CN106197579A - 具有弹簧激发的密封环的磁性流量计流量管组件 - Google Patents

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CN106197579A CN201510229758.7A CN201510229758A CN106197579A CN 106197579 A CN106197579 A CN 106197579A CN 201510229758 A CN201510229758 A CN 201510229758A CN 106197579 A CN106197579 A CN 106197579A
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Abstract

本发明提供了一种磁性流量计流量管组件，包括具有第一端部和第二端部的管道。第一颈部凸缘连接到管道的第一端部并具有内径，所述内径具有从该内径径向向外延伸的第一槽口。第二颈部凸缘连接到第二端部且具有内径，所述内径具有从该内径径向向外延伸的第二槽口。含氟聚合物衬套/内衬设置在第一颈部凸缘、管道和第二颈部凸缘内且延伸通过第一颈部凸缘、管道和第二颈部凸缘。一对电极相对于衬套/内衬安装，以测量流动通过衬套/内衬的过程流体内感生的电压。弹簧激发的第一密封环设置在第一槽口中，弹簧激发的第二密封环设置在第二槽口中。本发明还提供一种密封具有含氟聚合物衬套/内衬的磁性流量计的方法。

Description

具有弹簧激发的密封环的 磁性流量计流量管组件
技术领域
本发明涉及磁性流量计流量管组件。
背景技术
磁性流量计(或者磁性测量计(mag meter))通过法拉第感应、电磁效应测量流量。磁性流量计给一个或多个线圈提供能量，所述线圈产生穿过流量管组件的截面的磁场。磁场通过流量管组件、经过导电过程流体流来感生电动势(EMF)。经过导电流体形成的最终的电势使用延伸到流动过程流体中的一对电极来测量。可选地，一些磁性流量计采用电极与过程流体之间的电容耦合，使得EMF可以在不直接接触的情况下被测量。在任何情况下，流动速度都通常与感生的EMF成比例，并且体积流量与流量管的流动速度和横截面积成比例。
磁性流量计用于各种流体流量测量环境中。具体地，水基流体、离子溶液和其它导电流体的流量都可以使用磁性流量计来测量。因此，在水处理设施、饮料和卫生食品制造、化学加工、高纯度药品制造以及危险且腐蚀性的流体处理设备中可以发现磁性流量计。磁性流量计通常用于烃类燃料工业中，所述烃类燃料工业有时采用使用磨蚀且腐蚀性的料浆的水力压裂技术。
磁性流量计可以通过各种不同的内衬和/或电极材料来限定，以适应采用磁性流量计的应用。内衬材料的示例包括：聚四氟乙烯(PTFE)；乙烯-四氟乙烯(ETFE)；PFA；聚氨基甲酸酯；氯丁橡胶；和耐纳特橡胶以及其它材料。电极可以由任何适当的材料构造而成，包括：316L不锈钢；镍合金276；钽；铂/铱混合物；钛；以及其它适当的材料。
诸如PTFE、ETFE和PFA等含氟聚合物内衬材料通常被选择用于对化学侵蚀和/或高温操作具有更好的抵抗。在至少一些应用中，基于含氟聚合物的衬套/内衬正在经历增长的应用需要。例如，在油和气工业中，一些含氟聚合物衬套/内衬正在经受较高压力和/或温度。这种状态对设计和通过含氟聚合物衬套/内衬制造稳固的磁性流量计装置造成挑战。这是因为至少一些含氟聚合物，例如PTFE，经历“冷流”，其中内衬材料在压力和温度下膨胀和收缩。这种膨胀/收缩会造成过程流体泄漏。为磁性流量计设置含氟聚合物衬套/内衬以及改进的对过程流体泄漏的密封将允许这种含氟聚合物衬套/内衬用于增加的压力和温度应用。
发明内容
本发明提供了一种磁性流量计流量管组件，包括具有第一端部和第二端部的管道。第一颈部凸缘连接到管道的第一端部并具有内径，所述内径具有从该内径径向向外延伸的第一槽口。第二颈部凸缘连接到第二端部且具有内径，所述内径具有从该内径径向向外延伸的第二槽口。含氟聚合物衬套/内衬设置在第一颈部凸缘、管道和第二颈部凸缘内且延伸通过第一颈部凸缘、管道和第二颈部凸缘。一对电极相对于衬套/内衬安装，以测量流动通过衬套/内衬的过程流体内感生的电压。弹簧激发的第一密封环设置在第一槽口中，弹簧激发的第二密封环设置在第二槽口中。本发明还提供一种密封具有含氟聚合物衬套/内衬的磁性流量计的方法。本发明另外还提供一种具有电极组件的磁性流量计流量管组件，所述电极组件具有弹簧激发的密封件。
附图说明
图1是磁性流量计的示意图，通过该磁性流量计使得本发明的实施例特别有用；
图2是显示设置在具有一对焊接颈部凸缘的流量管组件内的含氟聚合物衬套/内衬的图示横截面图；
图3是根据本发明的一个实施例的焊接颈部凸缘的一部分的图示横截面图；
图4是对于本发明实施例有用的弹簧激发的密封件的局部图示立体图；
图5是根据本发明的一个实施例的具有安装在其中的弹簧激发的密封件的焊接颈部凸缘的示意图；
图6是根据本发明的一个实施例的密封具有含氟聚合物衬套/内衬的磁性流量计的方法的流程图；
图7是用于磁性流量计的已知的电极组件的示意图；
图8是图7的电极组件在含氟聚合物衬套/内衬的冷流期间的示意图；
图9是根据本发明的一个实施例的电极组件的示意图；
图10是根据本发明的一个实施例的电极组件的一部分的示意图；
图11是根据本发明的另一个实施例的电极组件的示意图；以及
图12是根据本发明的另一个实施例的电极组件的一部分的放大示意图。
具体实施方式
图1是对本发明的实施例尤其有用的磁性流量计的示意图。磁性流量计10包括连接到传送器电子设备14的流量管组件12。流量管组件12包括具有连接到相应的焊接颈部凸缘22和24的端部18和20的一段管道16。焊接颈部凸缘22、24中的每一个都包括安装孔，所述安装孔用于安装到适当的管凸缘，使得过程流体流动通过管道16。焊接颈部凸缘22、24通常通过将管道16焊接到焊接颈部凸缘的颈部而被连接到管道16。这种连接允许将来自焊接颈部凸缘22、24的应力传递到管道16。焊接颈部凸缘典型地用于高压应用。
流量管组件12另外通常包括线圈/电极部26，所述线圈/电极部包括由传送器电子设备14驱动以产生穿过管道16的电磁场的一个或多个电磁线圈。设置在管道16内的电极接触过程流体，并用于响应于感生的磁场来感测穿过过程流体产生的电动势(EMF)。流量管组件12的(一个或多个)线圈和电极通常连接到壳体28内的接线盒，所述接线盒接着可操作地连接到传送器电子设备14。传送器电子设备14通常包括被构造成根据测量的EMF提供过程流体流动的指示的控制器或微处理器。传送器电子设备14还通常包括通信电路，以如双向箭头30所示将这种过程流体流动信息传送到一个或多个远程装置。这种通信可以为有线进程通信或无线进程通信的形式。
图2是显示设置在连接到一对焊接颈部凸缘的管道内的含氟聚合物衬套/内衬的图示横截面图。凸缘22、24中的每一个分别包括密封面32、34，所述密封面被构造成接合密封环并且从而以使流体连通的方式连接到相对的管凸缘。在一些情况下，所述密封件可以为容纳在沟槽36、38中的环型密封件，以便产生高压金属-金属连接。在RTJ密封环的使用提供稳固密封的同时，还在衬套/内衬42的外径40与密封环的内径之间形成间隙。该间隙允许加压的过程流体接合或以其它方式接触含氟聚合物衬套/内衬42与焊接颈部凸缘22、24之间的交界面44。通常，衬套/内衬42过盈配合到管道16的内径中，因此在衬套/内衬42与管道16之间不存在粘结。在一些冷流情况下，内衬42将膨胀或收缩，并且在凸缘表面处会产生泄漏路径。一旦过程流体破坏交界面44，则过程流体会非常快地沿着管道16的内径移动到达电极46。当过程流体到达电极时，这种电极的电绝缘被打破，并且电极不再能够将来自过程流体的感生电压传送到传送器电子设备14。
本发明的实施例整体在电极的上游侧和下游侧提供稳固的密封，使得如果过程流体将破坏交界面44，则这种泄漏的过程流体将不会到达任何一个电极46。另外或者可选地，本发明的实施例还可以环绕每一个电极组件提供稳固的密封。
图3是根据本发明的一个实施例的具有密封槽口的焊接颈部凸缘的图示横截面图。焊接颈部凸缘124与焊接颈部凸缘24(图2所示)相似之处在于包括凸面126和RTJ沟槽38。进一步地，交界面44被设置在衬套/内衬42的外径40与焊接颈部凸缘124的表面126之间。因此，在一些情况中，过程流体可能破坏交界面44。然而，焊接颈部凸缘124包括机械加工或者以其它方式生成的从内径129径向向外延伸的槽口128。在图3中显示的实施例中，槽口128包括从焊接颈部凸缘124的轴线131基本上向外垂直延伸的第一表面130。槽口128还包括外表面132，在图3所示的实施例中，所述外表面以大致直角与表面130相遇。最后，在图3所示的实施例中，槽口128还包括与表面130相对设置的成角度的表面134。成角度的表面134帮助容纳弹簧激发的密封件(图4所示)。一旦所述密封件在适当的位置，则表面130提供稳固的基座，使得作用在密封件上的过程流体的压力不会使密封件移动。本发明的实施例通常在焊接颈部凸缘的内径内设置槽口128，这是因为由于该区域中衬套/内衬42的移动以及由夹持负载所引起的静压力，使得焊接颈部凸缘124的表面126上放置密封件将会出现问题。
图4是弹簧激发的密封件的局部图示立体图，所述密封件被构造成容纳在槽口128(图3中所示)内，以防止破坏交界面44(图3中所示)的过程流体到达电极46。弹簧激发的密封件140通常包括邻接表面130(图3所示)的表面142。密封件140还包括具有尺寸形成为在内部容纳金属弹簧146的开口的U形部144。在图4所示的实施例中，金属弹簧146为由316L不锈钢形成的螺旋弹簧。另外，虽然仅有一部分弹簧激发的密封件140显示在图4中，但是这种图示是用来显示密封件的横截面且能够想到设置整个连续的密封件。在一些实施例中，弹簧激发的密封件140的材料选择为匹配流量管组件内已经存在的材料。例如，如果衬套/内衬42由PTFE构造而成，则部分142和144也可以由PTFE构造而成。另外，如果焊接颈部凸缘124或电极46由不锈钢构造而成，则弹簧146也可以由不锈钢构造而成。依此方式，第三被润湿的材料由于这些材料类型已经被润湿而不会被引入来处理。弹簧146由于U形部144而开口，以使过程流体漏出并因此获得这种过程流体，从而在接头处引起膨胀。所述膨胀即使在冷流状态期间也能关闭通向电极46的路径。在一个实施例中，弹簧146被斜切/削边，使得衬套/内衬42在制造或修理期间的插入不会导致弹簧146弹出。
图5是具有安装在其中的弹簧激发的密封件140的焊接颈部凸缘124的示意图。在图5中，衬套/内衬42为了图示目的而被移除。密封件140的弹簧146朝向焊接颈部凸缘124的密封面126开口。这确保在过程流体破坏交界面44(图2所示)的情况下，这种过程流体将遇到弹簧146并且从而导致密封件140膨胀，以防止任何过程流体进一步流向电极。这将通过衬套/内衬生成实际上不能穿过的屏障，并且将确保过程流体不会到达电极且使得减少流量计运行。另外，应该相信，本发明的实施例基本上允许在较高高压下使用含氟聚合物衬套/内衬，从而扩展这种化学上的惰性材料可以经受的压力的可使用范围。虽然本发明的实施例通常采用衬套/内衬与流量管/焊接颈部组件之间的过盈配合，但是本发明的实施例在扩张的含氟聚合物部分与焊接颈部凸缘之间在交界面44处或者紧邻交界面44还可以采用化学键，以形成另外的高压密封件。
图6是根据本发明的一个实施例的密封具有含氟聚合物衬套/内衬的磁性流量计的方法的流程图。方法150以方框152开始，其中提供具有一对带有内槽口的焊接颈部凸缘的流量管组件。槽口中的每一个从流量管的内径向外延伸。这些槽口的尺寸和形状形成为在该槽口中容纳和保持弹簧激发的密封环，例如环140。在方框156处，弹簧激发的密封环，例如环140，放置在每一个槽口中。在一些实施例中，每一个密封环中的弹簧被斜切/削边以防止在衬套/内衬插入期间被弹出。每一个密封环具有面向其最近的焊接颈部凸缘的开口，使得泄漏经过焊接颈部凸缘/衬套交界面的过程流体将进入开口并使密封件内的弹簧承受流体而在密封件处引起膨胀。所述膨胀即使在冷流状态期间也关闭通向电极的路径。在方框158处，含氟聚合物衬套/内衬被插入流量管中。可选地，方框160还可以被执行以将含氟聚合物衬套/内衬化学结合到流量管，以在(一个或多个)衬套/流量管交界面处另外密封。
到目前为止说明的实施例基本上防止或阻挡可能出现在安装凸缘附近的过程流体泄漏而在含氟聚合物衬套/内衬经历冷流时到达电极。然而，当含氟聚合物衬套/内衬经历冷流时，流量管组件存在可能容易受到过程流体泄漏的其它区域。具体地，与这种流量管组件一起使用的已知的电极组件在与容易受到冷流的含氟聚合物衬套/内衬一起使用时可能会经历过程流体泄漏。
图7是用于磁性流量计的已知的电极组件的示意图。电极组件200包括电极46，所述电极具有头部202和主体204、电极护管206、外接触螺钉208和壳体210。螺帽212接合在壳体210上，以便保持电极的头部202、主体204和接触螺钉208。配线或者其它适当的连接通常连接到紧邻接触螺钉208的电极组件200。这允许电极头部202与传送器电子设备14之间具有稳固的连接。电极头部202被设置成接触流动通过管道16的过程流体。如图7中所示，在正常操作期间，电极头部202至少部分地沉入含氟聚合物衬套/内衬42内。
图8是图7的电极组件在含氟聚合物衬套/内衬的冷流期间的示意图。图8与图7相似，但显示了在衬套/内衬42的冷流期间，电极头部202可以脱离开含氟聚合物衬套/内衬42的内径218，从而产生可以允许过程流体漏出的间隙220。
图9是根据本发明的一个实施例的电极组件的示意图。电极组件300包括电极头部302，在一个实施例中，所述电极头部302压配合成与含氟聚合物衬套/内衬42的内径218齐平。这帮助减小噪音和颗粒积聚。电极头部302连接到电极伸出部303，所述电极伸出部在通道304内延伸且包括用于接收螺钉305的螺纹接收部。在一个实施例中，通道304为金属且在交界面308处焊接或以其它方式连接到管道16的外径306。在一个实施例中，含氟聚合物空腔310成型到管道16和通道304中。用于含氟聚合物空腔310的含氟聚合物的适当示例包括可以根据需要成型为各种形状的PFA和ETFE。这些形状用于引导朝向弹簧激发的密封件312的流动并且防止颗粒进入电极头部302与衬套/内衬42之间的区域。弹簧激发的密封件312由配合到夹套中的弹簧形成。当过程流体遇到弹簧激发的密封件312时，过程流体的压力作用在夹套的内侧面上，从而向外挤压夹套。该向外的力帮助增加密封件的密封能力。因此，当弹簧激发的密封件312插入含氟聚合物空腔310中时，在电极与通道壁之间形成实际上不能穿过的屏障。当过程流体填充空腔时，压力通过弹簧被施加到电极和通道壁，从而容纳过程流体。含氟聚合物空腔310的薄层能够提供密封所必需的反作用力，同时还提供电绝缘。
图10是根据本发明的一个实施例的电极组件的一部分的示意图。具体地，图10显示通过电极322上的唇状部320被保持在适当位置的弹簧激发的密封件312。另外，图10显示由夹套326内的弹簧324形成的密封件312。在一个实施例中，弹簧324由316不锈钢形成，夹套326由PFA或ETFE形成。在一些实施例中，弹簧激发的密封件312可以为现成的密封件。在一个实施例中，弹簧324和夹套326由已经在具有含氟聚合物衬套/内衬的标准RTJ型的HP磁性流量计中被润湿的材料形成。图10还显示形成在含氟聚合物空腔310中且朝向弹簧激发的密封件312开口的通道328。通道328中的过程流体引起弹簧324靠在夹套326上，以将夹套326挤压到相邻的壁中，从而形成密封件。
图11是根据本发明的另一个实施例的电极组件的示意图。电极组件400与电极组件300具有许多相似性，并且相同的部件同样地标号。电极组件400仍然采用弹簧激发的密封件312。然而，电极组件400的电极伸出部403具有扩张部410。另外，隔离垫圈412设置在扩张部410与螺帽212之间。扩张部410和隔离垫圈412帮助防止组件在螺帽212被旋紧时过度扭转。
图12是根据本发明的另一个实施例的电极组件的一部分的放大示意图。在图12所示的实施例中，电极组件500包括具有肩状部504的电极伸出部502，所述肩状部具有大于管道16的壁中的内径508的外径506。因此，肩状部504在弹簧激发的密封件312处用作压缩限动件。
虽然已经参照优选实施例说明本发明，但是本领域技术人员将会认识到，在不背离本发明的精神和保护范围的情况下可以对形式和细节做出改变。

Claims (34)

1.一种磁性流量计流量管组件，包括：
管道，所述管道具有第一端部和第二端部；
第一颈部凸缘，所述第一颈部凸缘连接到所述第一端部，所述第一颈部凸缘具有内径，所述内径具有从该内径径向向外延伸的第一槽口；
第二颈部凸缘，所述第二颈部凸缘连接到所述第二端部，所述第二颈部凸缘具有内径，所述内径具有从该内径径向向外延伸的第二槽口；
含氟聚合物衬套，所述含氟聚合物衬套设置在所述第一颈部凸缘、所述管道和所述第二颈部凸缘内且延伸通过所述第一颈部凸缘、所述管道和所述第二颈部凸缘；
一对电极，所述一对电极相对于所述衬套安装，以测量流动通过所述衬套的过程流体内感生的电压；
弹簧激发的第一密封环，所述弹簧激发的第一密封环设置在所述第一槽口中；和
弹簧激发的第二密封环，所述弹簧激发的第二密封环设置在所述第二槽口中。
2.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述弹簧激发的第一密封件至少部分地由与所述含氟聚合物衬套相同的材料构造而成。
3.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述弹簧激发的第一密封件包括由与所述第一颈部凸缘相同的材料构造而成的弹簧。
4.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述弹簧激发的第一密封件包括由与所述一对电极相同的材料构造而成的弹簧。
5.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述第一槽口包括基本上垂直于所述管道的轴线的第一表面。
6.根据权利要求5所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述第一槽口包括以大致直角与所述第一表面相遇的外表面。
7.根据权利要求6所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述第一槽口包括与所述第一表面相对的成角度的表面，以使所述弹簧激发的第一密封件容易插入。
8.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述弹簧激发的第一密封件包括削边弹簧。
9.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述弹簧激发的第一密封件包括面向所述第一颈部凸缘的安装面的开口。
10.根据权利要求9所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述弹簧激发的第二密封件包括面向所述第二颈部凸缘的安装面的开口。
11.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，还包括：
至少一个线圈，所述至少一个线圈被设置成产生关于流动通过所述衬套的过程流体的电磁场。
12.根据权利要求11所述的磁性流量计流量管组件，还包括：
传送器电子设备，所述传送器电子设备连接到所述一对电极和所述至少一个线圈。
13.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述含氟聚合物衬套经历具有压力变化的冷流。
14.根据权利要求13所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述含氟聚合物为聚四氟乙烯(PTFE)。
15.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述第一颈部凸缘为第一焊接颈部凸缘。
16.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述第二颈部凸缘为第二焊接颈部凸缘。
17.根据权利要求1所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述电极中的至少一个包括弹簧激发的密封件。
18.根据权利要求17所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述电极中的每一个都包括弹簧激发的密封件。
19.一种密封具有含氟聚合物衬套的磁性流量计的方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有一对颈部凸缘的流量管组件，每一个颈部凸缘都具有内径，该内径具有从所述内径径向向外延伸的槽口；
将弹簧激发的密封件插入到每一个所述槽口中；和
在插入所述弹簧激发的密封件之后，将含氟聚合物衬套插入到所述流量管组件中。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括以下步骤：
将所述含氟聚合物衬套化学结合到所述流量管组件。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述含氟聚合物衬套在从所述颈部凸缘中的每一个轴向延伸的扩张部处化学结合到所述流量管组件。
22.根据权利要求19所述的方法，其中，所述弹簧激发的密封件被选择为具有与所述颈部凸缘中的至少一个相同的材料。
23.根据权利要求19所述的方法，其中，所述弹簧激发的密封件被选择为具有与所述含氟聚合物衬套相同的材料。
24.一种磁性流量计流量管组件，包括：
流量管，所述流量管被构造成容纳过程流体流，所述流量管包括第一颈部凸缘、管道和第二颈部凸缘；
含氟聚合物衬套，所述含氟聚合物衬套设置在所述流量管内且延伸通过所述流量管；
多个电极，所述多个电极被设置成测量所述过程流体内感生的电压；
弹簧激发的第一密封件，所述第一密封件插入所述衬套与所述流量管之间；和
弹簧激发的第二密封件，所述第二密封件插入所述衬套与所述流量管之间；以及
其中，所述弹簧激发的第一密封件和所述弹簧激发的第二密封件相对于过程流体流设置在所述多个电极的相对侧(上游/下游)。
25.一种磁性流量计流量管组件，包括：
流量管，所述流量管被构造成容纳过程流体流；
含氟聚合物衬套，所述含氟聚合物衬套设置在所述流量管内且延伸通过所述流量管；和
多个电极组件，所述多个电极组件被设置成测量所述过程流体内感生的电压；以及
其中，所述电极组件中的每一个都包括围绕每一个相应电极设置的弹簧激发的密封件。
26.根据权利要求25所述的磁性流量计流量管组件，其中，每一个所述电极都包括设置成与所述含氟聚合物衬套的内径齐平的电极头部。
27.根据权利要求25所述的磁性流量计流量管组件，其中，每一个所述电极组件都包括容纳每一个所述弹簧激发的密封件的含氟聚合物空腔。
28.根据权利要求27所述的磁性流量计流量管组件，还包括：
金属通道，所述金属通道连接到所述管道且围绕所述含氟聚合物空腔设置。
29.根据权利要求28所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述含氟聚合物空腔成型到所述管道和所述通道内。
30.根据权利要求29所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述含氟聚合物空腔包括被构造成将过程流体传送到相应的弹簧激发的密封件的通路。
31.根据权利要求25所述的磁性流量计流量管组件，其中，每一个所述电极都包括唇状部，所述唇状部被构造成接合相应的弹簧激发的密封件。
32.根据权利要求25所述的磁性流量计流量管组件，还包括：
电极伸出部，所述电极伸出部从每一个相应的电极头部延伸，所述电极伸出部被构造成容纳螺钉。
33.根据权利要求32所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述电极伸出部包括被构造成防止过度扭转的扩张部。
34.根据权利要求32所述的磁性流量计流量管组件，其中，所述电极伸出部包括被构造成限制相应的弹簧激发的密封件的压缩的肩状部。
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