CN108431476B - 阀系统 - Google Patents

Abstract

一种阀系统，包括：平行布置的第一通道和第二通道，每个通道具有上游端和下游端；入口阀装置，该入口阀装置被连接到通道的上游端并且被构造成选择性地允许流体仅通过第一通道、仅通过第二通道或者通过两个通道；被安置成沿着第一通道串联布置的至少两个可独立控制的阀以及被安置成沿着第二通道串联布置的至少两个可独立控制的阀；以及换向阀，该换向阀被连接到第一通道和第二通道的下游端，换向阀包括被分别连接到第一通道和第二通道的第一入口通道和第二入口通道、腔、出口通道以及能移动元件，第一入口通道和第二入口通道经由腔与出口通道流体连通；其中，能移动元件能在腔内移动，使得能移动元件的位置由第一入口通道和第二入口通道中的相对压力水平确定，在第一位置，能移动元件在能移动元件和第一入口通道之间形成密封件，在第二位置，能移动元件在能移动元件和第二入口通道之间形成密封件，并且在第三位置，能移动元件位于第一位置和第二位置之间并且使得流体能够从第一通道和第二通道通过。

Description

阀系统

技术领域

本发明涉及一种阀系统。该阀系统可以是用于使用紧急关闭(EmergencyShutdown，ESD)阀执行器来促进部分行程测试的部分行程系统。

背景技术

在石油和天然气等范围广泛的行业中，加工厂需要一种ESD阀，以在紧急情况下需要时立即使工厂或过程关闭。这种阀在一般过程运行期间保持打开，并且在紧急情况(例如失控过程)下必须关闭。

要求在没有启动完全关闭程序的情况下对这种ESD阀进行定期测试。该测试应验证ESD阀将在紧急情况下需要时能够正常运行。

鉴于大多数ESD阀在一般运行期间保持打开，ESD阀故障的最常见示例之一是由于静摩擦。静摩擦是一种静摩擦力，该静摩擦力必须被克服，以便使一个表面相对于另一表面移动。在ESD阀的情况下，阀座与ESD阀的内部面之间发生静摩擦。在阀长时间地保持打开以后，可能会产生静摩擦力。例如，来自于在阀中流动的流体的污染物的积聚可能会导致静摩擦。如果需要ESD，则可能会由于静摩擦力的积累而无法关闭ESD阀，从而可能会导致灾难性事件。可以被采用以使ESD阀中与静摩擦相关的故障的风险减小的方法是部分行程测试。

部分行程测试是指通过使ESD阀以特定的小角度(诸如介于10°-15°之间)旋转的方法。通过使ESD阀旋转，阀座相对于阀内壳面移动，从而克服了之前所存在的任何静摩擦力。这可确保ESD阀能够在紧急情况下需要时可靠地运行。

当执行部分行程测试时，希望避免所谓的错误跳闸事件。当阀执行器中的压力降低时会发生错误跳闸，以释放卡住的阀。随着压力降低，一旦阀开始移动，阀就会快速关闭，因为ESD阀执行器中的压力不足以保持ESD阀打开。

已经存在促进PST(Partial Stroke Test，部分行程测试)的系统。现有的系统主要是机械解决方案或远程解决方案。

机械解决方案使用“硬止挡”器件，由此特制的执行器具有集成的手动接合的行程止挡件，或者替代性地，具有被安装在执行器和ESD阀之间的附加型手动接合止挡件。硬止挡器件能够限制执行器的行程。这又限制了ESD阀的旋转运动或关闭。这种器件防止了部分行程测试期间的错误跳闸。然而，它们有许多相关的缺点。这些相关的缺点包括为了使硬止挡器件接合以及脱离而所需的大量的操作员培训和详细的部分行程测试程序。此外，如果在部分行程测试期间发生紧急情况并且需要ESD，则硬止挡限制必须被快速脱离。

远程解决方案是自动化的部分行程测试器件，该器件泄放执行器空气供应的一部分以调节执行器行程，从而限制ESD阀的旋转运动。优点包括被减少的操作员培训需求、测试期间诊断数据的可用性以及需要时的全自动化。缺点包括没有硬行程限位止挡件(具有ESD阀错误超行程的风险)，由于仅使用空气供应的一部分而导致执行器输出减少(这可能不足以释放卡住的ESD阀)以及卡住的ESD阀快速打开到超行程位置的风险，导致错误跳闸。

发明内容

本发明的目的是减轻或消除与部分行程测试所使用的已知的阀系统相关联的问题。

根据本发明的第一方面，提供了一种阀系统，该阀系统包括：

平行布置的第一通道和第二通道，每个通道具有上游端和下游端；

入口阀装置，该入口阀装置被连接到通道的上游端并且被构造成选择性地允许流体仅通过第一通道、仅通过第二通道或者通过两个通道；

被安置成沿着第一通道串联布置的至少两个可独立控制的阀以及被安置成沿着第二通道串联布置的至少两个可独立控制的阀；以及

换向阀，该换向阀被连接到第一通道和第二通道的下游端，该换向阀包括被分别连接到第一通道和第二通道的第一入口通道和第二入口通道、腔、出口通道以及能移动元件，第一入口通道和第二入口通道经由腔与出口通道流体连通；其中，

能移动元件能在腔内移动，使得能移动元件的位置由第一入口通道和第二入口通道中的相对压力水平确定，在第一位置，能移动元件在能移动元件和第一入口通道之间形成密封件，在第二位置，能移动元件在能移动元件和第二入口通道之间形成密封件，并且在第三位置，能移动元件位于第一位置和第二位置之间并且使得流体能够从第一通道和第二通道通过。

第一通道和第二通道的平行布置提供了冗余，其中第一通道和第二通道各自具有沿其安置的两个或更多个串联布置的可独立控制的阀。如果沿着通道中的一个布置的阀发生故障，则故障通道可与阀系统的其余部分隔开地密封，以允许更换故障阀，而不会影响阀系统在需要时启动ESD的能力。入口阀装置和换向阀提供了一种将故障通道与阀系统的其余部分隔开地密封的构件。换向阀自动地密封通道中的一个的下游端。入口阀装置允许使用者限制流量通过单个通道。入口阀装置和换向阀的组合允许通道被密封而不会导致错误跳闸，同时允许在需要时启动ESD。由于通道的平行布置，如果一个通道被排空以用于维护，则另一个通道可以保持加压状态，因此ESD阀保持打开。如果通道被排空，则通道内的压力被带至接近约100kPa的大气压力。

能移动元件可以是球。

第一入口通道和第二入口通道可以被连接到腔的向外逐渐缩小的端表面。

能移动元件可以位于滑架中，滑架将能移动元件的运动限制成基本单一的方向。

第一入口和第二入口可以被定位成使得第一入口和第二入口处于基本相同的高度。

压力开关可以被安置在可独立控制的阀的下游。

一个或多个容积增压器可以被连接在换向阀的下游。

来自一个或多个容积增压器的出口通道可以被连接到阀执行器的主活塞。

来自换向阀的出口通道可以被连接到阀执行器的主活塞。

阀执行器可以被连接到紧急关闭阀。

显示器可以被构造成在测试期间显示该系统的状态并指示执行器的旋转位置。

控制器可以被构造成控制阀系统的阀。

控制器可以包括存储器，该存储器被构造成存储在阀系统的测试期间接收的输出数据。

入口阀装置、可独立控制的阀和换向阀可以被单独封装在防爆壳体中。

阀系统可以包括一个或多个附加的通道，该一个或多个附加的通道以平行布置的方式被连接到第一通道和第二通道。

根据本发明的第二方面，提供了一种对根据本发明的第一方面的阀系统进行测试的方法，该方法包括：

致动入口阀装置以允许流体通过第一通道和第二通道；

分别致动沿着第一通道串联布置的至少两个可独立控制的阀，同时监测那些阀下游的压力开关；以及

分别致动沿着第二通道串联布置的至少两个可独立控制的阀，同时监测那些阀下游的压力开关。

阀系统可以形成部分行程系统的一部分，部分行程系统进一步包括阀执行器的由两个止逆活塞控制阀控制的止逆活塞，该方法进一步包括：

使两个止逆活塞控制阀都通电；

使止逆活塞控制阀中的一个断电，然后通电；

使另一个止逆活塞控制阀断电，然后通电；以及

使两个止逆活塞控制阀都断电。

部分行程系统可以被连接到紧急关闭组件，该紧急关闭组件包括由主活塞控制的紧急关闭阀，主活塞的位置由阀系统确定，该方法进一步包括：

使两个止逆活塞控制阀都通电；

使可独立控制的阀断电；以及

使可独立控制的阀通电。

可独立控制的阀可以被断电，然后被多次通电。

一旦已经完成可独立控制的阀的断电和通电，止逆活塞控制阀可以被断电。

附图说明

现在将参照附图仅以示例的方式描述本发明的具体实施例，其中：

图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的部分行程系统和紧急关闭 (ESD)组件；

图2示意性地描绘了显示器和阀系统；

图3示意性地描绘了空气供应和过滤调节器，容积增压器和止逆活塞阀系统；

图4是换向阀组件的横截面视图；

图5A 至图5C 示意性地描绘了处于打开构型、部分行程测试(部分关闭构型)以及ESD构型的阀执行器。

具体实施方式

图1示意性地描绘了根据本发明的实施例的部分行程系统2。部分行程系统2包括控制单元3、空气供应和过滤调节器系统4、阀系统6、容积增压器系统8以及止逆活塞阀系统10。还描绘了紧急关闭(ESD)组件12。

图2以放大视图示意性地描绘了控制单元3和阀系统6。控制单元3包括接线盒5、控制器7和显示屏9(显示屏位于控制器的前面，控制器例如可以包括处理器和存储器)。显示屏9指示在部分行程测试期间被单独监测的组件的测试状态。显示屏9还显示与被监测的组件的故障有关的信息，包括指示哪个组件发生故障。然后可以通过用户来隔离故障组件(例如螺线管)并进行更换，随后控制器7可以执行该组件的测试以验证其正常工作。一旦接收到该验证，组件就会重新连接到该系统的其余部分。

控制单元3被连接到部分行程系统2的电子阀和传感器，并且在运行期间以及在测试序列期间控制阀是通电还是断电。为了简单起见，在图1和图2中未示出与控制单元3的连接。显示屏9能够使用安装在ESD组件12上的位置反馈模块来显示ESD组件12内的ESD阀的旋转位置。该位置反馈模块例如可以呈可变电阻器的形式，以用于将ESD阀的旋转位置转换成由控制器7解释的 4-20mA信号。

在一个实施例中，接线盒5的外壳是增安型外壳。这意味着无法在外壳中引起火花。控制器7和显示屏9的外壳是防爆的。这种外壳的组合意味着整个控制单元3是防爆的。这在其中所有单独的组件都被封装在防爆壳体中的整个部分行程系统2中都是相同的。这种布置的好处是，如果发生故障并且需要就地(可能是爆炸性环境)更换组件，则可以安全地更换组件。如果需要更换组件(该组件例如为可独立控制的阀)，则第一个步骤是使阀断电。然后将装有该阀的防爆箱打开，并且阀与系统电气且气动地断开。然后安装更换的阀，之后关闭防爆箱。更换的阀被通电并恢复阀系统的正常运行。由于组件被单独封装在防爆壳体中，因此可以在系统处于防爆状态的同时更换组件。组件的防爆壳体意味着部分行程系统2可以通过Ex d认证。

图3示意性地描绘了空气供应和过滤调节器4、容积增压器8和止逆活塞阀系统10。空气供应和过滤调节器系统4包括被构造成向系统的其余部分提供加压空气的空气供应装置14。确切的空气压力将根据其所供应到的系统的面积而变化，但是例如，容积增压器系统8上游的空气压力可以是大约400kPag或者更高。例如，容积增压器系统8上游的空气压力可以高达约1000kPag。通常，空气压力可以介于400kPag和1000kPag之间。可以以其他合适的压力供应空气。过滤调节器16位于空气供应装置14的下游。主活塞供给通道18处于空气供应装置14的下游但是处于过滤调节器16的上游，该主活塞供给通道向容积增压器系统8提供加压空气。主活塞供给通道18绕过过滤调节器16。这样做是因为容积增压器系统8包括内置过滤功能。空气在过滤调节器16的下游处通到阀系统供给通道20和止逆活塞供给通道22。阀系统供给通道20和止逆活塞供给通道22将加压空气分别供应到阀系统6和止逆活塞阀系统10。

返回到图2，与阀系统供给通道20连接的阀系统6包括：入口阀装置24、一对流动通道26、28、四个可独立控制的阀30、32、34、36以及换向阀38。这一对流动通道可以被称为第一通道26和第二通道28。

入口阀装置24被连接在阀系统供给通道20的下游，并且将阀系统供给通道20流分成第一通道26和第二通道28。第一通道26和第二通道28处于平行布置。四个可独立控制的阀30、32、34、36被布置成使得可独立控制的阀中的两个阀30、32被安置成沿着第一通道26串联布置，并使得可独立控制的阀中的两个阀34、36被安置成沿着第二通道28串联布置。被安置成沿着第一通道 26串联布置的两个可独立控制的阀是第一通道第一阀30和第一通道第二阀32。被安置成沿着第二通道28串联布置的两个可独立控制的阀是第二通道第一阀34和第二通道第二阀36。第一通道26和第二通道28的下游端连接到换向阀38的入口通道44、46。

入口阀装置24被构造成选择性地允许空气仅通过第一通道26、仅通过第二通道28或通过两个流动通道。这使得入口阀装置24和换向阀38能够隔离流动通道中的一个，即第一通道26或第二通道28。如果可独立控制的阀30、32、 34、36中的一个需要更换，则这可以在阀系统6保持功能并维持工作通道中的压力的同时实现。这是有利的，因为系统保持运行，使得可以在紧急情况下执行ESD(如果需要，工作的加压通道可以被排空)，同时允许更换有故障的阀。这避免了不必要的过程停机时间和相关成本。

第一通道的第一阀30和第二阀32被安置成沿着第一通道26串联放置，以在第一通道中提供冗余。如果第一通道第一阀30或第一通道第二阀32中的一个发生故障而同时第二通道28被密封以用于修理，则如果需要ESD，另一个第一通道第一阀30或第一通道第二阀32将仍然允许第一通道26被排空。类似地，第二通道第一阀34和第二通道第二阀36被安置成沿着第二通道28串联放置，以在第二通道28中提供冗余。如果第二通道第一阀34或第二通道第二阀 36中的一个发生故障而同时第一通道26被密封以用于修理，则如果需要ESD，另一个第二通道第一阀34或第二通道第二阀36将仍然允许第二通道28被排空。

压力开关31、33被分别连接在第一通道26的第一阀30和第二阀32的下游。这些压力开关在这里分别被称为第一通道第一压力开关31和第一通道第二压力开关33。类似地，压力开关35、37被分别连接在第二通道28的第一阀34 和第二阀36的下游。这些压力开关在这里被称为第二通道第一压力开关35和第二通道第二压力开关37。压力开关31、33、35、37沿着第一通道26和第二通道28的这种定位允许验证可独立控制的阀30、32、34、36中的每个正常运行。如果可独立控制的阀30、32、34、36中的一个发生故障，则压力开关31、 33、35、37使得能够识别具体的故障阀。然后可以对该阀进行修理或更换。

冗余的组合，即平行布置的第一通道26和第二通道28以及可独立控制的阀30、32、34、36的串联布置意味着部分行程系统2能够在组件发生故障的情况下继续正常运行。这提供了足够低的系统故障风险，以允许部分行程系统2 获得SIL3认证。

图4描绘了换向阀38。该换向阀38包括两个入口通道44、46(第一入口通道44和第二入口通道46)、出口通道48、内腔50、球滑架51、能移动的球 52和内截头圆锥形表面54、58。

在换向阀38内，两个入口通道44、46经由内腔50与出口通道48流体连通。能移动的球52被安置在球滑架51内，该球滑架51又被安置在腔50内。腔50在第一端处具有截头圆锥形表面54并且在第二端处具有截头圆锥形表面 58。

换向阀38通过第一入口通道44和第二入口通道46被连接到第一通道26 和第二通道28的下游端。第一入口通道44和第二入口通道46连接到换向阀 38内的腔50。出口通道48也被连接到腔50。球滑架51位于腔50内。球滑架 51限制能移动的球52的运动，使得能移动的球52仅能够基本上沿单一的方向移动(在所示实施例中为水平运动)。球滑架51防止能移动的球52嵌入在出口通道48中。腔50限制能移动的球52的横向行程范围。能移动的球52的位置由入口通道44、46中的相对压力水平确定。在阀系统6的正常运行期间，入口通道44、46中的压力水平非常相似，并且能移动的球52将停留在内腔50的中心部分中，与两个入口通道44、46大致等距。因此，两个入口通道44、46都与出口通道48流体连通。然而，如果入口通道44、46中的一个的空气压力相对于另一个的空气压力变化很大，则能移动的球52被驱使朝向压力较低的入口 44、46并且将停留在内腔50的一端处并且将接触内截头圆锥形表面54或58。由于能移动的球52接触截头圆锥形表面，因此能移动的球52形成能移动的球 52和压力较低的入口通道44、46之间的密封件的一部分。因此，压力较低的入口通道44、46在下游端处借助于密封件与另一入口通道44、46和出口通道 48隔离。截头圆锥形表面54、58也可以被抛光成精细的表面光洁度以改善密封。在图4中，能移动的球52处于通过如下方式所引起的位置，所述方式即：第一入口通道44中的空气的压力比第二入口通道46中的空气的压力更低。这导致能移动的球52将第一入口通道44与第二入口通道46和出口通道48隔开地密封。因此，第一入口通道44的下游端以及第一入口通道26的下游端通过形成在能移动的球52和截头圆锥形表面54之间的密封件而被隔离。

换向阀38可以具有任何取向(它不需要处于所描绘的水平取向)。这是可能的，因为能移动的球52足够小，以致能移动的球52的质量不会显著地影响其自由运动。由于通过入口通道44、46的低空气流速，能移动的球52的尺寸可以减小。入口通道44、46中的空气流速相对较低，因为容积增压器系统8 放大了这个导频信号的流速以在ESD阀执行器124中使用。来自换向阀38的空气流量不需要很大就可以使容积增压器系统8运行。具有较大流速的容积增压器系统8使ESD组件12运行。

能移动的球52是可被换向阀38使用的能移动元件的一个示例。可以被使用的其它能移动元件例如包括双锥体(dicone)(旋转的菱形或围绕底座连接的两个相同的锥体)，该双锥体被布置成沿着腔的纵向轴线滑动(例如由导轨引导)。能移动元件例如可以是具有基本上连续的外表面的主体。能移动元件可以是不包括腔的主体。能移动元件例如可以被构造成使得当压力被施加到其一侧时其形状基本不变(尽管能移动主体可以包括一些弹性并因此可以在压力下轻微变形)。

截头圆锥形表面54、58是第一入口通道44和第二入口通道46与腔50之间的一系列可能向外逐渐缩小的表面的一个示例。例如，表面可以是喇叭状的，也就是说，横截面将显示弧形边缘，而不是截头圆锥形表面的其他直线边缘。

通常，能移动元件可以具有将形成对腔的第一入口通道的向外逐渐缩小的表面进行抵靠的密封件的任何形状，以及可以具有将形成对腔的第二入口通道的向外逐渐缩小的表面进行抵靠的密封件的任何形状。能移动元件关于与腔的纵向轴线垂直的平面对称是不重要的(例如，能移动元件可以在该平面的任一侧上具有不同的形状)。第一入口通道和第二入口通道的向外逐渐缩小的表面不必须具有相同的形状(每个表面可以具有将与能移动元件形成密封件的任何合适的向外逐渐缩小的形状)。

换向阀38表现为一种简单、有成本效益且安全的密封装置，该密封装置在运行中既是被动的也是自动的。换向阀38内的单个移动部件(能移动的球52) 使其成为自动且快速地密封通道(第一入口通道44或第二入口通道46)的固有的安全解决方案。这是因为，假设能移动的球52保持其完整性，则可以预期换向阀38继续正常运行。如果替代性的密封装置(例如电磁阀驱动的阀)被实施以代替换向阀38，则故障可能导致两种故障模式中的一个。

在第一故障模式下，电磁阀可以卡在中心位置，使得第一入口通道44和第二入口通道46都与换向阀出口通道48流体连通。在这种情况下，如果第一通道26或第二通道28中发生故障，则电磁阀将不能密封并因此而不能隔离故障通道。例如，如果第一通道26的第一可独立控制的阀30在打开位置失效，则这将产生用于使加压空气逸出到大气的泄漏流动路径。在这些情况下，将通过故障通道而产生泄漏路径，并且这将减少换向阀出口通道48中的空气压力。加压空气将继续通过第二通道28而被提供，但泄漏可能使得净压力不足够高以保持ESD阀处于打开构型，并且因此可能导致错误跳闸事件。

在第二故障模式下，电磁阀可能错误地隔离第一入口通道44或第二入口通道46。例如，电磁阀可能在第一入口通道44被密封的位置失效。如果在第一入口通道44被密封的同时在第二入口通道46的上游发生故障，则会产生用于加压空气的泄漏路径。这将导致换向阀出口通道48中的压力的显著损失，从而导致ESD阀的关闭并且因此而导致错误跳闸事件。

如上所述，由于换向阀38的简单结构及其被动和自动的动作，任何上述故障模式的可能性非常低。相反，如果在第一入口通道44或第二入口通道46的上游发生故障，则换向阀38自动密封并且因此而隔离故障通道。在故障通道被隔离的情况下，另一个通道保持运行并保持系统中的压力。此外，因为能移动的球52处于密封故障通道的位置，所以它不干扰工作通道的运行，并且因此，如果需要ESD，则打开工作通道的可独立控制的阀，将始终泄放主活塞室138a、 138b使之与大气连通。因此ESD总是会被实现并且不会被换向阀38阻塞。因此，如果需要，ESD总是可能的，但不会不必要地发生。

返回到图3，主活塞供给通道18和换向阀出口通道48被连接到容积增压器系统8。容积增压器系统8包括入口流控制阀62、第一容积增压器94以及第二容积增压器96。还存在第一容积增压器排出管线102、第一排出流控制阀86 和第一通气器88。第二容积增压器排出管线104、第二排出流控制阀90和第二通气器92也被包括在容积增压器系统8中。还位于容积增压器系统8内的是第一容积增压器隔离阀74、76、78和第二容积增压器隔离阀80、82、84以及第一容积增压器旁路针98和第二容积增压器旁路针100。第一容积增压器94和第二容积增压器96具有第一容积增压器导向入口70和第二容积增压器导向入口72。

在部分行程系统2中使用容积增压器是有益的，因为这意味着相同的阀系统6可以被用于范围广泛的紧急关闭阀，并且因此可以被用于范围广泛的阀执行器的尺寸。也就是说，对于不同尺寸的紧急关闭阀，阀系统6中的阀的尺寸不需要改变。其他组件诸如容积增压器94、96针对不同尺寸的紧急关闭阀被适当地缩放。

容积增压器系统8的主要目的是增加容积增压器系统8下游的主活塞供给通道18中的空气流速，使得通向ESD组件12的空气流速高于在换向阀出口通道48中的空气流速。容积增压器系统8的运行类似于晶体管的运行。来自换向阀出口通道48的低流速的空气进入容积增压器导向入口70、72。换向阀出口通道48中的低流速空气是触发容积增压器系统8下游的主活塞供给通道18中的空气以较高流速通过的导频信号。容积增压器94、96负责允许较高流速的空气进入下游主活塞供给通道18。

容积增压器94、96被安置成平行布置。主活塞供给通道18经由入口流控制阀62被连接到第一容积增压器94和第二容积增压器96。换向阀出口通道48 还经由第一容积增压器导向入口70和第二容积增压器导向入口72被连接到容积增压器94、96。

入口流控制阀62沿着主活塞供给通道18被安置并且位于容积增压器94、 96的上游，以提供一种用于控制容积增压器94、96对来自换向阀出口通道48 的导频信号作出响应的速度的构件，该导频信号经由第一容积增压器导向入口 70和第二容积增压器导向入口72接收。

第一容积增压器隔离阀74、76、78提供了一种将第一容积增压器94与容积增压器系统8隔离以进行维护的构件。第二容积增压器隔离阀80、82、84 提供了一种将第二容积增压器96与容积增压器系统8隔离以进行维护的构件。第一容积增压器94能够通过第一容积增压器排出管线102将加压空气排出到大气中。第一容积增压器排出管线102被连接到第一排出控制阀86，该第一排出控制阀允许从第一容积增压器94排出流量时的速度被控制。第一通气器88沿着第一容积增压器排出管线102被连接在第一排出控制阀86的下游，以减少由于空气的排出而产生的噪音。类似地，第二容积增压器96能够借助于第二容积增压器排出管线104将加压空气排出到大气中。第二容积增压器排出管线104 被连接到第二排出控制阀90，该第二排出控制阀允许从第二容积增压器96排出流量时的速度被控制。第二通气器92沿着第二容积增压器排出管线104被连接在第二排出控制阀90的下游，以减少由于空气的排出而产生的噪音。第一容积增压器旁路针98和第二容积增压器旁路针100在导频信号连续变化的情况下被用于衰减。然而，在这种情况下，来自换向阀出口通道48的导频信号打开或关闭，并且因此第一容积增压器旁路针98和第二容积增压器旁路针100保持关闭。在容积增压器系统8的下游，主活塞供给通道18分成两个通道：第一主活塞供给通道106和第二主活塞供给通道108。

容积增压器在GB2459724中被详细地描述，GB2459724通过引用而并入本文中。

止逆活塞供给通道22被连接到止逆活塞阀系统10。止逆活塞阀系统10包括止逆活塞隔离阀110和一对止逆活塞控制阀(第一止逆活塞控制阀112和第二止逆活塞控制阀114)。止逆活塞控制阀112、114中的每个具有排气管线和通气器116、118。

止逆活塞供给通道22首先连接到止逆活塞隔离阀110。在止逆活塞隔离阀 110的下游，第一止逆活塞控制阀112和第二止逆活塞控制阀114以串联布置的方式被连接。第一止逆活塞控制阀112被连接到第一排出管线和通气器116。第二止逆活塞控制阀114被连接到第二排出管路和通气器118。在第二止逆活塞控制阀114的更下游，止逆活塞供给通道22分成两个通道(第一止逆活塞供给通道120和第二止逆活塞供给通道122)，这两个通道向ESD组件12的两端中的每一端供给空气。

止逆活塞隔离阀110提供了一种将下游止逆活塞控制阀112、114与空气供给和过滤调节器系统4隔离以进行维护(并且与阀系统6隔离)的构件。止逆活塞控制阀112、114被安置成串联布置以提供冗余。如果止逆活塞控制阀112、 114中的一个发生故障并且不能关闭(断电)，则另一个将保持能够关闭(断电) 并使空气从止逆活塞阀系统10下游的止逆活塞供给通道22排出(由此移动ESD 阀执行器124并关闭ESD阀)。

参照图5a至图5c，紧急关闭(ESD)组件12包括ESD阀执行器124和 ESD阀(未示出)。ESD阀执行器124包括转矩模块126和主活塞推杆144a、 144b，主活塞推杆在它们的内端处具有齿，所述齿在齿条和齿轮式运动中经由正齿轮148与转矩模块126接合。正齿轮148被旋转地连接到ESD阀，使得正齿轮148的旋转引起ESD阀的旋转。主活塞推杆144a、144b被连接到主活塞 128a、128b，使得第一主活塞推杆144a与第一主活塞128a一起移动。类似地，第二主活塞推杆144b与第二主活塞128b一起移动。主活塞128a、128b在活塞壳体146a、146b(其横截面可以是圆柱形的)内线性地移动。主活塞128a、128b 和主活塞推杆144a、144b通过弹簧130a、130b偏置远离转矩模块126。主活塞128a、128b的外部位置以及主活塞推杆144a、144b的外部位置由位于活塞壳体146a、146b内的套环142a，142b限制。主活塞128a、128b的位置以及因此主活塞推杆144a、144b的位置由主活塞室138a、138b内的空气压力确定。主活塞室138a、138b是主活塞128a、128b的外部面与止逆活塞132a、132b的内部面之间的容积。主活塞室138a、138b分别被连接到第一主活塞供给通道 106和第二主活塞供给通道108。在打开构型(图5a)和ESD构型(图5c)之间的运动范围期间，主活塞128a、128b各自掠过相应主活塞室138a、138b中的第一容积129a、129b。

位于主活塞128a、128b的更外侧的是止逆活塞132a、132b。止逆活塞132a、 132b被连接到止逆活塞推杆140a、140b。止逆活塞132a、132b也位于活塞壳体146a、146b内。止逆活塞132a、132b的线性位置由止逆活塞室134a、134b 内的空气压力确定。止逆活塞室134a、134b是止逆活塞132a、132b的外部面与活塞壳体的外端150a、150b之间的容积。止逆活塞室134a、134b分别被连接到第一止逆活塞供给通道120和第二止逆活塞供给通道122。在部分打开构型(图5b)和打开构型或ESD构型(图5a和图5c)之间的运动范围期间，止逆活塞132a、132b各自掠过第二容积133a、133b。位于套环142a、142b附近并且安装到活塞壳体146a、146b的是接近开关136a、136b。这些开关检测止逆活塞132a、132b何时位于内部位置并且因此而检测止逆活塞推杆140a、140b 何时位于内部位置。

由于止逆活塞132a、132b密封抵靠活塞壳体146a、146b，因此主活塞室 138a、138b与止逆活塞室134a、134b隔离。

在运行中，转矩模块126将主活塞128a、128b和主活塞推杆144a、144b 的线性移动经由正齿轮148转换成旋转运动。由于正齿轮148旋转地连接ESD 阀(未示出)，所以主活塞128a、128b的线性位置控制正齿轮148的旋转位置并且因此而控制ESD阀。正齿轮148可以与ESD阀轴向对准并且直接被连接到ESD阀，或者替代性地，正齿轮148可以从ESD阀偏移并且以另一种方式连接。

主活塞128a、128b的线性位置由主活塞室138a、138b中的空气压力确定。主活塞室138a、138b被连接到第一主活塞供给通道106和第二主活塞供给通道 108，因此这些通道中的压力确定了主活塞128a、128b的线性位置，并且因此而确定了ESD阀的旋转位置。主活塞128a、128b和主活塞推杆144a、144b通过弹簧130a、130b从转矩模块126向外偏置。这种布置意味着在压力损失(例如由于功率损失)的情况下，主活塞128a、128b将向外移动直到它们与套环 142a、142b接触。主活塞128a、128b的由套环142a、142b限制的外部位置对应于ESD阀的通过转矩模块126进行的完全关闭。

止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b的目的是在部分行程测试期间限制主活塞128a、128b行进，并且因此而限制主活塞推杆144a、144b 行进。这又限制了转矩模块126的最大旋转运动，这样也将ESD阀的旋转运动限制到例如10°-15°。这是为了防止在部分行程测试期间发生诸如错误跳闸的事件。在部分行程测试期间，当止逆活塞推杆140a、140b的内部面与主活塞 128a、128b的外部面发生接触时，被连接到止逆活塞132a、132b的止逆活塞推杆140a、140b限制主活塞128a、128b的行程。止逆活塞接近传感器136a、 136b确定止逆活塞132a、132b是否处于活塞壳体146a、146b的内部位置，并且因此在部分行程测试就绪状态下被接合。

部分行程系统2和ESD组件12有三种运行模式：正常(ESD阀打开，参见图5a)、部分行程测试(ESD阀限于10°-15°旋转，参见图5b)和紧急关闭(ESD阀关闭，参见图5c)。

在正常运行模式期间，ESD阀处于完全打开构型，如图5a所示。在该模式期间，主活塞室138a、138b被加压并且止逆活塞室134a、134b被排空(未被加压)。主活塞128a、128b和主活塞推杆144a、144b处于向内线性位置。主活塞128a、128b上的来自主活塞室138a、138b中的空气压力的力压缩弹簧130a、 130b。当主活塞128a、128b处于它们的内部位置时，弹簧130a、130b不一定被完全压缩。如图5a所描绘的，主活塞128a、128b的内部位置对应于转矩模块126的最大旋转运动。这将使ESD阀打开到完全打开构型。

由于止逆活塞室134a、134b被排空，因此止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b处于向外位置。在向外位置，止逆活塞132a、132b与活塞壳体146a、146b的外端150a、150b发生接触。这确保了在需要ESD的情况下，止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b不可能阻止或限制主活塞128a、 128b和主活塞推杆144a、144b的行程(这可以防止ESD阀发起紧急关闭)。

现在参照图5a和图5b对部分行程测试的运行模式进行描述。在部分行程测试之前执行两个测试以确认部分行程系统2和ESD组件12正常运行。这些是止逆活塞测试和阀系统测试。这些测试应在部分行程测试之前执行，以确认该系统按预期运行。另外，在部分行程测试开始之前，止逆活塞应该被接合(即移动到其内部位置)。

止逆活塞测试使用止逆活塞阀系统10来确认止逆活塞132a、132b的功能。止逆活塞测试还确认第一止逆活塞控制阀112和第二止逆活塞控制阀114的功能。在开始止逆活塞测试之前，ESD阀组件具有图5a所描绘的构型(ESD阀完全打开)。在测试的第一步骤中，第一止逆活塞控制阀112和第二止逆活塞控制阀114都被通电，使得止逆活塞室134a、134b被加压。随着止逆活塞室134a、 134b被加压，止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b(沿ESD阀的方向)向内移动。止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b到内部位置的运动由止逆活塞接近传感器136a、136b确认。然后使第一止逆活塞控制阀 112断电，使得止逆活塞室134a、134b被排空。这又导致止逆活塞132a、132b 和止逆活塞推杆140a、140b向外运动。止逆活塞接近传感器136a、136b确认第一止逆活塞控制阀112已被成功断电。

第一止逆活塞控制阀112然后被重新通电，使得止逆活塞室134a、134b变得加压，并且因此使得止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b向内运动，如由止逆活塞接近传感器136a、136b所确认的那样。这确认了第一止逆活塞控制阀112正常运行。随后针对第二止逆活塞控制阀114执行相同的测试序列(即，第二止逆活塞控制阀114被断电然后被重新通电)。最后，为了完成止逆活塞测试，第一止逆活塞控制阀112和第二止逆活塞控制阀114都被断电，止逆活塞室134a、134b被排空，止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b向外移动。这由止逆活塞接近传感器136a、136b确认。然后完成止逆活塞测试，并确认止逆活塞阀系统正常运行。

在阀系统6上执行阀系统测试。在整个测试过程中，入口阀装置24允许空气流通进入第一流动通道26和第二流动通道28。在该测试的第一步骤中，所有可独立控制的阀30、32、34、36首先被通电，使得压力开关31、33、35、 37都能检测到高于大气压力的压力。第一通道第二阀32首先被断电，这导致第一通道第二压力开关33检测大气压力，但是第一通道第一压力开关31继续检测高于大气压力的压力。然后第一通道第一阀30被断电，这导致第一通道第二压力开关33仍检测大气压力，但是此外第一通道第一压力开关31现在也检测大气压力。然后第一通道第一阀30被通电，这导致第一通道第一压力开关 31检测高于大气压力的压力，同时第一通道第二压力开关33继续检测大气压力。然后第一通道第二阀32被通电，这导致第一通道第一压力开关31仍检测高于大气压力的压力，并且第一通道第二压力开关33现在也检测高于大气压力的压力。

然后在具有第二通道第一阀34和第二通道第二阀36以及第二通道第一压力开关35和第二通道第二压力开关37的第二流动通道28上执行相同的测试序列。在完成测试序列后，确认阀系统正常运行。

在整个阀系统测试过程中，由换向阀38提供的自动密封意味着换向阀出口通道48中的空气压力保持基本恒定。当可独立控制的阀断电时，形成泄漏路径以使加压空气逸出到大气，换向阀38的能移动的球52自动移动以对可独立控制的阀所位于的泄漏通道进行密封。因此，通过隔离泄漏通道来密封泄漏路径，并且另一个通道保持压力，从而保持ESD阀打开并防止错误跳闸。

一旦完成了上述测试，部分行程测试之前的最后一步是接合止逆活塞。止逆活塞控制阀112、114都被通电，这使止逆活塞室134a、134b加压并使止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b向内移动。止逆活塞132a、132b 的这种运动由止逆活塞接近传感器136a、136b确认。止逆活塞132a、132b以及因此止逆活塞推杆140a、140b现在处于部分行程测试就绪状态，并将限制主活塞128a、128b、主活塞推杆140a、140b、转矩模块126以及因此ESD阀的行程。止逆活塞与部分行程测试就绪状态的接合被确认。

一旦止逆活塞测试、阀系统测试和止逆活塞的接合全部成功执行，系统就可以执行部分行程测试。

部分行程测试被定义为可独立控制的阀30、32、34、36的断电以及随后的重新通电，导致主活塞128a、128b和主活塞推杆144a、144b向外移动，然后返回到向内位置。主活塞128a、128b不会移动到完全向外位置，而是仅向外移动，直到它们被止逆活塞推杆140a、140b阻止。因此，ESD阀组件从图5a中所示的构型移动到图5b中所示的构型，然后返回到图5a中所示的构型。主活塞128a、128b以及因此主活塞推杆144a、144b的运动导致ESD阀关闭例如10° -15°，然后返回到完全打开位置。

可能存在一些将ESD阀保持在打开位置的静摩擦。当执行部分行程测试时，转矩被施加到ESD阀上，该转矩克服静摩擦并使阀部分地关闭。在克服静摩擦之前可以施加一段时间(例如几百毫秒)的力。当阀在部分行程测试之后关闭时，静摩擦已被移除或减少，因此下一次将ESD阀移动至打开位置时，它将立即移动(或具有小于一百毫秒的延迟)。这确保了ESD能够在需要时足够迅速地启动紧急关闭。

可以执行多次部分行程测试，例如执行大约5次。可独立控制的阀30、32、 34、36在断电和通电之间循环(使得它们全部在相同状态下运行)。可独立控制的阀30、32、34、36的循环引起主活塞室138a、138b中的压力水平在排空和加压之间循环。相应地，主活塞128a、128b以及因此主活塞推杆144a、144b 在打开位置(ESD阀在正常操作期间打开)和部分行程测试位置(主活塞128a、 128b被止逆活塞推杆140a、140b限制并且ESD阀关闭10°-15°)之间循环。在循环序列期间，关于完成部分行程测试行程所花费的时间的数据被记录在存储器(该存储器可以形成控制器7的一部分)中。针对每个周期记录该数据。与可自由移动的ESD阀相比，卡住的ESD阀一开始将花费较长的时间才能自由或者进行部分行程测试行程。

在部分行程测试发生之后，最后步骤发生，由此将止逆活塞132a、132b从它们的部分行程测试位置移走。止逆活塞控制阀112、114被断电，并且止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b向外移动，如由止逆活塞接近传感器136a、136b所确认的那样。

在初始测试、止逆活塞的接合、部分行程测试以及止逆活塞的移走之后，然后部分行程系统2返回到正常运行(图5a)，由此可独立控制的阀30、32、 34、36全部通电并且止逆活塞控制阀112、114被断电。因此，主活塞室138a、 138b被加压并且止逆活塞室134a、134b被排空。

最终的运行模式是紧急关闭或ESD模式，如图5c所示。首先将从ESD阀执行器124的打开构型的初始位置(如图5a所描绘的)对ESD进行描述。在该模式下，主活塞室138a、138b被加压，这驱使主活塞128a、128b(以及因此主活塞推杆144a、144b)到向内位置，由此压缩弹簧130a、130b并且还打开ESD阀。止逆活塞室被排空，因此止逆活塞132a、132b(以及因此止逆活塞推杆140a、140b)处于向外位置。在ESD模式下，主活塞室138a、138b和止逆活塞室134a、134b都被排空。主活塞室138a、138b一经排空，受压缩的弹簧130a、130b展开并驱使主活塞128a、128b和主活塞推杆144a、144b到如由套环142a、142b限制的向外位置。主活塞推杆144a、144b到向外位置的向外运动引起转矩模块126的旋转，这继而操作(关闭)ESD阀。主活塞128a、128b 以及因此主活塞推杆144a、144b到最外部位置的这种运动足以使转矩模块126 旋转并且因此使ESD阀旋转90°。这使得ESD阀完全关闭。这一系列事件假设阀执行器124从正常运行模式进入ESD模式，由此止逆活塞132a、132b已经处于最向外位置，如图5a所描绘的。

现在将从ESD阀执行器124的部分行程测试模式的开始位置(如图5b所描绘的)对ESD进行描述。在该模式下，主活塞室138a、138b被加压，这驱使主活塞128a、128b(以及因此主活塞推杆144a、144b)到向内位置，由此压缩弹簧130a、130b并且还打开ESD阀。止逆活塞室也被加压，因此止逆活塞 132a、132b(以及因此止逆活塞推杆140a、140b)处于如由套环142a、142b 限制的向内位置。如果在部分行程测试期间需要ESD，则止逆活塞132a、132b 和止逆活塞推杆140a、140b也必须缩回到它们的向外位置。在部分行程测试期间需要ESD的情况下，止逆活塞室134a、134b将从它们之前的加压状态进行排空。随着止逆活塞室134a、134b被排空，止逆活塞132a、132b和止逆活塞推杆140a、140b自由地向外移动。如上所述，主活塞128a、128b和主活塞推杆144a、144b的向外运动引起转矩模块126旋转，这又导致ESD阀的旋转运动。主活塞128a、128b以及因此主活塞推杆144a、144b到最外部位置的这种运动使转矩模块126转动并且因此使ESD阀旋转90°。这导致在部分行程测试期间在ESD操作中完全关闭ESD阀。

应当理解的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对上述设计进行许多修改。例如，入口阀装置可以包括两个可独立控制的球阀，其中阀系统供给通道在阀系统上游分成两个通道。

尽管所描绘的器件中的工作流体是空气，但是可以换成其他流体(诸如水)，并对一些组件进行小的修改(例如用被连接至水箱的端口来替换通气器)。

阀系统中的一对通道也可以进行修改，以包括额外的并联的通道来提供更多的冗余。

ESD阀执行器的运动限制套环可以被换成替代性的运动限制特征(例如从活塞壳体向内突出的凸缘)。

第一通道26和第二通道28可以被设置在单个主体中。替代性地，第一通道26和第二通道28可以由串联连接的模块化主体形成。形成该串联的每个单独的模块化主体可以包括第一通道26和第二通道28的一部分。模块化系统在 GB2475192中被描述，GB2475192通过引用并入本文中。GB2475192的模块化系统可以通过在每个模块化主体中提供两个通道而不是单个通道来进行修改。

尽管所描述的实施例包括容积增压器系统8，但是在替代性实施例中，换向阀出口通道48可以被直接连接到第一主活塞供给通道106和第二主活塞供给通道108。这可以通过适当地缩放阀系统6中的部件以用于能够使ESD阀执行器124运行的较大流量来实现。

所描述和图示的实施例在特征方面被认为是说明性的而不是限制性的，应该理解的是，仅示出和描述了优选实施例，并且落入如权利要求中限定的本发明的范围内的所有变化和修改是希望得到保护的。关于权利要求，当诸如“一”、“一个”、“至少一个”或“至少一个部分”等词语被用于特征之前时，其意在不将权利要求限制为只有一个这种特征，除非在权利要求书中特别说明与此相反。当使用语言“至少一部分”和/或“一部分”时，该物体可以包括一部分和 /或整个物体，除非特别说明与此相反。

如本文所述的可选的和/或优选的特征可以被单独地使用或者在适当的情况下彼此组合使用，特别是在所附权利要求中提出的组合中使用。在适当的情况下，本文阐述的本发明的每个方面的可选的和/或优选的特征也适用于本发明的任何其它方面。

Claims (20)

1.一种阀系统，包括：

平行布置的第一通道和第二通道，每个通道具有上游端和下游端；

入口阀装置，所述入口阀装置被连接到所述通道的上游端并且被构造成选择性地允许流体仅通过所述第一通道、仅通过所述第二通道或者通过两个通道；

被安置成沿着所述第一通道串联布置的至少两个可独立控制的阀以及被安置成沿着所述第二通道串联布置的至少两个可独立控制的阀；以及

换向阀，所述换向阀被连接到所述第一通道的下游端和所述第二通道的下游端，所述换向阀包括被分别连接到所述第一通道和所述第二通道的第一入口通道和第二入口通道、腔、出口通道以及能移动元件，所述第一入口通道和所述第二入口通道经由所述腔与所述出口通道流体连通；其中，

所述能移动元件能在所述腔内移动，使得所述能移动元件的位置由所述第一入口通道和所述第二入口通道中的相对压力水平确定，在第一位置，所述能移动元件在所述能移动元件和所述第一入口通道之间形成密封件，在第二位置，所述能移动元件在所述能移动元件和所述第二入口通道之间形成密封件，并且在第三位置，所述能移动元件位于所述第一位置和所述第二位置之间并且使得流体能够从所述第一通道和所述第二通道通过。

2.根据权利要求1所述的阀系统，其中，所述能移动元件是球。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，其中，所述第一入口通道和所述第二入口通道被连接到所述腔的向外逐渐缩小的端表面。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，其中，所述能移动元件位于滑架中，所述滑架将所述能移动元件的运动限制成基本单一的方向。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，其中，第一入口和第二入口被定位成使得所述第一入口和所述第二入口处于基本相同的高度。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，其中，压力开关被安置在所述可独立控制的阀的下游。

7.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，其中，一个或多个容积增压器被连接在所述换向阀的下游。

8.根据权利要求7所述的阀系统，其中，来自所述一个或多个容积增压器的出口通道被连接到阀执行器的主活塞。

9.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，其中，来自所述换向阀的出口通道被连接到阀执行器的主活塞。

10.根据权利要求8所述的阀系统，其中，所述阀执行器被连接到紧急关闭阀。

11.根据权利要求8所述的阀系统，所述阀系统进一步包括显示器，所述显示器被构造成在测试期间显示所述系统的状态并指示所述阀执行器的旋转位置。

12.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，所述阀系统进一步包括控制器，所述控制器被构造成控制所述阀系统的阀。

13.根据权利要求12所述的阀系统，其中，所述控制器包括存储器，所述存储器被构造成存储在所述阀系统的测试期间接收的输出数据。

14.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，所述入口阀装置、所述可独立控制的阀和所述换向阀被单独封装在防爆壳体中。

15.根据权利要求1或权利要求2所述的阀系统，其中，一个或多个附加的通道以平行布置的方式被连接到所述第一通道和所述第二通道。

16.一种对根据权利要求6所述的阀系统进行测试的方法，其中，所述方法包括：

致动所述入口阀装置以允许流体通过所述第一通道和所述第二通道；

分别致动沿着所述第一通道串联布置的至少两个可独立控制的阀，同时监测那些阀下游的压力开关；以及

分别致动沿着所述第二通道串联布置的至少两个可独立控制的阀，同时监测那些阀下游的压力开关。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述阀系统形成部分行程系统的一部分，所述部分行程系统进一步包括阀执行器的由两个止逆活塞控制阀控制的止逆活塞，并且其中，所述方法进一步包括：

使所述两个止逆活塞控制阀都通电；

使所述止逆活塞控制阀中的一个断电，然后通电；

使所述止逆活塞控制阀中的另一个断电，然后通电；以及

使所述两个止逆活塞控制阀都断电。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述部分行程系统被连接到紧急关闭组件，所述紧急关闭组件包括由主活塞控制的紧急关闭阀，所述主活塞的位置由所述阀系统确定，其中，所述方法进一步包括：

使所述两个止逆活塞控制阀都通电；

使所述可独立控制的阀断电；以及

使所述可独立控制的阀通电。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述可独立控制的阀被断电，然后被多次通电。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，一旦已经完成所述可独立控制的阀的断电和通电，所述止逆活塞控制阀就被断电。