CN104515565A - 可伸缩的流调节器 - Google Patents

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Abstract

一种可伸缩的流调节器，其包括适于插入压差测量探头的承压管道上游中的流体中的本体。本体具有至少一个流量调节元件。可伸缩的流调节器还包括附接至本体的安装组件。安装组件配置成将本体可伸缩地安装到承压管道中。

Description

可伸缩的流调节器
技术领域
本实施例涉及工业过程。更具体地，本实施例涉及用于在工业过程的监视或控制中使用的工业过程现场装置。
背景技术
在工业过程中使用的现场装置，诸如过程变量变送器可以被现场安装在管道、油箱和气体工业过程设备上。这些装置感测过程变量，诸如过程流体流量、过程流体温度、过程流体压强、过程流体电导率、过程流体pH和其它过程变量。其它类型的工业过程现场装置包括阀、致动器、现场控制器、数据显示器和诸如工业现场网络桥的通信设备。
一种类型的过程变量传感器是能够测量例如流体流量的流量计。采用均速皮托管(averaging pitot tube)的一种类型的流量计量器是用于流量测量的流行的装置，因为其能够被插入流动线路中并且能够被从流动线路上撤回的能力、其低压损耗、相对低的成本和可靠性能。然而，当在流动状况下存在干扰时，在这种流量计量器中可能出现测量不准确。例如由于管肘、减径管或异径管节、扩展器、阀或类似的不规则体可以造成流动状况或流动条件的干扰。典型地，可以通过流量计的上游的直管的较长延伸(例如，达到30米的直管)调节流量分布，使得流量计量仪可以输送大致精确的结果。
在流量计安装的上游仅可使用小的直管长度的一些应用中，具有减少流动湍流的元件的常设流调节器可以被用以改善流量计测量的精确性。然而，常设流调节器是管中常设障碍，这可以使诸如清洁的管维护操作复杂化。而且，常设流调节器可以引起对管路系统的压强损耗。
发明内容
在一个示例实施例中，提供了一种可伸缩的流调节器。该可伸缩的流调节器包括适于在压差测量探头上游插入承压管道中的流体的本体。所述本体具有至少一个流量调节元件。所述可伸缩的流调节器还包括附接至本体的安装组件。所述安装组件配置成将本体可伸缩地安装到承压管道中。
在另一个示例实施例中，提供一种用于测量通过流体输送管道的流体流量的压差流体流测量系统。所述系统包括具有横向宽度的压差测量探头。系统还包括可伸缩的流调节器。可伸缩的流调节器包括细长本体，所述细长本体适于可伸缩地插入管道中。所述细长本体设置在压差测量探头的上游并且平行于压差测量探头。所述细长本体具有比所述压差测量探头的横向宽度大的横向宽度。可伸缩的流调节器还包括形成在细长本体内的开口，允许由所述管道输送的流体流过细长本体至压差测量探头。
在又一个示例实施例中，提供一种流调节器，用于可伸缩地插入流体输送管道内以调节压差测量探头的上游的管道内的流体流。所述流调节器包括适于可伸缩地插入管道中的细长本体。所述流调节器还包括形成在细长本体内的多个开口，它们允许由所述管道输送的流体流过细长本体。
附图说明
图1A是根据一个实施例的用于在监视或控制过程流体中使用的工业过程控制或监视系统的示意图。
图1B是示出图1A中的过程控制或监视系统的部件的简化框图。
图1C是图1A中的可伸缩流调节器的开口的可选实施例的示意图。
图1D和1E是包括用于加宽流调节器的扩张装置或机构的可伸缩的流调节器的一个实施例的示意图。
图2A至2C是根据一个实施例的可伸缩的流调节器安装架的示意图。
图3是可伸缩的流调节器安装架的另一个实施例的示意图。
图4是可伸缩的流调节器安装架的又一个实施例的示意图。
具体实施方式
在如下所述的实施例中，提供包括多个可伸缩的流调节器的工业过程现场器件/系统，该可伸缩的流调节器解决扰流状况。
图1A是用于在监视或控制工业过程的过程流体中使用的工业过程控制或监视系统100。典型地，诸如过程变量变送器102的现场器件定位遍及整个加工厂或设施，并且将感测到的过程变量发送回到中央定位的控制室104。可以使用多种技术用于发送过程变量，包括有线和无线通信。一个常用有线通信技术采用那种公知的双线过程控制电路106，在双线过程控制电路106中使用单对线以输送信号以及为变送器102提供电力。一种用于发送信息的技术是控制通过过程控制电路106的电流水平在4mA和20mA之间。在4-20mA内的电流的值可以与过程变量的相应的值一一对应。示例数字通信协议包括(由在标准4-20mA模拟信号上叠加的数字通信信号构成的混合物理层)，FOUNDATIONTM现场总线(1992年美国仪器协会发布的全数字通信协议)，现场总线通信协议，以及其它。也可以实施无线过程控制电路协议，诸如包括Wireless的射频通信技术。
过程变量变送器102经由安装元件12连接至探头109，该探头109延伸到过程配管108中并且配置成测量过程配管108中过程流体的过程变量。示例过程变量包括流量、温度、压强、电平、pH、导电率、浑浊度、密度、浓度、化学成分等。过程变量变送器102包括传感器210和其它部件/电路(没有在图1A中示出)，它们被配置成从探头109接收过程变量并且提供在过程控制电路106上的变送器输出。
在一个实施例中，器件102是差压变送器而探头109是均速皮托管。下面结合图1B描述差压变送器102和均速皮托管109的部件。
正如从图1A和1B中所示的，均速皮托管109具有相对于流体流动方向114的面向上游侧111和面向下游侧113。面向上游侧111包括上游端口116，该上游端口116开放到上游增压室(plenum)118中。类似地，面向下游侧113包括下游端口120，该下游端口120开放到下游增压室122中。上游增压室118通过任何合适类型的隔离件124与下游增压室122隔开。
均速皮托管109的面向上游侧111感测流动流体的平均传感器冲击压强以建立高的压强值。皮托管109的面向下游侧113感测低压强。高流体压强和低流体压强从皮托管109的增压室118和122管道连接至压力传感器110。压力传感器110将由皮托管109传出的各个高流体压强和低流体压强转换至电信号，该电信号的特征在于是差压(DP)的函数，即所感测到的高流体压强和低流体压强之差的函数。压力传感器110可以配有包括隔膜的感测元件。当隔膜响应于差压移动时，可以通过电容和与压强相关的变化测量此移动。
正如图1B中所示的，除了压力传感器110，压力变送器102还包括测量电路117、控制器119和回路通信器121。测量电路117耦接至压力传感器110并且可以是可以提供与差压相关的合适的信号的任何电子电路。在一个实施例中，测量电路117配置成提供由压力传感器110获得的压力的数字输出。在此实施例中，测量电路117可以是模拟-数字转换器、电容-数字转换器或者任何其它合适电路。
控制器119耦接至测量电路117和回路通信器121。控制器119适于提供过程变量输出至回路通信器121。过程变量输出与由测量电路117提供的数字输出相关。控制器119可以是可编程门阵列器件、微处理器、或任何其它合适器件。回路通信器121提供过程控制回路106上的变送器输出。虽然已经描述关于单个模块的回路通信器121、测量电路117和控制器119，但是预想它们可以结合在诸如专用集成电路(ASIC)上。应该注意的是，过程通信回路106可以包括任何合适数量的导体。例如，过程通信回路106可以是二导体、三导体、或四导体过程通信回路。导体本身可以是电线、或光纤介质。在一个实施例中，回路106是无线通信回路。在此实施例中，导体被省略并且电路122内的回路通信器适于无线通信。无线回路通信器可以包括无线变送器或接收器。一个示例无线协议是Wireless通信协议。
如上所述，当在诸如108的流体输送管道中存在对流动状况的扰动时，在诸如109的均速皮托管中可能发生测量的不准确性。可能是由例如管肘、减径管或异径管节、扩展器、阀或类似的不规则体引起对流动状况的扰动。
正如先前所述的，在一些应用中，具有减少流动扰动的多个元件的常设流调节器可以被用以改善流量计量测量的准确性。然而，常设流调节器是在管中的常设障碍，其可以使诸如清洁的管维护操作复杂化。而且，常设流调节器可能造成对配管系统的压强损耗。
正如图1A中所示的，系统100中包括可伸缩的流调节器105以减少流体输送管道108中流动状况的扰动。可伸缩的流调节器105包括具有用板条135隔开的开口128的细长本体(例如管状本体)126。细长本体126的一部分适于可伸缩地插入承压管道108中。可伸缩的流调节器105还包括安装元件129，其可以与用于均速皮托管109的安装元件129类似。在图1A所示的等距视图中，安装元件129的一部分被移除以显示基本细长本体126的外表面的整个部分。安装元件129被配置成将细长本体126的一部分可移除地安装到流体输送管道108中。安装元件129可以包括例如压缩接头、法兰连接件、蜗轮组件和/或悬架组件。这些安装组件将在下面结合图2、3和4作进一步描述。
正如图1A中所示的，细长本体126设置在均速皮托管109的上游并且平行于均速皮托管109。细长本体126与均速皮托管109在管道108内的流体流114的方向上还是共面的。细长本体126的横向宽度(图1A中用附图标记131表示)大于均速皮托管109的横向宽度(图1B中用附图标记133表示)。
在细长本体126内形成多个开口128。这些开口128允许由管道108输送的流体流过细长本体126至均速皮托管109。在一个实施例中，叶片130设置在细长本体126的开口128内。叶片130提供流量调节，包括流动矫直和一些流动阻碍物。在一个实施例中，管道108的大约20％的区域被具有叶片130的流调节器105阻塞。因此，叶片130减少涡流干扰而阻碍物减少流动轮廓不对称，这是工业流中两个最常见的流动干扰。在一些实施例中，叶片130中的一些个体可拆卸地连接在细长本体126内。应该注意的是，开口180之间的板条135也可以用作流动阻塞元件。
图1C显示开口180的替换实施例。在此实施例中，管132设置在细长本体126的开口128内。包括管132代替叶片130提供了类似的流量调节结果。管132中的一些个体可拆卸地连接在细长本体126内并且可以被容易地更换。
图1D和1E显示包括用于加宽流调节器105的扩张装置134的流调节器105的一个实施例。在此实施例中，细长本体126的壁136是柔性的并且因而细长本体126可以插入通过小开口。扩张装置134向外驱使柔性壁136以加宽细长本体126并且因而在不需要可扩张体的情况下调节更多的管面积。
在一个实施例中，扩张装置136包括带螺纹的轴138，螺母140和至少一对肋142。轴138包括螺纹144并且沿细长本体126的纵向轴线146设置在细长本体126内。螺母140具有与带螺纹的轴138的螺纹144接合的螺纹(未示出)。多对肋142枢转地附接至螺母140和细长本体126的柔性壁136。旋转带螺纹的轴138驱动沿着轴138的螺母140，以改变螺母140与肋142至柔性壁136的附接点的相对位置，从而改变细长本体126的宽度。图1D显示处于回缩位置的细长本体126。图1E显示处于扩张位置的细长本体126。在其它实施例中，扩张装置包括用于扩张流调节器的内部或外部结构的其它机构。例如，扩张装置可以包括用于膨胀柔性壁136的机构、用于例如采用支架扩张或其它技术或结构扩张支撑柔性壁136的框架的机构、或者其它扩张机构。
图2A至2C以图的形式示出用于将流调节器202插入管204中和从管204中缩回的组件200。流调节器202具有上部206和流量控制部分208，该上部206保留在管204的边界外侧，而流量控制部分208在处于图2A所示的完全插入位置中时在直径方向上延伸跨过管204。流量控制部分208通过管壁上的开口210进入管204。凸缘卡圈212以围绕开口210的方式被焊接至管204。关闭阀214螺杆连接至凸缘212。法兰竖管216以密封方式螺杆连接至阀214。流调节器202的上部206固定连接至轭架构件218的底侧。一对螺纹杆220不可旋转地悬挂自轭架构件218。轭架218和杆220组成悬架子组件222。图2C中具体示出的蜗轮子组件224被用以将流调节器202从管204中提起出来和将其放低到管中。蜗轮传动子组件224包括安装在基板228上的一对单个齿轮外壳226。蜗轮230被形成轴颈用于在每个齿轮外壳226中旋转。每个这种蜗轮230的毂部分232被形成内螺纹以与杆220上的螺纹配合。当在连接至轴236的蜗杆234的帮助下这些蜗轮230绕着不可旋转的螺纹杆220沿相同方向上同时旋转时，悬架子组件222会上下移动。轴236的突出端238安装手动曲柄240，手动曲柄240的作用是驱动齿轮系并且将流调节器202摇进和摇出管204。
图3是用于将流调节器插入管中和从管中缩回的插入/缩回安装组件300的另一个实施例的分解图。安装组件300类似于(图2A-2C中的)插入/缩回安装组件200，但是没有(图2A-2C中的)蜗轮传动子组件224和(图2A中的)关闭阀214。图2A-2C中的附图标记已经在图3中重复表示图3中的与图2A-2C中的那些元件类似的元件。为了简化的目的，管(诸如图2A中的204)在图3中没有被再次示出。正如上面结合图2A-2C的描述中，流调节器202具有上部206和细长流量控制部分208，该上部206保留在管的边界外侧，细长流量控制部分208在处于其完全插入位置中时沿直径方向上延伸跨过管。为了简化的目的，包括在流量控制部分208中的开口和流量控制元件没有在图3中显示。流调节器202的在插入位置和回缩位置下均保持在管外侧的上部206被固定连接至板302。流量控制部分208通过其壁中的开口(与图2A中的210类似的)进入管。正如在上面所述的组件200的情况下，在安装组件300中，凸缘卡圈212以围绕开口的方式被焊接至管。带螺纹的螺杆304和螺母306和308被用以当流调节器202处于插入位置时将凸缘卡圈212和板302保持在一起。垫圈309可以被定位在板302和凸缘212之间。为了从管中移除流调节器202，(例如)螺母308从螺杆304被移除并且流调节器202的流量控制部分通过将板302从凸缘212移开而被从管撤回。在一些实施例中，在完全插入位置中，流量控制部分308的底端310从形成在管中的对穿孔(未显示)中延伸出。在这些实施例中，对侧支撑件312可以例如被螺纹连接至流量控制部分208的底端310。总之，任何合适的技术可以被用以将对侧支撑件312连接至底端310。
图4是用于将流调节器插入管(图4中没有示出)中和从管中缩回的插入/缩回安装组件400的又一个实施例的分解图。安装组件400的元件与图3中的组件300中的那些类似，因此图3中使用的附图标记在图4中重复。正如上面结合图2A-2C和3所述的，流调节器202的上部206保留在管的边界外侧，而细长流量控制部分208在其处于完全插入位置时沿直径方向延伸跨过管。与图2A-2C和3所述的安装凸缘212相同，组件400包括本体402，该本体402以围绕管的开口(图4中没有示出)的方式焊接至管。流调节器202的流量控制部分208通过开口进入管。正如在图3的组件300的情形中，流调节器202的上部206保持被固定连接至板302。例如在一个实施例中是3个的垫圈404的压缩配件在板302被螺栓连接至本体402时围绕并提供围绕流调节器202的上部206的流体密封。带螺纹的螺栓304和螺母306被用于在流调节器202处于插入位置时将本体402和板302保持在一起。除了垫圈404之外，可以采用保持环406。在图4的实施例中，流调节器202以上面结合图3所述的那些类似的方式被从管移除。正如上面结合图3所述的，对侧支撑件312可以例如能够通过螺纹连接至流量控制部分208的底端310。
通常地，上面描述的流调节器由能够承受不同类型的流体的材料形成。在一些实施例中，流调节器可以包括不锈钢和/或碳素钢。然而，也可以使用其它材料。
虽然已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下可以在形式和细节上进行变化。

Claims (20)

1.一种可伸缩的流调节器，包括：
本体，适于在压差测量探头上游插入承压管道中的流体中，所述本体具有至少一个流量调节元件；和
附接至所述本体的安装组件，所述安装组件配置成将所述本体可伸缩地安装到承压管道中。
2.如权利要求1所述的可伸缩的流调节器，其中所述本体的形状大致是圆柱形的。
3.如权利要求1所述的可伸缩的流调节器，其中所述至少一个流量调节元件是多个叶片。
4.如权利要求1所述的可伸缩的流调节器，其中所述至少一个流量调节元件是多个管状开口。
5.如权利要求1所述的可伸缩的流调节器，其中所述安装组件包括压缩配件、法兰连接件、蜗轮组件或悬架组件中的至少一个。
6.如权利要求1所述的可伸缩的流调节器，其中所述本体包括柔性壁，并且还包括用于加宽所述本体的扩张装置。
7.如权利要求6所述的可伸缩的流调节器，其中所述扩张装置包括：
带螺纹的轴，具有螺纹并且沿本体的纵向轴线设置在本体中；
螺母，具有与带螺纹的轴的螺纹接合的螺纹；
多个肋，枢转地附接至螺母和本体的柔性壁。
8.如权利要求1所述的可伸缩的流调节器，其中至少一个流量调节元件包括流动矫直元件和流动阻塞元件。
9.一种用于测量通过流体输送管道的流体流量的压差流体流量测量系统，所述系统包括：
具有横向宽度的压差测量探头；
可伸缩的流调节器，包括：
细长本体，所述细长本体的一部分适于可伸缩地插入管道中，所述细长本体设置在压差测量探头的上游并且平行于压差测量探头，所述细长本体具有比所述压差测量探头的横向宽度更大的横向宽度；和
形成在细长本体内的多个开口，允许由所述管道输送的流体流过细长本体至压差测量探头。
10.如权利要求9所述的压差流体流量测量系统，还包括多个叶片，所述多个叶片处于形成在细长本体内的开口内。
11.如权利要求9所述的压差流体流量测量系统，还包括多个管，所述多个管处于形成在细长本体内的开口内。
12.如权利要求9所述的压差流体流量测量系统，其中所述细长本体包括柔性壁并且还包括用于加宽所述细长本体的扩张装置。
13.如权利要求12所述的压差流体流量测量系统，其中所述扩张装置包括：
带螺纹的轴，具有螺纹并且沿细长本体的纵向轴线设置在细长本体中；
螺母，具有与带螺纹的轴的螺纹接合的螺纹；
成对的肋，枢转地附接至螺母和细长本体的柔性壁，以及
其中，旋转带螺纹的轴沿轴驱动螺母，由此改变螺母相对于肋与柔性壁的附接点的相对位置，从而改变细长本体的宽度。
14.如权利要求9所述的压差流体流量测量系统，其中所述压差测量探头包括均速皮托管。
15.如权利要求9所述的压差流体流量测量系统，还包括连接至均速皮托管的压力传感器。
16.一种流调节器，用于可伸缩地插入流体输送管道内以调节压差测量探头上游的管道内的流体流，所述流调节器包括：
细长本体，适于可伸缩地插入管道中；和
多个开口，形成在细长本体内，允许由所述管道输送的流体流过细长本体。
17.如权利要求16所述的流调节器，还包括多个叶片，所述多个叶片处于形成在细长本体中的开口内。
18.如权利要求16所述的流调节器，还包括多个管，所述多个管处于形成在细长本体中的开口内。
19.如权利要求16所述的流调节器，其中所述细长本体包括柔性壁并且还包括用于加宽所述细长本体的扩张装置。
20.如权利要求19所述的流调节器，其中所述扩张装置包括：
带螺纹的轴，具有螺纹并且沿细长本体的纵向轴线设置在细长本体中；
螺母，具有与带螺纹的轴的螺纹接合的螺纹；
成对的肋，枢转地附接至螺母和细长本体的柔性壁，以及
其中，旋转带螺纹的轴沿着轴驱动螺母，由此改变螺母相对于肋与柔性壁的附接点的相对位置，从而改变细长本体的宽度。
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