плунжера клапана 130 в направлении 200 к измерительной камере 112, когда текучая среда 200 проходит к выпускному отверстию 126. Измерительная камера 122 воспринимает давление рабочей текучей среды через горловину 128, когда текучая среда движется между впускным отверстием 124 и выпускным отверстием 126. Регулятор текучей среды 100 перемещает плунжер клапана 130 относительно седла клапана 132, исходя из перепада давления на мембране 106 между давлением ниже по потоку и регулирующей пружиной 116. Однако во время работы давление на впускном отверстии 124 может изменяться и быть ниже входного давления, используемого для определения установочного регулирующего давления. При низких перепадах давления текучая среда проходит через перепускной канал 122 при относительно низкой скорости, и она может быть недостаточной, чтобы соответствовать потреблению потока текучей среды ниже по потоку, поскольку установочное регулирующее давление могло быть обеспечено или отрегулировано, исходя из более высокого входного давления.

Другими словами, хотя плунжер клапана 130 отходит от седла клапана 132, чтобы позволить текучей среде проходить через перепускной канал 122, исполнительный механизм 102 может не заставить плунжер клапана 120 открыться или отойти достаточно далеко от седла клапана 132, исходя из перепада давления, передаваемого мембране 106 выходным давлением и установочным регулирующим давлением, и расход текучей среды является недостаточным, чтобы соответствовать потреблению ниже по потоку, что приводит к ослаблению потока. В результате поток текучей среды через перепускной канал 122 является недостаточным, чтобы соответствовать потреблению ниже по потоку, таким образом, уменьшая пропускную способность или класс точности регулятора текучей среды 100 для использования в применениях с относительно низкими входными давлениями.

ФИГ.3 иллюстрирует пример регулятора текучей среды 100 в исполнении с плунжером клапана 300, который создает усиление, чтобы снизить эффекты ослабления (описанные выше в связи с ФИГ.2), когда регулятор текучей среды 100 используется в применениях, имеющих относительно низкие входные давления. Обратимся к ФИГ.3, где показано, что когда рабочая текучая среда проходит между впускным отверстием 124 и выпускным отверстием 126, плунжер клапана 300 направляет или отклоняет текучую среду в направлении 302 в сторону от измерительной камеры 112. В этом случае давление низкоскоростной текучей среды направлено от измерительной камеры 112 (например, от зоны горловины 128) и к выпускному отверстию 126. Таким образом, измерительная камера 112 воспринимает более низкое давление (слегка пониженное давление), чем давление ниже по потоку, и регулятор текучей среды 100 приводит в движение плунжер клапана 130, перемещая его дальше от седла клапана 134, что позволяет потоку текучей среды проходить через перепускной канал 122. Таким образом, плунжер клапана 300 приводит к увеличенному потоку текучей среды (то есть создает усиление) через перепускной канал 122, когда текучая среда, проходящая через дроссель 136, имеет относительно низкий перепад давления, благодаря тому, что позволяет регулятору текучей среды 100 переместиться в открытое положение, чтобы позволить текучей среде проходить через перепускной канал 122.

Однако при высоких перепадах давления или для применений, в которых давление на впускном отверстии 124 является относительно высоким, плунжер клапана 300 обеспечивает избыточное усиление (то есть поток текучей среды, который больше, чем потребление потока источником ниже по потоку), что может привести к тому, что давление на выпускном отверстии 126 отклонится от желательного установочного регулирующего давления, обеспечиваемого регулирующей пружиной 116. Например, для применений с относительно высоким входным давлением рабочая текучая среда проходит через перепускной канал 122 с относительно высокой скоростью или с относительно высоким импульсом. Когда потребление ниже по потоку уменьшается, выходное давление увеличивается, и потребление потока текучей среды уменьшается. Когда текучая среда проходит через дроссель 136 при относительно высоком расходе текучей среды, то плунжер клапана 300 направляет текучую среду в направлении 302 к выпускному отверстию 126 и в сторону от измерительной камеры 112. В свою очередь, измерительная камера 112 может воспринимать более низкое давление в горловине 128 по сравнению с давлением ниже по потоку на выпускном отверстии 126, поскольку текучая среда течет через перепускной канал 122 с относительно высокой скоростью и в сторону от измерительной камеры 112. В результате регулятор текучей среды 100 приводит в движение плунжер клапана 300, перемещая его от седла клапана 132 и позволяя большему количеству текучей среды проходить через перепускной канал 122, тем самым обеспечивая больший поток текучей среды ниже по потоку, чем требуется. В результате давление на выпускном отверстии 126 возрастает выше желательного или установочного регулирующего давления, обеспечиваемого регулирующей пружиной 116, тем самым нарушая точность регулятора текучей среды 100 для применений с относительно высокими входными давлениями.

Таким образом, компенсирующее или управляющее усиление для применений с относительно высокими давлениями часто приводит к избыточному ослаблению, когда регулятор 100 используют для применений с низкими давлениями. И наоборот, компенсирующее или управляющее ослабление для применений с относительно низкими давлениями часто приводит к избыточному усилению, когда регулятор 100 используют для применений с высокими давлениями. Таким образом, без управления обоими характеристиками - усилением и ослаблением -потока регулятором текучей среды 100, общая пропускная способность регулятора текучей среды 100 не может быть максимизирована. В результате регулятор текучей среды 100 обычно будет иметь пониженный класс точности и/или пропускную способность.

ФИГ.4 иллюстрирует пример регулятора текучей среды 400 в исполнении с описанным здесь примером устройства направления потока 402, который обеспечивает двойную функцию, чтобы существенно уменьшить избыточное ослабление, когда регулятор текучей среды 400 используется в применениях с низким входным давлением, и уменьшить избыточное усиление, когда регулятор текучей среды 400 используется в применениях с высоким входным давлением, тем самым существенно увеличивая класс точности и пропускную способность регулятора текучей среды 400.

Обратимся к ФИГ.4, где пример регулятора текучей среды 400 включает исполнительный механизм 404, который функционально присоединен к регулирующему клапану 406. Регулирующий клапан 406 включает корпус клапана 408, который ограничивает перепускной канал для потока текучей среды 410 между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414. Впускное отверстие 412 может быть посредством текучей среды присоединено к распределительной системе (например, природной газораспределительной системе) выше по потоку от регулятора текучей среды 400, и выпускное отверстие 414 может быть посредством текучей среды присоединено к источнику потребления, такому как, например, бойлер ниже по потоку от регулятора текучей среды 400.

Седло клапана 416 смонтировано в перепускном канале 410 корпуса клапана 408 и ограничивает дроссель 418, через который текучая среда может проходить между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414. Чтобы управлять потоком текучей среды через перепускной канал 410, клапан включает элемент управления потоком или плунжер клапана 420 (например, уплотнительное кольцо), который перемещается относительно седла клапана 416. Элемент управления потоком или плунжер клапана 420 (например, уплотнительное кольцо) присоединен к концу 422 штока 424 посредством крепежной детали 426 и включает уплотнительное кольцо 428, которое может быть изготовлено из эластомерного материала, которое герметично входит в зацепление с уплотнительной поверхностью седла клапана 416, когда шток 424 и плунжер клапана 420 двигаются к седлу клапана 416, чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через перепускной канал 410. Как более подробно описано ниже в связи с ФИГ.5, устройство направления потока 402 присоединено к плунжеру клапана 420.

Исполнительный механизм 404 включает верхний кожух 432 и нижний кожух 434, который содержит мембранный узел 436. Мембранный узел 436 включает мембрану 438, зажатую между верхним кожухом 432 исполнительного механизма 404 и нижним кожухом 434 исполнительного механизма 404, так что первая сторона 440 мембраны 438 и верхний кожух 432 ограничивают камеру нагрузки 442 и вторая сторона 444 мембраны 438 и нижний кожух 434 ограничивают измерительную камеру 446. Рычаг 448 функционально присоединен к мембране 438 и плунжеру клапана 420 и присоединен ко второму концу 450 штока клапана 424. Рычаг 448 присоединен к мембране 438 посредством мембранной пластины 452 и узла стойки толкателя 454. Мембрана 438 перемещает плунжер клапана 420 (например, уплотнительное кольцо) относительно седла клапана 416 посредством рычага 448, чтобы управлять потоком текучей среды между впускным отверстием 412 и выпускным отверстием 414.

Нагружающий узел 456 расположен в камере нагрузки 442, которая настраивается, чтобы обеспечить регулирующее давление. В этом примере нагружающий узел 456 включает запорную пружину 458, расположенную между седлом настраиваемой пружины 460 и вторым седлом пружины 462 (например, часть корпуса мембранной пластины 452). Запорная пружина 458 обеспечивает установочную нагрузку или усилие (например, регулирующее давление ниже по потоку), которое смещает первую сторону 440 мембраны 438 к измерительной камере 446, чтобы переместить плунжер клапана 420 от седла клапана 416 (например, в открытое положение). Количество усилия, сообщаемое запорной пружиной 458, может быть отрегулировано (например, увеличено или уменьшено) через настраиваемое седло пружины 460.

Корпус клапана 408 присоединен к нижнему кожуху 434 исполнительного механизма 404, так что измерительная камера 446 связана по текучей среде с выпускным отверстием 414 посредством устья клапана или области горловины 464. А направляющая штока 466 выравнивает по одной оси шток клапана 424 и плунжер клапана 420, по меньшей мере, с чем-то одним из нижнего кожуха исполнительного механизма 434, корпуса клапана 408, или седла клапана 416. Направляющая штока 466 также включает, по меньшей мере, один перепускной канал 468, который по текучей среде соединяется с измерительной камерой 446, с областью горловины 464 и выпускным отверстием 414. Когда усилие, обеспечиваемое давлением текучей среды в измерительной камере 446, превышает усилие, обеспечиваемое регулирующей пружиной 458, то мембрана 438 перемещается к камере нагрузки 442 и заставляет плунжер клапана 420 перемещаться к седлу клапана 416, чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через перепускной канал 410 (например, в закрытом положении).

При работе регулирование давления текучей среды и потока достигается путем управления потоком текучей среды через перепускной канал 410, чтобы поддерживать требуемое давление ниже по потоку на выпускном отверстии 414 для доставки количества текучей среды, потребляемого нагрузкой ниже по потоку (например, источником потребления). Исполнительный механизм 404 регулирует давление на выпускном отверстии 414 в соответствии с желательным выходным давлением, обеспечиваемым или устанавливаемым регулирующей пружиной 458. В частности, исполнительный механизм 404 перемещает плунжер клапана 420 относительно седла клапана 416, чтобы снизить относительно высокое входное давление до желательного более низкого выходного давления, исходя из установочного регулирующего давления, обеспечиваемого регулирующей пружиной 458. Таким образом, настройка регулирующей пружины 458 изменяет давление, чтобы обеспечить давление, которое должно быть на выпускном отверстии 414.

В частности, измерительная камера 446 воспринимает давление текучей среды в области горловины 464, которое обеспечивает усилие или давление второй стороне 444 мембраны 438, что противодействует усилию или давлению регулирующей пружины 458, передаваемому первой стороне 440 мембраны 438. Перепад давления на мембране 438, который не является в значительной степени равным или сбалансированным, заставляет мембрану 438 перемещать плунжер клапана 420 относительно седла клапана 416, чтобы управлять потоком текучей среды через перепускной канал 410, чтобы добиться в значительной степени постоянного более низкого выходного давления, которое соответствует установочному регулирующему давлению, обеспечиваемому регулирующей пружиной 458.

В частности, давление, передаваемое второй стороне 444 мембраны 438, которое меньше, чем давление, передаваемое первой стороне 440 мембраны 438, перемещает мембрану 438 в направлении измерительной камеры 446 и вынуждает плунжер клапана 420 отходить от седла клапана 416, чтобы позволить или увеличить поток текучей среды через перепускной канал 410. Давление, передаваемое второй стороне 444 мембраны 438, которое больше, чем давление, передаваемое первой стороне 440, вынуждает мембрану 438 перемещаться в направлении камеры нагрузки 442 и вынуждает плунжер клапана 420 перемещаться в направлении седла клапана 416, чтобы ограничить или предотвратить поток текучей среды через перепускной канал 410. Когда давление, воспринимаемое измерительной камерой 446, является практически равным регулирующему давлению, обеспечиваемому регулирующей пружиной 458, регулятор текучей среды 400 находится в сбалансированном состоянии и плунжер клапана 420 перемещается к седлу клапана 416, чтобы ограничить поток и обеспечить устойчивое состояние потока, равного потреблению текучей среды ниже по потоку.

ФИГ.5 иллюстрирует пример устройство направления потока 402, присоединенного к плунжеру клапана 420. Как показано на ФИГ.5, устройство направления потока 402 образует единое целое с плунжером клапана 420, как практически унитарная единица или структура. В частности, устройство направления потока 402 включает узел снижения ослабления 502 и узел снижения усиления 504. В некоторых примерах узел снижения усиления 504 находится между двумя или больше узлами снижения ослабления 502, а в других примерах узел снижения усиления 504 расположен рядом с узлом снижения ослабления 502.

Как показано на иллюстрированном примере ФИГ.5, плунжер клапана 420 включает цилиндрический корпус 506, имеющий полость 508, чтобы принимать уплотнительный элемент 428 (ФИГ.4). Корпус 506 также включает центральное отверстие 507, чтобы принимать шток клапана 424 (ФИГ.4). В этом примере узел снижения ослабления 502 включает выступ или стенку 510, выступающую из поверхности 512 корпуса 506, прилегающего к полости 508, и узел снижения усиления 504 включает, по меньшей мере, одно отверстие или порт 514, прилегающий к выступу 510, так что текучая среда может проходить между первой или внутренней стороной 516, смежной полости 508, и второй или внешней стороной 518 плунжера клапана 420. Как показано, выступ 510 простирается, по меньшей мере, приблизительно на часть периферического или кольцевого края 520 корпуса 506. Выступ 510 включает первую или переднюю поверхность 522, связанную с внутренней стороной 516, и вторую или внешнюю поверхность 524, связанную с внешней стороной 518, которые соединены концами поверхностей 526а и 526b.

Как показано, передняя поверхность 522 имеет вогнутую дугообразную изогнутую форму, и внешняя поверхность 524 имеет относительно выпуклую дугообразную или изогнутую форму. Радиус передней поверхности 522 и/или радиус внешней поверхности 524 может быть практически одинаковым или отличаться от радиуса корпуса 510. Таким образом, если рассматривать относительно плоскости (например, вертикальной плоскости), которая параллельна продольной оси 528 корпуса 506, то выступ 510 имеет треугольную или трапецеидальную форму поперечного сечения или профиль. Если рассматривать относительно плоскости (например, горизонтальной плоскости), которая практически перпендикулярна продольной оси 528, то выступ 510 имеет практически прямоугольную форму поперечного сечения или профиль, имеющую, по меньшей мере, одну изогнутую поверхность.

Кроме того, по меньшей мере, одна поверхность выступа 510 выступает из поверхности 512 корпуса 506 под углом (например, под углом от приблизительно 20 до 80 градусов) относительно продольной оси 528 корпуса 506. В частности, внутренняя поверхность 522 выступа 510 простирается в радиальном направлении наружу от продольной оси 528. Однако в других примерах поверхность 522 может простираться от поверхности 512 под любым желательным углом (например, под углом от 0 до 85 градусов) и/или может быть практически параллельной продольной оси 528. Дополнительно или альтернативно в других примерах выступ 510 может выступать из поверхности 512 между периферическим краем 520 корпуса 506 и полостью 508.

В примере ФИГ.5, узел снижения усиления 504 включает совокупность портов или отверстий 529, расположенных радиально относительно продольной оси 528. В частности, порты 529 расположены равномерно вокруг продольной оси 528 корпуса 506. Таким образом, порты 529 очерчивают совокупность выступающих участков 530, расположенных по всему периф