CN110967140B - 变送器法兰 - Google Patents

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Abstract

一种变送器法兰，包括：法兰主体，在该法兰主体中具有阀开口，该阀开口具有阀座；以及内部阀，该内部阀被构造成保持在阀开口中。保持环可以被构造成螺纹连接到阀开口中，以进一步将内部阀保持在开口内。

Description

变送器法兰
技术领域
本公开涉及一种具有内部排放阀构造的压力变送器法兰。更具体地，本公开涉及提供一种比传统外部阀更不易损坏的更高工作压力阀。
背景技术
压力变送器的传统共面法兰的现有设计使用外部排放阀，该外部排放阀存在过程泄漏的风险，并且在焊接阀座处仅能够承受高达约21，000磅/平方英寸(PSI)的爆破压力。随着过程压力持续增加，需要更高的压力额定值。此外，现有阀构造被焊接到法兰中，并且容易发生爆炸故障，特别是在重复使用之后。
发明内容
在一个实施例中，变送器法兰包括法兰主体，在该法兰主体中具有阀开口，该阀开口具有阀座和内螺纹。内部阀被构造成保持在阀开口中。该内部阀具有外螺纹，该外螺纹被构造成螺纹连接到内螺纹中，以将内部阀保持在阀开口中。
在另一实施例中，变送器法兰包括：法兰主体，在该法兰主体中具有阀开口，该阀开口具有阀座；以及内部阀，该内部阀被构造成保持在阀开口中。保持环被构造成螺纹连接到阀开口中，以进一步将内部阀保持在开口内。
提供本发明内容和概要是为了以简化的形式介绍一些概念，这些概念将在下面的详细描述中进一步描述。发明内容不旨在标识所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
图1是外部排放阀法兰构造的截面图。
图2A是外部排放阀构造的损坏的球的视图。
图2B是外部排放阀构造的未损坏的球的视图。
图3是在压力变送器上就位的外部排放阀法兰的透视图。
图4A是外部排放阀法兰的焊缝的更详细视图。
图4B是损坏的外部排放阀的视图。
图5A是根据本公开的实施例的内部排放阀和法兰的截面图。
图5B是根据本公开的实施例的内部排放阀、法兰和保持环的分解透视图。
图6是根据本公开的实施例的保持环的截面图。
图7是示出根据本公开的实施例的两个不同的排气/排放孔的截面图。
图8A是根据本公开的实施例的具有内部阀的法兰的俯视图。
图8B是具有外部阀的法兰的俯视图。
图9是根据本公开的实施例的具有内部阀的共面法兰的透视图。
图10A是根据本公开的实施例的具有内压激励阀构造的法兰的侧剖视图。
图10B是图10A的法兰的透视图。
图10C是在图10A的实施例中使用的阀杆的侧剖视图。
图11是根据本公开的另一实施例的内部阀的侧剖视图。
具体实施方式
图1是现有阀杆阀座组件100的截面图。组件100包括法兰104中的外部阀102。外部阀102包括阀座106和阀杆主体108。阀102具有阀球110(通常为不锈钢，例如316SST)，该阀球110被约束在阀座106与阀杆主体108之间的位置。当阀杆主体108被拧紧时，阀球110使阀座106塑性变形，以提供圆形密封(rounded formed seal)。随着阀球110使阀座106变形，阀杆主体108的压靠阀球110的部分109可以切入阀球110，特别是在阀杆主体108的接触阀球110的部分109上存在毛边或其它尖锐边缘的情况下。即使当阀杆主体108被完全拧紧时，切口或划痕也可能导致过程泄漏。此外，随着使用，特别是在多次使用之后，阀球110可能磨损，这也可能导致潜在的过程泄漏。图2A中更详细地示出了阀球110中的切口或划痕200。图2B中示出了无划痕阀球110。
图3示出了在压力变送器300上就位的具有外部阀102的法兰104。诸如阀102的外部阀通过在阀102与法兰104之间的焊接接头304处的焊缝302被焊接到法兰104上(也参见图1)。代表性焊缝302的特写视图在图4A中更详细地示出。包括带有焊接排放阀102的法兰104的变送器300在工作压力上受到焊接接头的限制，该焊接接头是阀102、法兰104和变送器300联接中的薄弱环节。在流体静压测试期间，焊接阀102的接头304将是组件100的第一个失效部件。典型的阀焊缝302将在大约21,000磅/平方英寸(PSI)的压力下在焊接接头处失效。当发生这种焊缝302失效时，所产生的压力释放会导致阀杆主体108或其部分以及焊接材料的抛射位移(projectile displacement)。这种类型的失效会导致高速抛射，这可能非常危险。图4B中示出了阀102的抛射部分400。焊接失效发生在402处。
现代过程压力可达到24,000PSI或更高。典型的焊接解决方案无法提供在这些压力下的安全性和可靠性。
图5A和5B中示出了根据本公开实施例的内部阀法兰500。法兰500针对将在压力变送器法兰上使用的内部排放阀。根据本公开实施例的内部阀解决方案提供了改进的阀可靠性和增加的压力额定值。内部阀法兰的实施例不使用任何焊接，减少了用于提供密封的零件数量，提供了额外的安全特征，并且易于用标准六角艾伦扳手安装。
法兰500包括法兰主体502、在法兰主体502内部的内部阀杆504、以及构造成将内部阀杆504保持在法兰主体502内的保持环506。法兰主体502具有开口508，开口508尺寸适于容纳内部阀杆504，并且具有在开口内的阀座510。法兰主体502和内部阀杆504均由金属形成，并且法兰主体502与内部阀杆504之间的界面是在内部阀杆504的座表面511与阀座510之间的金属对金属密封。在开口508中的过程压力保持区域520处的这种密封没有球，例如球110，也没有足以导致泄漏的显著塑性变形，从而在包括高于图1所示球阀的压力在内的大范围压力下提供了不漏密封。
在一个实施例中，法兰主体开口508带有内螺纹，以通过螺纹来容纳内部阀杆504。在该实施例中，内部阀杆504具有螺纹连接到内螺纹中的外螺纹，以将内部阀杆504固定在开口508内。在一个实施例中，内部阀杆504包括六角形开口，以允许使用标准六角艾伦扳手将内部阀杆螺纹连接到开口508中。在一个实施例中，开口508的尺寸被确定为使得当内部阀杆504就座于阀座510处时，内部阀杆504凹入到法兰开口508中。凹入的内部阀杆保护阀在运行时不会受到意外干扰。
在一个实施例中，法兰开口508还带有螺纹，以通过螺纹来容纳保持环506，从而将阀杆504保持就位。在该实施例中，阀杆504可以不螺纹连接到开口508中，而是用保持环506保持。替代地，阀杆504可以螺纹连接到到开口508中，并进一步由螺纹保持环506保持。
保持环506的进一步细节示于图6中。在一个实施例中，保持环506具有与开口508、六角形开口516和内部阀杆开口518的内螺纹512匹配的外螺纹514。内部阀杆开口518具有在开口518中的唇缘522，当保持环506螺纹连接到法兰开口508中时，内部阀杆504保持抵靠唇缘522。在一个实施例中，六角形开口516被构造成允许使用标准六角艾伦扳手来拧紧法兰开口508内的保持环506。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可以使用其它拧紧形状。当内部阀杆504带有螺纹时，阀可以在保持环506没有就位的情况下操作。
内部阀杆504在阀座510处与法兰主体502密封。法兰500的过程压力保持面积取决于密封的区域520。保持过程压力的阀的表面积比图1的阀的表面积显著减小，因此过程压力施加在阀上的力也减小了。返回参考图1，示出的外部阀解决方案具有由120表示的过程压力保持区域。该过程压力保持区域120显著大于法兰500中所示的过程压力保持区域。
典型的外部阀(如图1所示)与内部阀(如图5A和5B所示)的压力和面积如表1所示。对于外部阀，压力保持区域120约为0.423in2。在20,000PSI的过程压力下，由于该压力产生的力几乎是8.500磅英尺(lbf)。这个压力直接在0.127in2的焊接面积上对焊缝施加应力，导致焊缝上的压力达到66,600PSI。典型强度的焊缝不足以保持这种压力，并且容易失效。
Figure BDA0001920105060000051
表1
相反，压力保持区域520约为0.028in2。在20,000PSI的相同过程压力下，压力产生的力约为560lbf。在图5A和5B的实施例中，内部阀杆504或保持环506的螺纹或其组合是承受该压力的区域。螺纹面积约为0.058in2，螺纹上的应力减小到约9700PSI。
在一个实施例中，法兰500的材料由316SST制成，并且零件的屈服强度大约为65,000PSI。根据压力计算，在20,000PSI的过程压力下，外部阀设计将开始屈服(66,600PSI＞65,000PSI)。法兰内部阀实施例保持远低于屈服点(9700PSI＜65,000PSI)。本公开的实施例具有比外部焊接阀和法兰更高的工作压力极限，同时还减少了零件数量、复杂性，并提供更简单的安装。
在一个实施例中，内部阀法兰500在如图5所示的法兰主体502中以及在图7的左侧阀702上设有排气/排放孔530。替代地，如图7的右侧阀704所示，在内部阀杆504中设置排气/排放孔540。
在图8A中示出诸如法兰500的法兰的俯视图。在图8B中示出图1的典型外部阀法兰的俯视图。图8A的法兰更加光滑，没有外部零件会因掉落等而受到损坏。
如图9所示，本公开的实施例可以与共面法兰900一起使用。在该实施例中，与共面法兰一起使用的外螺纹排气/排放阀可以用本文描述的内螺纹阀代替。
如图10A和10B分别以侧剖视图和透视图所示，诸如本文所述的内部阀可用于通过传统法兰的底部排气。法兰1000具有位于法兰主体1002的开口1008中的内部阀杆1004，内部阀杆1004由保持环1006保持。该实施例使得过程连接在法兰1000上可用。如图10C所示，该实施例的阀具有暴露于过程压力1050的相对大量的表面积1020。施加过程压力，该压力在阀杆上施加向外/向下的力，将阀杆1004在座表面1011处压入阀座1010中。
图11示出了具有非旋转杆部1105和旋转杆接头1107的阀杆1104的另一个实施例。非旋转杆部1105具有座表面1111，座表面1111抵靠阀座(例如本文讨论的阀座510、1010)就座。非旋转杆部1105不绕轴线1150旋转。旋转杆接头1107在接头1113处可旋转地联接到非旋转杆部1105。旋转阀杆接头1107带有螺纹，用于将阀杆1104螺纹连接到开口中，例如本文讨论的开口508、1008。在安装期间，非旋转杆部1105沿着轴线1150行进，但是不绕轴线1150旋转。这减少了密封表面1111上的潜在磨损。
尽管已经参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，在不脱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改变。

Claims (17)

1.一种变送器法兰，包括：
法兰主体，在所述法兰主体中具有阀开口，所述阀开口具有阀座和内螺纹；
内部阀，所述内部阀被构造成保持在所述阀开口内并且被构造成具有阀杆，所述内部阀具有外螺纹，所述外螺纹被构造成螺纹连接到所述内螺纹中以将所述内部阀保持在所述阀开口内,和
保持环，所述保持环被构造成螺纹连接到所述阀开口中，以进一步将所述内部阀保持在所述开口内，其中，
保持环包括内部阀开口，在所述内部阀开口中形成有唇缘，当保持环螺纹连接到法兰开口中时，所述唇缘保持抵靠所述内部阀；
其中，所述内部阀的阀杆包括：非旋转杆部，所述非旋转杆部具有构造成接合所述阀座的座表面，所述非旋转杆部可滑动地接合在所述阀开口中；和旋转杆接头，所述旋转杆接头可旋转地联接到所述非旋转杆部，所述旋转杆接头被螺纹连接以保持在带有螺纹的所述阀开口中，
其中，所述内部阀被构造成当所述法兰联接到过程时，所述阀杆由所述阀杆上的过程流体加压。
2.根据权利要求1所述的变送器法兰，其中，所述阀开口位于所述法兰主体的一侧。
3.根据权利要求1所述的变送器法兰，其中，所述内部阀具有阀座表面，所述阀座表面和所述阀座由金属形成，并且当所述内部阀保持在所述阀开口中时，在所述阀座表面与所述阀座之间形成金属对金属密封。
4.根据权利要求1所述的变送器法兰，其中，当保持在所述法兰主体中时，所述内部阀完全凹入到所述法兰主体的面中。
5.根据权利要求1所述的变送器法兰，其中，所述法兰是共面法兰。
6.根据权利要求1所述的变送器法兰，其中，所述内部阀具有在其中被机加工制造的排放孔。
7.根据权利要求1所述的变送器法兰，其中，所述法兰主体具有在所述阀开口与所述法兰主体的外表面之间、在其中被机加工制造的排放孔。
8.根据权利要求1所述的变送器法兰，其中，所述阀开口穿过所述法兰主体的中心。
9.根据权利要求1所述的变送器法兰，其中，所述内部阀具有六角形开口，所述六角形开口被构造成便于将所述内部阀螺纹连接到所述阀开口中。
10.一种变送器法兰，包括：
法兰主体，在所述法兰主体中具有阀开口，所述阀开口具有阀座；
内部阀，所述内部阀被构造为保持在所述阀开口内并且被构造成具有阀杆；和
保持环，所述保持环被构造成螺纹连接到所述阀开口中，以进一步将所述内部阀保持在所述开口内，其中，
保持环包括内部阀开口，在所述内部阀开口中形成有唇缘，当保持环螺纹连接到法兰开口中时，所述唇缘保持抵靠所述内部阀；
其中，所述内部阀的阀杆包括：非旋转杆部，所述非旋转杆部具有构造成接合所述阀座的座表面，所述非旋转杆部可滑动地接合在所述阀开口中；和旋转杆接头，所述旋转杆接头可旋转地联接到所述非旋转杆部，所述旋转杆接头被螺纹连接以保持在带有螺纹的所述阀开口中，
其中，所述内部阀被构造成当所述法兰联接到过程时，所述阀杆由所述阀杆上的过程流体加压。
11.根据权利要求10所述的变送器法兰，其中，所述保持环包括六角形开口，所述六角形开口被构造成便于将所述保持环螺纹连接到所述阀开口。
12.根据权利要求10所述的变送器法兰，其中，所述阀开口位于所述法兰主体的一侧。
13.根据权利要求10所述的变送器法兰，其中，所述内部阀具有阀座表面，所述阀座表面和所述阀座由金属形成，并且当所述内部阀保持在所述阀开口中时，在所述阀座表面与所述阀座之间形成金属对金属密封。
14.根据权利要求10所述的变送器法兰，其中，当保持在所述法兰主体中时，所述内部阀完全凹入到所述法兰主体的面中。
15.根据权利要求10所述的变送器法兰，其中，所述法兰是共面法兰。
16.根据权利要求10所述的变送器法兰，其中，所述内部阀具有在其中被机加工制造的排放孔。
17.根据权利要求10所述的变送器法兰，其中，所述法兰主体具有在所述阀开口与所述法兰主体的外表面之间在其中被机加工制造的排放孔。
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