可伸縮的流調節器的製造方法
2023-10-04 21:37:04
可伸縮的流調節器的製造方法
【專利摘要】一種可伸縮的流調節器，其包括適於插入壓差測量探頭的承壓管道上遊中的流體中的本體。本體具有至少一個流量調節元件。可伸縮的流調節器還包括附接至本體的安裝組件。安裝組件配置成將本體可伸縮地安裝到承壓管道中。
【專利說明】可伸縮的流調節器
【技術領域】
[0001] 本實施例涉及工業過程。更具體地，本實施例涉及用於在工業過程的監視或控制 中使用的工業過程現場裝置。
【背景技術】
[0002] 在工業過程中使用的現場裝置，諸如過程變量變送器可以被現場安裝在管道、油 箱和氣體工業過程設備上。這些裝置感測過程變量，諸如過程流體流量、過程流體溫度、過 程流體壓強、過程流體電導率、過程流體pH和其它過程變量。其它類型的工業過程現場裝 置包括閥、致動器、現場控制器、數據顯示器和諸如工業現場網絡橋的通信設備。
[0003] -種類型的過程變量傳感器是能夠測量例如流體流量的流量計。採用均速皮托管 (averaging pitot tube)的一種類型的流量計量器是用於流量測量的流行的裝置，因為其 能夠被插入流動線路中並且能夠被從流動線路上撤回的能力、其低壓損耗、相對低的成本 和可靠性能。然而，當在流動狀況下存在幹擾時，在這種流量計量器中可能出現測量不準 確。例如由於管肘、減徑管或異徑管節、擴展器、閥或類似的不規則體可以造成流動狀況或 流動條件的幹擾。典型地，可以通過流量計的上遊的直管的較長延伸（例如，達到30米的 直管）調節流量分布，使得流量計量儀可以輸送大致精確的結果。
[0004] 在流量計安裝的上遊僅可使用小的直管長度的一些應用中，具有減少流動湍流的 元件的常設流調節器可以被用以改善流量計測量的精確性。然而，常設流調節器是管中常 設障礙，這可以使諸如清潔的管維護操作複雜化。而且，常設流調節器可以引起對管路系統 的壓強損耗。
【發明內容】
[0005] 在一個示例實施例中，提供了一種可伸縮的流調節器。該可伸縮的流調節器包括 適於在壓差測量探頭上遊插入承壓管道中的流體的本體。所述本體具有至少一個流量調節 元件。所述可伸縮的流調節器還包括附接至本體的安裝組件。所述安裝組件配置成將本體 可伸縮地安裝到承壓管道中。
[0006] 在另一個示例實施例中，提供一種用於測量通過流體輸送管道的流體流量的壓差 流體流測量系統。所述系統包括具有橫向寬度的壓差測量探頭。系統還包括可伸縮的流調 節器。可伸縮的流調節器包括細長本體，所述細長本體適於可伸縮地插入管道中。所述細長 本體設置在壓差測量探頭的上遊並且平行於壓差測量探頭。所述細長本體具有比所述壓差 測量探頭的橫向寬度大的橫向寬度。可伸縮的流調節器還包括形成在細長本體內的開口， 允許由所述管道輸送的流體流過細長本體至壓差測量探頭。
[0007] 在又一個示例實施例中，提供一種流調節器，用於可伸縮地插入流體輸送管道內 以調節壓差測量探頭的上遊的管道內的流體流。所述流調節器包括適於可伸縮地插入管道 中的細長本體。所述流調節器還包括形成在細長本體內的多個開口，它們允許由所述管道 輸送的流體流過細長本體。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008] 圖IA是根據一個實施例的用於在監視或控制過程流體中使用的工業過程控制或 監視系統的不意圖。
[0009] 圖IB是示出圖IA中的過程控制或監視系統的部件的簡化框圖。
[0010] 圖IC是圖IA中的可伸縮流調節器的開口的可選實施例的示意圖。
[0011] 圖ID和IE是包括用於加寬流調節器的擴張裝置或機構的可伸縮的流調節器的一 個實施例的示意圖。
[0012] 圖2A至2C是根據一個實施例的可伸縮的流調節器安裝架的示意圖。
[0013] 圖3是可伸縮的流調節器安裝架的另一個實施例的示意圖。
[0014] 圖4是可伸縮的流調節器安裝架的又一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 在如下所述的實施例中，提供包括多個可伸縮的流調節器的工業過程現場器件/ 系統，該可伸縮的流調節器解決擾流狀況。
[0016] 圖IA是用於在監視或控制工業過程的過程流體中使用的工業過程控制或監視系 統100。典型地，諸如過程變量變送器102的現場器件定位遍及整個加工廠或設施，並且將 感測到的過程變量發送回到中央定位的控制室104。可以使用多種技術用於發送過程變量， 包括有線和無線通信。一個常用有線通信技術採用那種公知的雙線過程控制電路106,在雙 線過程控制電路106中使用單對線以輸送信號以及為變送器102提供電力。一種用於發送 信息的技術是控制通過過程控制電路106的電流水平在4mA和20mA之間。在4-20mA內的 電流的值可以與過程變量的相應的值一一對應。示例數字通信協議包括HARf(由在標準 4-20mA模擬信號上疊加的數字通信信號構成的混合物理層），FOUNDATION?現場總線（1992 年美國儀器協會發布的全數字通信協議），現場總線通信協議，以及其它。也可以實施無線 過程控制電路協議，諸如包括WirelessHART?的射頻通信技術。
[0017] 過程變量變送器102經由安裝元件12連接至探頭109,該探頭109延伸到過程配 管108中並且配置成測量過程配管108中過程流體的過程變量。示例過程變量包括流量、 溫度、壓強、電平、pH、導電率、渾濁度、密度、濃度、化學成分等。過程變量變送器102包括傳 感器210和其它部件/電路（沒有在圖IA中示出），它們被配置成從探頭109接收過程變 量並且提供在過程控制電路106上的變送器輸出。
[0018] 在一個實施例中，器件102是差壓變送器而探頭109是均速皮托管。下面結合圖 IB描述差壓變送器102和均速皮托管109的部件。
[0019] 正如從圖IA和IB中所示的，均速皮托管109具有相對於流體流動方向114的面向 上遊側111和面向下遊側113。面向上遊側111包括上遊埠 116,該上遊埠 116開放到 上遊增壓室（plenum) 118中。類似地，面向下遊側113包括下遊埠 120,該下遊埠 120 開放到下遊增壓室122中。上遊增壓室118通過任何合適類型的隔離件124與下遊增壓室 122隔開。
[0020] 均速皮托管109的面向上遊側111感測流動流體的平均傳感器衝擊壓強以建立高 的壓強值。皮托管109的面向下遊側113感測低壓強。高流體壓強和低流體壓強從皮托管 109的增壓室118和122管道連接至壓力傳感器110。壓力傳感器110將由皮托管109傳出 的各個高流體壓強和低流體壓強轉換至電信號，該電信號的特徵在於是差壓（DP)的函數， 即所感測到的高流體壓強和低流體壓強之差的函數。壓力傳感器110可以配有包括隔膜的 感測元件。當隔膜響應於差壓移動時，可以通過電容和與壓強相關的變化測量此移動。
[0021] 正如圖IB中所示的，除了壓力傳感器110,壓力變送器102還包括測量電路117、 控制器119和迴路通信器121。測量電路117耦接至壓力傳感器110並且可以是可以提供 與差壓相關的合適的信號的任何電子電路。在一個實施例中，測量電路117配置成提供由 壓力傳感器110獲得的壓力的數字輸出。在此實施例中，測量電路117可以是模擬-數字 轉換器、電容-數字轉換器或者任何其它合適電路。
[0022] 控制器119耦接至測量電路117和迴路通信器121。控制器119適於提供過程變 量輸出至迴路通信器121。過程變量輸出與由測量電路117提供的數字輸出相關。控制器 119可以是可編程門陣列器件、微處理器、或任何其它合適器件。迴路通信器121提供過程 控制迴路106上的變送器輸出。雖然已經描述關於單個模塊的迴路通信器121、測量電路 117和控制器119,但是預想它們可以結合在諸如專用集成電路（ASIC)上。應該注意的是， 過程通信迴路106可以包括任何合適數量的導體。例如，過程通信迴路106可以是二導體、 三導體、或四導體過程通信迴路。導體本身可以是電線、或光纖介質。在一個實施例中，迴路 106是無線通信迴路。在此實施例中，導體被省略並且電路122內的迴路通信器適於無線通 信。無線迴路通信器可以包括無線變送器或接收器。一個示例無線協議是WirelessHART? 通信協議。
[0023] 如上所述，當在諸如108的流體輸送管道中存在對流動狀況的擾動時，在諸如109 的均速皮托管中可能發生測量的不準確性。可能是由例如管肘、減徑管或異徑管節、擴展 器、閥或類似的不規則體引起對流動狀況的擾動。
[0024] 正如先前所述的，在一些應用中，具有減少流動擾動的多個元件的常設流調節器 可以被用以改善流量計量測量的準確性。然而，常設流調節器是在管中的常設障礙，其可以 使諸如清潔的管維護操作複雜化。而且，常設流調節器可能造成對配管系統的壓強損耗。
[0025] 正如圖IA中所示的，系統100中包括可伸縮的流調節器105以減少流體輸送管道 108中流動狀況的擾動。可伸縮的流調節器105包括具有用板條135隔開的開口 128的細 長本體（例如管狀本體）126。細長本體126的一部分適於可伸縮地插入承壓管道108中。 可伸縮的流調節器105還包括安裝元件129,其可以與用於均速皮托管109的安裝元件129 類似。在圖IA所示的等距視圖中，安裝元件129的一部分被移除以顯示基本細長本體126 的外表面的整個部分。安裝元件129被配置成將細長本體126的一部分可移除地安裝到流 體輸送管道108中。安裝元件129可以包括例如壓縮接頭、法蘭連接件、蝸輪組件和/或懸 架組件。這些安裝組件將在下面結合圖2、3和4作進一步描述。
[0026] 正如圖IA中所示的，細長本體126設置在均速皮托管109的上遊並且平行於均速 皮托管109。細長本體126與均速皮托管109在管道108內的流體流114的方向上還是共 面的。細長本體126的橫向寬度（圖IA中用附圖標記131表不）大於均速皮托管109的 橫向寬度（圖IB中用附圖標記133表不）。
[0027] 在細長本體126內形成多個開口 128。這些開口 128允許由管道108輸送的流體 流過細長本體126至均速皮托管109。在一個實施例中，葉片130設置在細長本體126的開 口 128內。葉片130提供流量調節，包括流動矯直和一些流動阻礙物。在一個實施例中，管 道108的大約20%的區域被具有葉片130的流調節器105阻塞。因此，葉片130減少渦流 幹擾而阻礙物減少流動輪廓不對稱，這是工業流中兩個最常見的流動幹擾。在一些實施例 中，葉片130中的一些個體可拆卸地連接在細長本體126內。應該注意的是，開口 180之間 的板條135也可以用作流動阻塞元件。
[0028] 圖IC顯示開口 180的替換實施例。在此實施例中，管132設置在細長本體126的 開口 128內。包括管132代替葉片130提供了類似的流量調節結果。管132中的一些個體 可拆卸地連接在細長本體126內並且可以被容易地更換。
[0029] 圖ID和IE顯示包括用於加寬流調節器105的擴張裝置134的流調節器105的一 個實施例。在此實施例中，細長本體126的壁136是柔性的並且因而細長本體126可以插 入通過小開口。擴張裝置134向外驅使柔性壁136以加寬細長本體126並且因而在不需要 可擴張體的情況下調節更多的管面積。
[0030] 在一個實施例中，擴張裝置136包括帶螺紋的軸138,螺母140和至少一對肋142。 軸138包括螺紋144並且沿細長本體126的縱向軸線146設置在細長本體126內。螺母 140具有與帶螺紋的軸138的螺紋144接合的螺紋（未示出）。多對肋142樞轉地附接至螺 母140和細長本體126的柔性壁136。旋轉帶螺紋的軸138驅動沿著軸138的螺母140,以 改變螺母140與肋142至柔性壁136的附接點的相對位置，從而改變細長本體126的寬度。 圖ID顯示處於回縮位置的細長本體126。圖IE顯示處於擴張位置的細長本體126。在其 它實施例中，擴張裝置包括用於擴張流調節器的內部或外部結構的其它機構。例如，擴張裝 置可以包括用於膨脹柔性壁136的機構、用於例如採用支架擴張或其它技術或結構擴張支 撐柔性壁136的框架的機構、或者其它擴張機構。
[0031] 圖2A至2C以圖的形式示出用於將流調節器202插入管204中和從管204中縮回 的組件200。流調節器202具有上部206和流量控制部分208,該上部206保留在管204的 邊界外側，而流量控制部分208在處於圖2A所示的完全插入位置中時在直徑方向上延伸跨 過管204。流量控制部分208通過管壁上的開口 210進入管204。凸緣卡圈212以圍繞開 口 210的方式被焊接至管204。關閉閥214螺杆連接至凸緣212。法蘭堅管216以密封方 式螺杆連接至閥214。流調節器202的上部206固定連接至軛架構件218的底側。一對螺 紋杆220不可旋轉地懸掛自軛架構件218。軛架218和杆220組成懸架子組件222。圖2C 中具體示出的蝸輪子組件224被用以將流調節器202從管204中提起出來和將其放低到管 中。蝸輪傳動子組件224包括安裝在基板228上的一對單個齒輪外殼226。蝸輪230被形 成軸頸用於在每個齒輪外殼226中旋轉。每個這種蝸輪230的轂部分232被形成內螺紋以 與杆220上的螺紋配合。當在連接至軸236的蝸杆234的幫助下這些蝸輪230繞著不可旋 轉的螺紋杆220沿相同方向上同時旋轉時，懸架子組件222會上下移動。軸236的突出端 238安裝手動曲柄240,手動曲柄240的作用是驅動齒輪系並且將流調節器202搖進和搖出 管 204。
[0032] 圖3是用於將流調節器插入管中和從管中縮回的插入/縮回安裝組件300的另一 個實施例的分解圖。安裝組件300類似於（圖2A-2C中的）插入/縮回安裝組件200,但 是沒有（圖2A-2C中的）蝸輪傳動子組件224和（圖2A中的）關閉閥214。圖2A-2C中 的附圖標記已經在圖3中重複表示圖3中的與圖2A-2C中的那些元件類似的元件。為了簡 化的目的，管（諸如圖2A中的204)在圖3中沒有被再次示出。正如上面結合圖2A-2C的 描述中，流調節器202具有上部206和細長流量控制部分208,該上部206保留在管的邊界 外側，細長流量控制部分208在處於其完全插入位置中時沿直徑方向上延伸跨過管。為了 簡化的目的，包括在流量控制部分208中的開口和流量控制元件沒有在圖3中顯示。流調 節器202的在插入位置和回縮位置下均保持在管外側的上部206被固定連接至板302。流 量控制部分208通過其壁中的開口（與圖2A中的210類似的）進入管。正如在上面所述 的組件200的情況下，在安裝組件300中，凸緣卡圈212以圍繞開口的方式被焊接至管。帶 螺紋的螺杆304和螺母306和308被用以當流調節器202處於插入位置時將凸緣卡圈212 和板302保持在一起。墊圈309可以被定位在板302和凸緣212之間。為了從管中移除流 調節器202,（例如）螺母308從螺杆304被移除並且流調節器202的流量控制部分通過將 板302從凸緣212移開而被從管撤回。在一些實施例中，在完全插入位置中，流量控制部分 308的底端310從形成在管中的對穿孔（未顯示）中延伸出。在這些實施例中，對側支撐件 312可以例如被螺紋連接至流量控制部分208的底端310。總之，任何合適的技術可以被用 以將對側支撐件312連接至底端310。
[0033] 圖4是用於將流調節器插入管（圖4中沒有示出）中和從管中縮回的插入/縮回 安裝組件400的又一個實施例的分解圖。安裝組件400的元件與圖3中的組件300中的那 些類似，因此圖3中使用的附圖標記在圖4中重複。正如上面結合圖2A-2C和3所述的，流 調節器202的上部206保留在管的邊界外側，而細長流量控制部分208在其處於完全插入 位置時沿直徑方向延伸跨過管。與圖2A-2C和3所述的安裝凸緣212相同，組件400包括 本體402,該本體402以圍繞管的開口（圖4中沒有示出）的方式焊接至管。流調節器202 的流量控制部分208通過開口進入管。正如在圖3的組件300的情形中，流調節器202的 上部206保持被固定連接至板302。例如在一個實施例中是3個的墊圈404的壓縮配件在 板302被螺栓連接至本體402時圍繞並提供圍繞流調節器202的上部206的流體密封。帶 螺紋的螺栓304和螺母306被用於在流調節器202處於插入位置時將本體402和板302保 持在一起。除了墊圈404之外，可以採用保持環406。在圖4的實施例中，流調節器202以 上面結合圖3所述的那些類似的方式被從管移除。正如上面結合圖3所述的，對側支撐件 312可以例如能夠通過螺紋連接至流量控制部分208的底端310。
[0034] 通常地，上面描述的流調節器由能夠承受不同類型的流體的材料形成。在一些實 施例中，流調節器可以包括不鏽鋼和/或碳素鋼。然而，也可以使用其它材料。
[0035] 雖然已經參考優選實施例描述了本發明，但是本領域技術人員應該認識到，在不 偏離本發明的精神和範圍的情況下可以在形式和細節上進行變化。
【權利要求】
1. 一種可伸縮的流調節器，包括： 本體，適於在壓差測量探頭上遊插入承壓管道中的流體中，所述本體具有至少一個流 量調節元件；和 附接至所述本體的安裝組件，所述安裝組件配置成將所述本體可伸縮地安裝到承壓管 道中。
2. 如權利要求1所述的可伸縮的流調節器，其中所述本體的形狀大致是圓柱形的。
3.如權利要求1所述的可伸縮的流調節器，其中所述至少一個流量調節元件是多個葉 片。
4.如權利要求1所述的可伸縮的流調節器，其中所述至少一個流量調節元件是多個管 狀開口。
5.如權利要求1所述的可伸縮的流調節器，其中所述安裝組件包括壓縮配件、法蘭連 接件、蝸輪組件或懸架組件中的至少一個。
6. 如權利要求1所述的可伸縮的流調節器，其中所述本體包括柔性壁，並且還包括用 於加寬所述本體的擴張裝置。
7.如權利要求6所述的可伸縮的流調節器，其中所述擴張裝置包括： 帶螺紋的軸，具有螺紋並且沿本體的縱向軸線設置在本體中； 螺母，具有與帶螺紋的軸的螺紋接合的螺紋； 多個肋，樞轉地附接至螺母和本體的柔性壁。
8. 如權利要求1所述的可伸縮的流調節器，其中至少一個流量調節元件包括流動矯直 元件和流動阻塞元件。
9. 一種用於測量通過流體輸送管道的流體流量的壓差流體流量測量系統，所述系統包 括： 具有橫向寬度的壓差測量探頭； 可伸縮的流調節器，包括： 細長本體，所述細長本體的一部分適於可伸縮地插入管道中，所述細長本體設置在壓 差測量探頭的上遊並且平行於壓差測量探頭，所述細長本體具有比所述壓差測量探頭的橫 向寬度更大的橫向寬度；和 形成在細長本體內的多個開口，允許由所述管道輸送的流體流過細長本體至壓差測量 探頭。
10.如權利要求9所述的壓差流體流量測量系統，還包括多個葉片，所述多個葉片處於 形成在細長本體內的開口內。
11.如權利要求9所述的壓差流體流量測量系統，還包括多個管，所述多個管處於形成 在細長本體內的開口內。
12.如權利要求9所述的壓差流體流量測量系統，其中所述細長本體包括柔性壁並且 還包括用於加寬所述細長本體的擴張裝置。
13.如權利要求12所述的壓差流體流量測量系統，其中所述擴張裝置包括： 帶螺紋的軸，具有螺紋並且沿細長本體的縱向軸線設置在細長本體中； 螺母，具有與帶螺紋的軸的螺紋接合的螺紋； 成對的肋，樞轉地附接至螺母和細長本體的柔性壁，以及 其中，旋轉帶螺紋的軸沿軸驅動螺母，由此改變螺母相對於肋與柔性壁的附接點的相 對位置，從而改變細長本體的寬度。
14. 如權利要求9所述的壓差流體流量測量系統，其中所述壓差測量探頭包括均速皮 託管。
15. 如權利要求9所述的壓差流體流量測量系統，還包括連接至均速皮托管的壓力傳 感器。
16. -種流調節器，用於可伸縮地插入流體輸送管道內以調節壓差測量探頭上遊的管 道內的流體流，所述流調節器包括： 細長本體，適於可伸縮地插入管道中；和 多個開口，形成在細長本體內，允許由所述管道輸送的流體流過細長本體。
17. 如權利要求16所述的流調節器，還包括多個葉片，所述多個葉片處於形成在細長 本體中的開口內。
18. 如權利要求16所述的流調節器，還包括多個管，所述多個管處於形成在細長本體 中的開口內。
19. 如權利要求16所述的流調節器，其中所述細長本體包括柔性壁並且還包括用於加 寬所述細長本體的擴張裝置。
20. 如權利要求19所述的流調節器，其中所述擴張裝置包括： 帶螺紋的軸，具有螺紋並且沿細長本體的縱向軸線設置在細長本體中； 螺母，具有與帶螺紋的軸的螺紋接合的螺紋； 成對的肋，樞轉地附接至螺母和細長本體的柔性壁，以及 其中，旋轉帶螺紋的軸沿著軸驅動螺母，由此改變螺母相對於肋與柔性壁的附接點的 相對位置,從而改變細長本體的寬度。
【文檔編號】G01F1/34GK104515565SQ201410314750
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年7月3日 優先權日:2013年9月26日
【發明者】史蒂芬·亞瑟·伊費特 申請人:迪特裡奇標準公司