NO874114L - Fluidums trykkregulering og fremgangsmaate. - Google Patents

Description

Denne søknad er en continuation-in-part søknad av ekstister-ende søknad No. 826,022 med tittel FLUID FLOW ISOLATION AND CONTROL APPARATUS AND METHOD som er en continuation-in-part søknad av eksisterende søknad nr. 675,825 med tittel FLUID

FLOW CONTROL VALVE AND METHOD.

Systemer som opererer med fluida under trykk krever vanligvis trykkregulater for å sikre at fluidum fra en kilde under høyt trykk leveres til systemet på lavt, I alt vesentlig stabilt trykk, uavhengig av variasjoner i fluidumstrykket på kilden.

I gassystemer som mates eksempelvis fra en sylinder med komprimert gass på ekstremt høye trykk, er det vanlig praksis å innstallere en trykkregulator som etterfølger avstengningsventilen på sylinderen for å redusere delene av systemet som opererer på potensielt risikofylt høye trykk, og å sikre en tilførsel av den komprimerte gassen på i alt vesentlig stabilt, lavt trykk til tross for fallet i trykk av gassen i sylinderen ettersom gassen frigis eller oppbrukes over tid. Ettersom imidlertid gassvolumet Innenfor sylinderen er direkte relatert til gasstrykket på en gitt temperatur, er det vanlig praksis å innstallere en høytrykksmåler mellom avstengningsventilen på sylinderen og trykkregulatoren for å gi en indikasjon av tilførselstrykket og derfor volumet av gass i sylinderen.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse omfatter en trykkregulator en trykk-reagerende belg som er anbragt til å operere en ventiltetning på kontrollert måte som reaksjon på fluidumstrykk som virker på belgen på et sted nedstrømsrela-tivt ventiltetningen. I tillegg etablerer trykkregulering i henhold til den foreliggende oppfinnelse et omvendt forhold mellom gassvolum som er gjenværende i sylinderen og det regulerte utløpstrykket slik at kun 1avtrykksmå1 ing behøves for å oppnå indikasjon av volumet av gass som er gjenværende i tilførselssylinderen. Dette unngår behovet for høytrykks-måling, med tilhørende risiko for brudd og lekkasje på et sted oppstrøms relativt trykkregulatoren, og tillater direkte kobling av regulatoren til avstengningsventilen for sylinderen for å redusere de potensielt risikofylte deler av systemet som opererer på høye trykk. Et enhetlig filtrer-ingssystem er også innbefattet innenfor koplingsorgan fittingsene for å redusere antallet av høytrykksforbindelser som er utsatt for lekkasjer eller svikt og for å tillate hensiktsmessig endring av filter hver gang en ny tilførsels-sylinder koples til regulatoren. Figur 1 er et tverrsnittriss av en utf ørelsesf orm av en generelt sylindrisk-formet regulator i henhold til den foreliggende oppfinnelse vist opererende under en ekstrem betingelse med høyt utløpstrykk, Figur 2 er et tverrsnittriss av utførelsesformen vist i figur 1 som opererer under den ekstreme betingelse med lavt utløpstrykk, Figur 3 er et tverrsnittriss av den illustrerte utførelses-form i figur 1, oppvisende en modifikasjon av belgen for kontrollering av reguleringstrykket, Figur 4 er et tverrsnittriss av en annen utførelsesf orm av trykkregulatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse som er generelt sylindrisk formet i koaksial konfigurasjon og som er vist opererende i en ekstrem betingelse med lavt utløpstrykk, Figur 5 er et tverrsnittriss av utførelsesformen I figur 4 illustrert opererende i en ekstrem betingelse med høyt utløpstrykk, Figur 6 er et illustrerende riss over et gasstrykksystem som er sammenstilt i henhold til foreliggende oppfinnelse, og Figur 7 er et diagram som viser det inverse avvik av regulert utløpstrykk som en funksjon av innløpstrykk som muliggjør

lavtrykksovervvåkning av resterende gassvolum i tilførsels-sylinderen.

Idet der nå vises til figur 1, er der vist et tverrsnittriss av en utførelsesform av trykkregulatoren ifølge foreliggende oppfinnelse. Regulatorlegemet 9 er generelt sylindrisk med innløpsport 11 og utløpsport 13 avtettet mot legemet, eksempelvis ved hjelp av elektron-stråle sveiseteknikker for å sikre enhetlig, lekkasjefri fastgjørelse til legemet 9. Konvensjonell høytrykks fittings (ikke vist) kan tilveiebringes på innløps og utløpsporten 11, 13 for hensiktsmessig fastgjøring til andre fluidumskoblingsorgan i systemet. Legemet 9 omfatter et tetningssett 15 rundt åpning 17 som forbinder innløpskammeret 19 som er knyttet til innløpsporten 11 med utløpskammeret 21 som er knyttet til utløpsporten 13.

Et generelt sylindrisk stempel 23 er glidbart anbragt innenfor innløpskammeret 19 til å kunne bevege seg i en retning inn i og vekk fra tettende inngrep med tetningssetet 15. Enelastomer tetning 25 kan festes til stempelet 23, eksempelvis ved strøpning eller kald-valsing av en flens innad over tetningen, for å sikre fluidums-tett tettende inngrep med tetningssetet 15. Tetningen 25 kan formes av perfluorelastomer (tilgjengelig som Kalrez fra DuPont Co.), eller annen egnet kjemisk-inert elastomer. Stemplet 23 bærer også en sentral stang 27 som rager gjennom åpningen 17 inn i utløpskammeret og også bærer en permanent magnet 29 som er innkapslet i stemplets 23 legeme. Innløpskammeret 29 er avtettet med en endekapsel 32 som også innkapsler en permanent magnet 33 deri i magnetisk-frastøtningsorientering relativt magneten 29. Tetningen mellom legemet 9 og endekapselen 31 kan også være dannet ved hjelp av stråle-sveisingsteknikker eller lignende (etterat delene er sammenstillet innenfor Innløpskammeret 19) for å eliminere mulighetene for gasslekkasjer inn i miljøet. Således, med magnetene 29 og 33 orientert til å frastøte hverandre, blir stemplet 23 og tetningen 25 tvunget inn i normalt-lukket, tettende Inngrep med tetningssetet 15, og stangen 27 rager ut gjennom åpningen inn i utløpskammeret 21. Dette tettende inngrep forbedres ved trykk fra fluidumet på innløpsporten 11 som virker på et området av stemplet omtrentlig lik området av åpningen 17. Selvfølgelig kan stemplet 23 og tetningen 25 tvinges til tettende inngrep med overflaten 15 ved hjelp av en fjær i stedet for de frastøtende magneter 29 og 33.

I utløpskammeret 21 er der en trykk-reagerende styreenhet 35 som omfatter en generell sylindrisk belg 37 som er avtettet mot endekapslene 39 og 41 til å danne en utvidbar trykkbe-holder. Endekapselen 41 er anbragt til å danne kontakt med stangen 27 som rager gjennom åpningen 17 og endekapselen 39 er avtettet mot legemet 9, eksempelvis ved hjelp av elektron-stråle sveisingsteknikker eller lignende. Således kan delene av regulatoren som skal avtettes mot trykklekkasjer, alle være formet av slike bindingsbare materialer som aluminium, rustfritt stål, palst og lignende, som heller ikke i vesentlig grad påvirker den magnetiske fluks for magnetene 29 og 33. Endekapslene 39 og 41 er Innvendig dimensjonert til å hindre over-kompresjon av belgen foråt overflatene 43 og 45 kommer I kontakt med hverandre. Videre innbefatter enden av kapselen 39 en elastomer kule 47 som er anbragt i en innvendig fordypning av kanalen 49 for å tjene som en midlertidig tilbakeslagsventil inntil kulen 51 i den ytre fordypningen 53 sveises og avtettes på plass. Således dannes belgenheten og trykksettes så til et valgt trykk over omgivelsestrykket og avtettes ved hjelp av sveisningskulen 51 i fordypningen 53. Denne innvendige trykksetting bevirker belgen 37 til å utvide seg i langsgående retning mot sin egen gjenvinningskraft og derved plassere endekapselen 41 relativt endekapselen 39 på et sted som er representativt for netto trykkdifferensialet som virker på arealet av endekapselen 41.

Under drift blir det tettende inngrepet av tetning 25 mot tetningssetet 15 styrt av graden av utvidelse av belgen 37 som reaksjon på fluidumstrykket i utløpskammeret 21 som virker på belgen 37. Derfor, i en ekstrem tilstand med høyt utløpstrykk, blir belgen kompremert til grensen for overflatene 43 og 45 som kommer sammen, og den sentrale stangen 27 løsgjøres fra endekapselen 41, som vist i figur 1. Det trykk-forbedrete og magnetisk-forbedrete tetningsinngrepet mellom tetningen 25 og tetningssetet 15 bevares og intet fluidum strømmer gjennom regulatoren.

Med henvisning nå til figur 2, er der vist et tverrsnittriss av regulatoren i figur 1 som opererer i en annen ekstrem tilstand med i alt vesentlig intet fluidumstrykk i utløpskam-meret 21. Under denne tilstand vil belgen 37 strekke seg maksimalt inntil endekapselen 41 danner kontakt med støtten 48 for tetningssetet 15 og skyver stangen 27 og det festede stempelet 23 og tetningen 25 vekk fra tetningssetet 15. Fluidum under trykk er derfor fritt til å strømme fra innløpsporten 11 gjennom åpningen 17 til utløpsporten 13. Frastøtningskraften fra magnetene 29 og 33 overvinnes ved hjelp av trykkraften som leveres av belgenheten, og ventiltetningen 15, 23 forblir åpen for fluidumsstrømning dergjennom inntil trykket øker i utløpskammeret 21. Ettersom utløpstrykket øker, vil belgen komprimeres proporsjonalt og, via stang 27, stemplet 23 og tetningen 25 nærmer seg tetningssetet 15 under den statiske magnetiske kraft som tilveiebringes av magnetene 29 og 33. Ettersom avstanden mellom tetningen 25 og setet 15 minsker (på grunn av økt trykk i utløpskammeret 21), avtar strømmen av fluidum derigjennom, hvorved trykket i utløpskammeret 21 avtar. Minsket trykk I utløpskammeret 21 bevirker belgen til å utvide seg og, via stang 27 øke avstanden mellom tetning 25 og setet 15 til å tillate større fluidumsstrømning dergjennom til å øke fluidumstrykket i kammeret 21. Grensemessig utvider belgenheten seg til en avstand mellom tetning og sete som etablerer et fluidumstrykk i utløpskammeret 21 som er omtrentlig lik det Innvendige trykket i belgen 37. Således etablerer begynnelsestrykksettingen av belgen 37 den faste grensen for utløpsfluidumstrykk rundt hvilket den foreliggende oppfinnelse regulerer.

Som vist i figur 3, modifiseres regulatoren i figur 1 til å innbefatte et fluidumstrykk koblingsorgan 55 til det indre av belgenheten slik at reguleringstrykkgrensen for enheten kan kontrolleres som reaksjon på trykket som leveres til det indre av belgen 37.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse kan driftsforhold-ene for regulatoren fintilpasses til å tilveiebringe svak økning rundt reguleringsverdien av utløpstrykket i omvendt proporsjon til innløps- eller tilførselstrykket, som vist i diagrammet i figur 7. Som vist i risset i figur 6, er denne karakteristikk ønskelig for overvåkning av gassvolumet som er gjenværende i sylinderen 81 av gassen under høyt trykk, ganske enkelt ved å måle 83 utløpstrykket på langt lavere trykknivå. Først blir det innvendige gassvolumet i belgenheten i regulatorene 82 ifølge den foreliggende oppfinnelse opprettholdt lavt ved å innkorporere de faste volumer av kapslene 39 og 41 innenfor belgens indre volum for effektivt "å avstive" belgens ettergivenhet overfor endrende trykkfor-hold. Dernest påvirker diameteren av endekapselen 41 og dermed det effektive overflatearealet av belgen størrelsen av avvik og med en stabil verdi (i form av fall eller sig) i kurven for utgangstrykk som en funksjon av strømningshastig-het. Således vil størrelsen av slikt avvik avta ettersom det effektive arealet av belgen øker. For det tredje blir tverrsnittsarealet av åpningen 17 valgt til å etablere en liten omvendt variasjon 85 i den regulerte verdien av utløpstrykket 87 for variasjoner i innløpstrykk på grunna v eksempelvis avtagende volum av gass i en tilførselssylinder 81. For et gitt trykk vil økning av åpningsstørrelsen øke den kraft som kreves for å overvinne trykket mot tetningen. Belgen (med forutinnstilt ladning) anvender en konstant kraft mot en varierende åpningskraft, hvilket gir det ønskede omvendte avvik i utløpstrykk. Ved således å velge åpnings- diameter og belgdiameter på passende måte, kan en svak omvendt variasjon 85 i utløpstrykk av f.eks. 137,9 kPa

(20 psi) manometertrykk fremkom i den nominelt regulerte verdi av utløpstrykket ettersom tilførselstrykket fra en høytrykksgassylinder 81 varierer ettersom den tømmes med bruk.

Slike små variasjoner 85 i utløpstrykk over det brede området 91 av innløpstrykk tillater hensiktsmessig lavtrykks-måling 83 å gi indikasjon av tilførselstrykket, og dermed det gjenværende volum av gass i tilførselssylinderen 81. En sekundær regulator 89 kan inbefattes i systemet på et sted nedstrøms relativt måleren og foran et brukssystem til å redusere variasjonen 85 i trykket av fluidum som leveres til brukssystemet.

I hver av utførelsesformene som er illustrert i figurene 1, 2 og 3 er der vist ringformet skjerm 70 og sentral ambolt 72 som er konsentrisk anbragt over åpningen 17, med ambolten 72 i kontakt med den sentrale stangen 27 for å aktivere stempelet 23 og tetningen 25 gjennom åpningen. Skjærmen 70 omfatter flere åpninger eller ventileringshull 74 gjennom denne på adskilte steder rundt omkretsen. Denne sammenstilling i konstruksjonen ifølge den foreliggende oppfinnelse avbryter sideveis strømningen av fluidum fra åpningen 17 og reduserer derved Bernoulli-effekten på endekapselen 41. Dette sikrer jevnere regulatordrift ved å redusere forholdene som har tendens til å sette opp oscillasjoner i posisjonen for endekapselen 41.

Idet der nå vises til figur 4, er der vist et tverrsnittriss av en trykkregulator som er orientert i koaksial konfigurasjon med dens tilhørende innløps og utløps forbindelser. Regulatorens legeme 61 er generelt sylindrisk fra innløps-porten 63 til utløpsporten 65, og omslutter generelt generelt sylindrisk innløpskanal 67 og utløpskanal 69 som er forbundet via sentral åpning 71. Standard høytrykkskoblingsorgan kan sveises til legemet 61 ved innløps og utløpsporten for å hindre lekkasjer. Et stempel som bærer en tetning for inngrep med åpningen er anbragt innenfor innløpskanalen 69, med en stang som bæres av stemepelt ragende gjennom åpningen 71 Inn i utløpskanalen 69. Stempelet og tetningen tvinges til inngrep med tetningsoverflaten som omgir åpningen 71 ved hjelp av fjæren 75 som hviler mot filterelementet 77, som, i sin tur, hviler mot og tetter mot en tilpasset overflate i en standard høytrykkssylinderventil. Filterelementet 77 er et generelt sylindrisk belgskall av passende sintret metall eller keramisk materiale som er åpent ved inngangsenden og lukket ved den indre enden. Dette filter 77 er anordnet innenfor innløpsporten 63 til å filtrere det fluidum som mottas fra en tilførsel. Filteret 77 kan således hensiktsmessig erstattes hver gang en ny tilførselssylinder tilkobles på ny til Innløpsporten 63.

Utløpskanalen 69 omfatter en belgsammenstilling 73 som er forutladet til et nivå av f luidumstrykk om hvilket regulatoren skal operere som tidligere beskrevet. Således, som vist i figur 4, er åpningen 71 åpen for f luidumsstrømning dergjennom med belgsammenstillingen 73 utvidet under forhold med lavt trykk innenfor utløpskanalen 69. Og, som vist i figur 5, er åpningen 71 lukket mot f luidumsstrømning som reaksjon på at belgsammenstillingen 73 komprimeres under tilstand med høyt trykk innenfor utløpskanalen 69. Mellom disse yttertilstander, opererer denne viste utførelsesform av regulatoren ifølge den foreliggende oppfinnelse som tidligere beskrevet i forbindelse med utførelsesformen vist i figurene 1 og 2 til å justere apparaturåpningen som reaksjons på fluidumstrykket i utløpskanalen 69. På denne måte blir utløpstrykket opprettholdt på i alt vesentlig det samme trykket som er avtettet innenfor belgsammenstillingen 73, i alt vesentlig uavhengig av variasjoner i tilførselstrykket.

Claims (9)

1. Fluidums trykkregulatoranordning, karakterisert ved: et legeme som har en apparatur mellom innløps- og utløps kamrene for å beholde fluidumsstrømning derigjennom, et element montert innenfor Innløpskammeret for selektiv bevegelse inn i og vekk fra fluiudums-tett tettende inngrep med åpningen, middel som er anbragt til ettergivende å tvinge nevnte element til fluidums-tett tettende inngrep med nevnte apparatur, en aktivator som føres på nevnte element til å rage gjennom nevnte åpning inn i utløpskammeret, og belgemiddel som har langsgående-utvidbare sidevegger anbragt mellom endene derav, idet nevnte belgmiddel er anbragt innenfor utløpskammeret med en ende derav anbragt til å danne inngrep med nevnte aktivator for plassering av nevnte aktivator og nevnte element relativt nevnte apparatur som reaksjon på trykk som tilføres belgmidlet.

2. Fluidums trykkregulatoranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte middel som er anbragt til ettergivende å tvinge nevnte element, innbefatter en første permanente magnet som bæres av nevnte element, og en andre permanent magnet som er montert med hensyn til den første permanente magneten i magnetisk frastøtnings-orientering dermed for å tvinge nevnte element til tettende inngrep med nevnte åpning.

3. Fluidums trykkregulatoranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte belgmiddel omfatter et første fluidumskoblingsorgan dertil for å trykksette det indre derav til et valgt trykk.

4 . Fluidums trykkregulatoranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at enden av nevnte belgmiddel som er anbragt til å danne inngrep med nevnte aktivator omfatter skjermmiddel som omgir stedet hvor nevnte aktivator danner inngrep, idet nevnte skjermmiddel omfatter nedstigende veggpartier som er plassert for å avbryte den utadstrømmende strøm av fluidum fra nevnte åpning.

5. Fluidums trykkregulatoranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte belgmiddel omfatter stoppmiddel som er anbragt innenfor sideveggene og avtettet deri for å begrense innadbevegelsen av endene derav og å redusere i alt vesentlig et innvendige volum mellom nevnte sidevegger og ender.

6. Fluidums trykkregulatoranordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at nevnte innløpskanal og nevnte utløpskanalkamre er i alt vesentlig koaksialt innrettet med nevnte åpning og nevnte aktivator og nevnte element og nevnte belgmiddel, at nevnte innløpskammer omfatter en innvendig fordypning, og at filtermiddel av generelt langstrakt og hul konfigurasjon er glidbart anbragt innenfor nevnte fordypning, og har en åpning ved innløpet og derav kommuniserende med det hule indre, og har en lukket ende som er fjerntliggende fra innløpsenden, idet nevnte filtermiddel har porøse vegger for å tillate fluidum å strømme dergjennom og å hindre passasje av partikler dergjennom.

7. Fremgangsmåte for å regulere trykket av fluidum som strømmer i et brukssystem fra en fluidumstilførsel under trykk, karakterisert ved at fremgangsmåten omfatter: å begrense fluidumet under trykk fra tilførselen til brukssystemet, å Innbefatte innenfor brukssystemet et utvidbart element som trykksettes til et valgt fluidumstrykk, å avføle størrelsen av utvidelse under fluidumstrykket i brukssystemet relativt nevnte valgte verdi av fluidumstrykk, og å endre nevnte konstruksjon av fluidum under trykk i forhold til utvidelse av elementet under fluidumstrykk i brukssystemet.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved trinnet for selektivt å trykksette de utvidbare elementene til et trykknivå som er bestemt uavhengig av tilførselsfluid-umstrykket og brukssystemets fluidumstrykk.

9. Fremgangsmåte som angitt i krav 7, karakterisert ved at i trinnet for å endre nevnte konstruksjon øker fluidumstrykket i brukssystemet ettersom fluidumstilførsels-trykket avtar, og omfatter trinnet for å overvåke brukssystemets fluidumstrykk til å gi en indikasjon av tilførsels-fluidumstrykket.