CN103712731B - 高压流体联接器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种过程流体压力感测系统，该过程流体压力感测系统包括过程流体压力变送器和过程歧管。过程流体压力变送器具有第一压力入口和第二压力入口，并且被构造成获得关于施加在第一压力入口和第二压力入口处的压力的测量值并根据该测量值提供过程变量输出。过程歧管可操作地耦合到过程流体并具有第一压力出口和第二压力出口。第一高压联接器将过程歧管的第一压力出口连接到过程流体压力变送器的第一压力入口。第二高压联接器将过程歧管的第二压力出口连接到过程流体压力变送器的第二压力入口。第一高压流体联接器和第二高压流体联接器被构造成适应相应的压力出口与入口之间的未对准。
Description
技术领域
本发明公开了一种高压流体联接器。
背景技术
过程压力变送器用于监控工业过程中使用的过程流体的压力。过程压力变送器包括压力传感器，所述压力传感器通常响应于过程流体压力的变化提供电输出。每一个过程压力变送器都包括用于接收和处理压力传感器的电输出的变送器电子设备。变送器电子设备通常还被构造成经过控制回路或网络将信号、数字、模拟或其组合发送到诸如控制室的中央监控位置。
压力变送器中使用的压力传感器通常包括柔性传感器元件，例如响应于压力变化偏转的电极板或压敏电阻器。传感器元件典型地通过隔离系统能够形成流体连通地耦合到过程流体。隔离系统包括被构造成接触过程流体的金属隔板。隔离系统还包括从隔离器隔板延伸到压力传感器的密封通路。密封通路通常填充有诸如硅油的基本上不可压缩的填充流体。随着过程流体的压力的改变，隔离器隔板的位置改变，从而通过隔离流体将压力变化输送到压力传感器元件。当压力传感器元件响应于压力变化移动时，压力传感器的诸如电容或电阻的电特性的相应变化也改变。压力传感器元件的电特性由压力变送器电子设备测量并用于计算过程流体的压力。
差压变送器用于必须测量两个压力之间的差值的各种应用中。这种应用的实例包括容器中的液面测量以及横跨诸如孔板或文丘里管的差压产生器的流量测量。差压传感器典型地需要两个隔离系统以将单独的过程压力运送到单个差压传感器元件的相对侧。典型地，差压变送器安装有一体的歧管/阀体，所述一体的歧管/阀体能够同时进行变送器的零位校准以及变送器的移除/更换而不需要阻断至变送器/歧管组件的压力。变送器与歧管之间的接口由名为″Matingdimensionsbetweendifferentialpressure(type)measuringinstrumentsandflanged-onshut-offdevicesupto413BAR(41.3MPa)″的国际标准IEC61518限定。
图1是根据上述国际标准的耦合到歧管组件的过程流体差压变送器的示意图。变送器10通过从歧管12的表面16延伸到变送器10中的四个螺栓(未示出)耦合到歧管12。通过使用四个螺栓，不使用或不需要配件或另外的硬件将组件保持在一起。该结构由最终使用者提供简单的组件。
有时期望将差压变送器连接到具有极高静压的过程。例如，深的渗透油井需要大的管线压力以将油输送到地面水平。在上述的413巴的应用中，歧管通过将歧管耦合到差压变送器的冲力管道或管线趋向于与差压变送器分隔开。这至少部分地是由于在差压变送器被直接栓接到歧管的情况下将被放置在四个夹紧螺栓上的应力。假定已知的隔离器隔板的直径可以超过0.8英寸，并且需要两个这种隔离器用于差压测量，则10,000磅/平方英寸的静压可以在螺栓上产生超过5,000磅的压力。
图2是耦合到适用于超过413巴的管路压力的应用的歧管的差压变送器的示意图。差压变送器20通过一对冲力管线24、26耦合到歧管22。歧管22与冲力管线24、26之间以及冲力管线24、26与差压变送器20之间的流体联接器通常被构造成支撑件高管线压力。例如，这种联接器有时应用美国专利3,362,731中公开类型的锥形配合件。然而，当前的高压联接系统需要使用者确定歧管与差压变送器之间的冲力管道的路线，并且在每一个冲力管线的每一端部上采用配合件。提供可以更好地适应冲力管道的联接短行程的高压流体联接系统将有助于高管线压力应用中的差压变送器的安装。
发明内容
过程流体压力感测系统包括过程流体压力变送器和过程歧管。过程流体压力变送器具有第一压力入口和第二压力入口，并且被构造成获得关于施加在第一压力入口和第二压力入口处的压力的测量值并根据所述测量值提供过程变量输出。过程歧管可操作地耦合到过程流体并具有第一压力出口和第二压力出口。第一高压联接器将过程歧管的第一压力出口连接到过程流体压力变送器的第一压力入口。第二高压联接器将过程歧管的第二压力出口连接到过程流体压力变送器的第二压力入口。第一高压流体联接器和第二高压流体联接器被构造成适应相应的压力出口与入口之间的未对准。
附图说明
图1是耦合到歧管组件的差压变送器的示意图；
图2是耦合到适用于超过413巴管线压力的应用的歧管的差压变送器的示意图；
图3是使用锥形带螺纹的配合件的已知高压流体联接器的示意图；
图4是与已知的锥形带螺纹的连接件耦合在一起的两个装置的一部分的示意图；
图5是根据本发明的实施例的高压流体联接器的示意图；
图6是根据本发明的实施例的耦合在一起的两个装置的一部分的示意图；
图7是根据本发明的实施例的耦合到过程歧管的差压变送器的示意性横截面图；
图8是根据本发明的实施例的高压流体联接器的放大图；以及
图9是根据本发明的实施例的高压流体联接器的示意图。
具体实施方式
虽然将整体关于差压变送器说明本发明的实施例，但本领域的技术人员将会认识到本发明的实施例可以通过任何高压流体联接应用来实行，在所述应用中，流体联接器的精确轴向对准是不可能的、困难或仅仅是耗费时间。
图3是使用锥形带螺纹的配合件的诸如已知且市场上可从如Erie，PA的ParkerAutoclaveEngineers以及BurbankCA的BuTech的制造商购得的高压流体联接器的示意图。典型地，高压流体联接器由三个部件组成：具有止推套环34的管32和用于将管32保持在母配合件38中的密封套36。所述密封机构是位于在管32的端部上被机械加工而成的锥形部40与被机械加工到母配合件38中的锥形部42之间的金属-金属密封件39。该金属-金属密封件39基本上为由管32的端部上的锥形部40与母配合件38中的锥形部42相交而形成的线接触。套环34和密封套36不仅将管32保持到母配合件38中，而且还确保管32以正确角度进入母配合件38。公联接器和母联接器之间需要精确的轴向对准，以便确保防漏连接。如果套环和密封套无法保持管在母配合件中的适当角度，则所述线接触将变成双个点，并且可能产生能够泄漏的间隙。例如，如果圆锥形端管相对于母配合件的锥形部的轴线倾斜5度，则密封区域将由双个点组成，并且将产生大约0.002英寸宽的两个间隙(对于OD管为0.250英寸)。因此，如果在与锥形带螺纹的联接器耦合的装置之间存在任何未对准，则在管道中必须提供弯曲以抵偿这种未对准。在两个装置接近分隔开的情况下，难以或甚至不可能建立适当的弯曲。
图4是与已知的锥形带螺纹的连接件耦合在一起的两个装置的一部分的示意图。装置44与装置46分开大约1.74英寸。两个装置44、46将与用于0.250″外径管的已知锥形带螺纹的联接器耦合。如图4所示，即使超过1.74″跨距为0.090″的相对小的未对准也需要将弯曲部48引入到管32中，以便确保管48以精确的90度接近每一个装置44、46。弯曲步骤本身可能是耗费时间的。此外，由于所述弯曲结果是管道的永久变形，因此可能的是不适当的弯曲操作会损坏管道。仅供参考，以附图标记50显示的联接器是关于图3如上所述的联接器。
根据本发明的实施例，提供可以适应一些未对准而不需要要被弯曲的管道的高压流体联接器。本发明的实施例还提供金属-金属接触的稳固密封，但是甚至当管道未与配合件完全轴向对准时也可以允许管道进入配合件。
图5是根据本发明的实施例的高压流体联接器的示意图。联接器100包括管102，所述管具有由母配合件138的圆锥形凹部142容纳的球形端部104。虽然圆锥形凹部142如图5中所示，但是诸如直孔、椭圆形或球体的其它几何结构也可以用于母配合件138的内凹结构，只要可以与球形端部104形成适当的线接触即可。在所示的实施例中，管102具有容纳内螺纹止推环162的外螺纹部分160。然而，为了适应微小的轴向未对准，已经增大压紧螺母136的一些内部尺寸。具体地，内表面164具有尺寸形成为在表面164与管102的外径168之间提供间隙166的直径。因此，允许管102在间隙166内移动。类似地，内螺纹止推环162具有外表面167，所述外表面具有在表面167与压紧螺母136的内表面172之间提供间隙170的直径。压紧螺母/止推环相互作用的另一个改进是限定压紧螺母/止推环交接面的弯曲表面174。由于适应不同的轴向未对准，止推环162可以滑离中心。图5中所示的间隙为了说明和清楚的目的被放大。本领域的技术人员将会认识到对于止推环的外径；压紧螺母的内径；以及交接面174的曲率半径的任何适当尺寸可以变化和调节，只要可以保持稳固交接面174以在所有可能的未对准的情况下可靠地使球形端部104密封地靠在圆锥形凹部142上即可。
图6是根据本发明实施例的耦合在一起的两个装置的一部分的示意图。装置200通过高压流体联接器耦合到装置202。相反，图6的分离和轴向未对准的尺寸与图4的尺寸相同。图6包括具有球形端部206、208的管204，所述球形端部容纳在相应的圆锥形凹部210、212中。因此，图6中所示的两个流体连接件中的每一个可以依照关于图5所示的流体连接件。然而，通过流体联接器可以适应两度未对准而不需要在管204中引入弯曲部。因此，整个流体连接与图4中显示的流体连接相比需要较少的时间和努力。
如上所述，本发明的实施例可以有利地用于提供其中精确的轴向对准是困难或不可能的各种应用中的高压流体联接器。然而，本发明的实施例特别适用于将差压变送器耦合到过程流体歧管。虽然本发明的实施例可以用于冲力管线连接，但是本发明的实施例还能够将差压变送器直接耦合到过程歧管以用于超过413巴的压力。
图7是根据本发明的实施例的耦合到过程歧管的过程流体压力变送器的示意性横截面图。差压变送器250具有多个高压流体联接器252、254，所述高压流体联接器具有过程歧管256。为了清楚起见，变送器250和歧管256的内部细节没有示出。每一个联接器可以包括可以符合已知的高压联接器的母交接面，例如提供内部锥形凹部的已知的AutoclaveFC-250交接面。典型地，这种内部锥形凹部将耦合到相应的公锥形面。然而，联接器的公部分包括密封母配合件的内部锥形凹部的球面(图8中所示)。所述结构仍然提供稳固的金属-金属密封，但是可以适应更不严格的制造公差和表面光洁度。有利地，整个组件仍然可以通过四个螺栓栓接在一起(与IEC61518交接面相似)。然而，栓接的组件可以被设定到明显超过413巴的压力。
图8是图7所示的矩形258的放大图。母头连接器部分260中的每一个可以与已知的结构一致，例如具有内部锥形凹部262的结构。每一个部分260还可以包括母配合件260的螺纹部264，所述螺纹部要与典型的锥形带螺纹的配合件中使用的密封套上的外螺纹配合。当对准部件267与相应的内部锥形凹部262接触时对准部件267使用螺纹264以使管266位于配合件260中的中心。如所认识到的，当需要两个或三个这种高压流体联接器时，确保每一个配合件的精确对准变得很难。然而，使用具有球形端部268的密封管能够使密封管266以微小的角度进入母配合件，并因此允许以放宽的公差在差压变送器和过程歧管上制造单独的配合件。本发明实施例提供的另一个优点至少部分地由于管的端部上的小表面积以及管的刚性特性。具体地，用于带凸缘的IEC61518连接的类似螺栓和扭矩可用于在高出很多的压力下将差压变送器固定到过程歧管。此外，整个变送器/歧管组件仍然可以通过少到为四个的螺栓栓接在一起。这为最终使用者提供简单组件，但是仍然允许完成的组件在较高压力下工作。
图9是根据本发明实施例的高压流体联接器的示意图。图9具有与图5的一些相似性，并且同样的部件被类似地标号。高压联接器300包括具有圆锥形凹入端部304的管302，所述圆锥形凹入端接触装置310中的母配合件308的球面306。联接器300更多地类似于关于图5所示的联接器包括止推环162和压紧螺母136。如此布置允许管302与母配合件308略微地轴向未对准，但是仍然可以保持高压密封。球面306可以以任何适当的方式制造或者以其它方式提供。例如，表面306可以被铸造为装置310的一部分，或者表面306可以由焊接到装置310的具有通道的球状物提供。可选地，球面306可以是焊接在装置310中的孔内的金属注射成型(MIM)的插入件的一部分。
虽然已经参照优选实施例说明了本发明，但是本领域的技术人员将认识到在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可以在形式和细节上作出改变。
Claims (14)
1.一种过程流体压力感测系统，包括：
过程流体压力变送器，所述过程流体压力变送器具有第一压力入口和第二压力入口，所述过程流体压力变送器被构造成获得关于施加在所述第一压力入口和所述第二压力入口处的压力的测量值并根据所述测量值提供过程变量输出；
过程歧管，所述过程歧管能够操作地耦合到过程流体，所述过程歧管具有第一压力出口和第二压力出口；
第一高压联接器，所述第一高压联接器将所述过程歧管的所述第一压力出口连接到所述过程流体压力变送器的所述第一压力入口，所述第一高压流体联接器被构造成适应所述第一压力出口与所述第一压力入口之间的未对准，第一高压联接器包括具有管端部的管和凹部，并且管端部和凹部的至少一个具有球形表面，以适应所述第一压力出口与所述第一压力入口之间的未对准，所述第一高压联接器包括止推环和压紧螺母，压紧螺母和止推环相互作用是限定压紧螺母和止推环交接面的弯曲表面；和
第二高压联接器，所述第二高压联接器将所述过程歧管的所述第二压力出口连接到所述过程流体压力变送器的所述第二压力入口，所述第二高压流体联接器被构造成适应所述第二压力出口与所述第二压力入口之间的未对准。
2.根据权利要求1所述的过程流体压力感测系统，其中，所述第一高压联接器提供金属-金属密封。
3.根据权利要求2所述的过程流体压力感测系统，其中，所述球形表面抵靠在圆锥形凹部上以提供所述金属-金属密封。
4.根据权利要求3所述的过程流体压力感测系统，其中，所述管具有一对端部，每一个所述端部为球形并抵靠在相应的圆锥形凹部上以提供一对金属-金属密封。
5.根据权利要求4所述的过程流体压力感测系统，其中，所述过程流体压力变送器被栓接到所述过程歧管。
6.根据权利要求5所述的过程流体压力感测系统，其中，所述过程流体压力变送器通过四个螺栓被栓接到所述过程歧管。
7.根据权利要求2所述的过程流体压力感测系统，其中，所述管具有圆锥形凹部，所述圆锥形凹部抵靠在球形表面部上以提供所述金属-金属密封。
8.根据权利要求2所述的过程流体压力感测系统，其中，所述第二高压联接器提供金属-金属密封。
9.根据权利要求8所述的过程流体压力感测系统，其中，所述第二高压联接器包括具有球形端部的管，所述球形端部抵靠在圆锥形凹部上以提供金属-金属密封。
10.根据权利要求1所述的过程流体压力感测系统，其中，所述过程流体压力变送器与所述过程歧管分开，并且其中所述第一高压联接器和所述第二高压联接器中的每一个都包括直管。
11.根据权利要求10所述的过程流体压力感测系统，其中：
所述过程流体压力变送器具有母配合件，所述母配合件具有一轴线；
所述直管中的一个具有管轴线并包括连接到所述母配合件的公配合件；以及
所述管轴线与所述母配合件的轴线未对准。
12.根据权利要求11所述的过程流体压力感测系统，其中，所述未对准超过1度。
13.根据权利要求10所述的过程流体压力感测系统，其中，所述过程流体压力变送器与所述过程歧管分开介于1.0英寸与2.0英寸之间的距离。
14.一种过程流体压力感测系统，包括：
过程流体压力变送器，所述过程流体压力变送器具有至少一个压力入口，所述过程流体压力变送器被构造成获得关于施加在所述至少一个压力入口处的压力的测量值并根据所述测量值提供过程变量输出；
过程歧管，所述过程歧管能够操作地耦合到过程流体，所述过程歧管具有至少一个压力出口；和
高压联接器，所述高压联接器将所述过程歧管的所述至少一个压力出口连接到所述过程流体压力变送器的所述至少一个压力入口，所述高压流体联接器被构造成适应所述至少一个压力出口与所述至少一个压力入口之间的未对准，至少一个高压联接器包括具有管端部的管和凹部，并且管端部和凹部的至少一个具有球形表面，以适应至少一个压力出口与至少一个压力入口之间的未对准，所述高压联接器包括止推环和压紧螺母，压紧螺母和止推环相互作用是限定压紧螺母和止推环交接面的弯曲表面。
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