CN111051826B - 具有故障检测单元的模块化密封装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种模块化安装组件(1)，所述模块化安装组件(1)至少包括：杆状测量插入件(2)，所述杆状测量插入件(2)用于感测介质的过程变量；组件壳体，所述组件壳体用于容纳所述测量插入件(2)的至少一部分，所述壳体至少包括第一壳体部(3)和第二壳体部(5)；第一腔室，所述第一腔室被设置在所述第一壳体部(3)中；以及第二腔室，所述第二腔室被设置在所述第二壳体部(5)中。此外，所述组件壳体包括密封元件(8)，所述密封元件具有至少一个开口以及连接装置(7)，所述测量插入件(2)穿过所述至少一个开口行进，所述连接装置(7)用于经由所述密封元件(8)将所述第一壳体部(3)与所述第二壳体部(5)连接起来。

Description

具有故障检测单元的模块化密封装置

技术领域

本发明涉及一种模块化安装组件，其至少包括杆状测量插入件和用于容纳该测量插入件的组件壳体。测量插入件优选地是现场设备的一部分。

背景技术

众所周知的现场设备例如是用于确定和/或监测介质(通常是液体或气体)的过程变量、即液位、流量、压力、温度、pH值或电导率的液位测量设备、流量计、压力表、温度计、pH计、电导仪。这种现场设备的测量原理在现有技术中也是众所周知的。

在过程和/或自动化技术中，例如由于需要清洁或维护，所以需要不时地从过程中移除许多测量插入件。在有缺陷的情况下，也可能需要完全替换测量插入件或还有整个现场设备。特别地是，至少部分地和/或暂时地与介质接触的测量插入件通常安装有安装组件，像是例如浸入管。这样的测量插入件经由容器器壁中的开口而被引导到存储有介质的容器中。然后，如果测量插入件被从过程中取出，则安装组件用于封闭开口。以这种方式，该过程不需要被中断。而是，期望的是，即使在安装组件有缺陷的情况下，也保持该过程运行一段时间。

美国专利No.4376227提出了一种保护性管状组件，该保护性管状组件被牢固地插入在容器中。借助于法兰连接件，该保护性管状组件邻接在向外封闭的保护性管体上。因此，单个法兰密封件用作密封元件，该密封元件一旦被拆卸下来就立即打开容器内部。

美国专利No.4385197描述了一种热电偶的布置结构，其中，固定在保护性管系统内的壁应确保与被测的介质的良好热接触，并且出于替换目的，提供可释放的、易于维护的固定。

此外，美国专利No.4410756提出了一种装置，该装置应提供与介质的良好热接触并易于更换，其中，针对准备测量的探针仅在机械上提供与保护性管的热接触，而没有额外的安全预防措施。类似地是，美国专利No.4653935描述了一种单腔室、高压实施例，而没有额外的安全预防措施。

公开说明书DE2235676公开了一种外部无保护的密封元件，其中，温度计端使用与待密封的容器的可拧紧挤压密封件而被直接密封在该容器上，例如以便使得为了维护目的而能够进行替换。

从公开说明书DE4118715已知一种装置，该装置用于将金属探针电极电绝缘地固定在壳体的开口中。杆状电极被引入到安装组件中，其中，该安装组件具有过程连接部，所谓的壳体头部被直接地连接到该过程连接部，相关联的操作电子器件则位于该壳体头部中。

美国专利No.5907112描述了一种测量探针，该测量探针具有双重密封级。该密封级由管状件形成，该管状件能够被旋拧在测量探针的背对过程的端部上。然后，测量探针经由所述管状件电接触。然而，测量探针或其测量插入件不能经由所述管状件被插入或被移除。

公开文本US2005/0223781A1示出了一种具有安全模块的测量布置结构，该测量布置结构同样具有两个密封级。在这种情况下，安全模块同样由壳体部组成，测量探针能够通过该壳体部电接触。在这种情况下，测量插入件的实际测量探针在过程侧上被暴露于被测材料，并经由永久性密封件而与安全模块连接，在没有从过程中逸出被测材料的情况下，不能经由该永久性密封件替换测量插入件。

公开文本WO2011076481A1又提出一种安装组件，即使在该安装组件泄漏和被测材料渗入到该安装组件中的情况下，也能够安全地操作该安装组件。该安装组件包括用于容纳至少一个杆状测量插入件的组件壳体，其中，该组件壳体具有管状的第一部分和管状的第二部分。为了容纳测量插入件，第一安全腔室被设置在第一壳体部中，并且第二安全腔室被设置在第二壳体部中。第一壳体部还具有背对第一壳体部的过程连接部。此外，设置有一种密封装置，在测量插入件被引入到组件壳体中的情况下，该密封装置用于将第二安全腔室相对于第一安全腔室密封，尤其是以压力密封和/或液体密封的方式密封。借助于所提出的安装组件，能够在操作期间监测设备的正确性能，并且此外，由于设置有双重密封屏障，所以即使在出现缺陷的情况下，也无需立即中断该过程。而是，能够提前计划必要的维修工作。然而，在启动了密封事件的情况下，通常有必要替换整个安装组件。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种安装组件，该安装组件即使在泄漏的情况下也能够被安全地操作，并且允许容易且直接的更换。

该目的借助于一种模块化安装组件来实现，该模块化安装组件至少包括杆状测量插入件和组件壳体，该杆状测量插入件用于感测介质的过程变量，该组件壳体用于容纳所述测量插入件的至少一部分，该壳体至少包括第一壳体部和第二壳体部。第一腔室被设置在所述第一壳体部中，并且第二腔室被设置在所述第二壳体部中。组件壳体还包括密封元件，该密封元件具有至少一个开口以及连接装置，测量插入件穿过所述至少一个开口行进，所述连接装置用于经由所述密封元件将所述第一壳体部与所述第二壳体部连接起来。

借助于根据本发明的解决方案，安装组件能够在出现故障(例如泄漏或缺陷)的情况下被容易地替换或移除。连接装置允许在过程中以快速且直接的方式组装或拆卸模块化安装组件。优选地是，连接装置允许上述两个壳体部之间的可拆卸连接。这又确保了过程的更短得多的中断。由于模块化，不是仅仅整个安装组件是可替换的。而是，单个组件(例如上述至少一个测量插入件本身或密封元件)也能够被单独地移除或更换。有利地是，安装组件的没有任何故障的那些部件能够被保留，从而节约成本。在组件具有多于一个测量插入件的情况下，本发明还使得在一个确定的插入件中出现故障的情况下仅更换单个测量插入件成为可能。对于包括多个测量插入件的多点感测组件而言，密封元件优选地是还具有多个开口。

根据本发明的模块化安装组件还被实施用以将第二安全腔室相对于第一安全腔室密封，尤其是以压力密封和/或液体密封的方式密封。优选地是，安装组件被实施用以在第一壳体部处泄漏的情况下将第一壳体部相对于第二壳体部密封。这种泄漏通常在应用于危险环境(例如具有较强腐蚀性的介质)中的情况下发生。

借助于本发明，一旦发生故障，就能够在无需暂停过程的情况下满足公共安全性，例如在由SIL或ATEX标准所定义的功能安全性方面。因此，能够显著提高使用安装组件的测量设备的中断安全性。例如，在第一壳体部泄漏的情况下，测量操作能够持续一定时间段，从而使得提前计划必要的维护操作成为可能。

壳体或上述两个壳体部分别能够具有全部被本发明覆盖的几个不同的实施例。然而，优选的是，至少其中的一个壳体部被实施为管状或同心圆锥形的。每个壳体部可以由一个零件构成(即，由一个单个零件加工而成)，或者由连接在一起的多个部件构成。当经由连接装置组装起来时，彼此面对的上述两个壳体部的至少两个部分优选地是至少部分地被实施为使得它们彼此互补。此外，所述两个壳体部中的至少一个壳体部(优选地是，两个壳体部)可具有至少一个开口，优选地是开孔，优选地是沿着与密封元件的开口相同的轴线行进，以用于接纳上述至少一个测量插入件。因此，测量插入件穿过所述壳体部中的至少一个壳体部和密封元件行进。

所述两个壳体部中的至少一个壳体部优选地是由金属(例如不锈钢、镍、铬、钴、钼)、至少两种金属的合金或由至少部分地被涂覆的金属构成。涂层至少沿着壳体部的内壁行进，并且优选地是由能够承受高压和/或高温的材料组成的。

在一个实施例中，第一壳体部具有过程连接部，该过程连接部被布置在壳体部的与所述第一壳体部与第二壳体部连接起来所在的一侧相反的一侧上。优选地是，过程连接部被焊接到第一壳体部。经由过程连接部，安装组件能够被安装到存储有介质的容器。

在一个优选的实施例中，至少一个壳体部配备有至少一个感测元件，以用于监测所述壳体部的腔室。感测元件可以永久地与壳体部相关联，例如与所述壳体部永久地安装在一起，例如在壁上安装在一起。替代地是，壳体部可以包括用于上述至少一个感测元件的连接部。另外，在这种连接部中，取决于所需的腔室的信息种类，可以临时安装各种感测组件。连接部可以包括所述壳体部的一个壁中的开口。在没有安装感测元件的情况下，该开口可以借助于将所述腔室相对于环境密封的插塞而被封闭，尤其是以气体密封和/或液体密封的方式密封。

在这一方面，有利的是，所述至少一个感测元件用于感测被容纳在所述腔室中的介质的密度、压力或化学成分。检测这些量中的一个量的尤其是瞬时的变化可以指示安装组件的泄漏，例如密封元件或上述至少一个测量插入件的泄漏。

因此，所述两个腔室中的至少一个腔室具有诊断功能，这进一步增加了安装组件的安全性。通过监测被容纳在两个壳体中的至少一个壳体的腔室中的介质的密度、压力或化学成分，能够检测安装组件的故障。取决于所安装的感测元件的布置结构、数量和类型的特定实施例，可能还能够识别出哪个部件出现故障或在哪里发生泄漏。

在另一优选的实施例中，密封元件用于将所述第二腔室相对于所述第一腔室密封，并且/或者将所述第一腔室和第二腔室相对于所述安装组件的外部环境密封，特别地是，以气体密封和/或液体密封的方式密封。特别地是，密封元件被实施用以在两个腔室之间存在压力差的情况下确保安装组件的结构强度。

在另一实施例中，安装组件包括密封装置，在测量插入件被引入到组件壳体中的情况下，该密封装置用于将第二安全腔室相对于第一安全腔室密封，尤其是以压力密封和/或液体密封的方式密封。与WO 2011076481 A1的至少一个实施例相比，在这种情况下的密封机构是相似的。因此，本发明引用WO 2011076481 A1的全部内容。

在一个实施例中，测量插入件至少部分地被紧固在密封元件的开口中，尤其是以气体密封和/或液体密封的方式被紧固，优选地是，借助于以下至少一种被紧固：焊接、螺纹或密封。以此方式，密封元件和测量插入件被实施用以当被安装在组件中时承受结构载荷，特别是在如果两个腔室表现出不同的压力时。

在另一实施例中，测量插入件可以至少部分地被紧固在第二壳体部中，尤其是以气体密封和/或液体密封的方式被紧固，并且还优选地借助于以下至少一种被紧固：焊接、螺纹或密封。

有利地是，连接装置包括夹具连接器或法兰连接器。另外，连接装置可以包括铰链和螺栓或螺母。

在一个实施例中，密封元件被布置在第一壳体部的第一表面与第二壳体部的第二表面之间，在安装组件被组装起来的情况下，这两个表面彼此面对。在这方面，有利的是，所述两个表面中的至少一个表面包括布置有密封元件的腔体。

另一实施例包括，密封元件被构造成使得其用作过程中所包含的至少一个量的过滤器。密封元件被实施为仅对于一定的量、例如气体混合物是能够渗透的。

优选的是，密封元件至少部分地由金属、含石墨的化合物或合成材料构成，该合成材料例如为聚醚醚酮(PEEK)或硅酸铝镁(LAVA)。

在一个实施例中，测量插入件包括用于感测容器中的介质的过程变量的感测元件，优选地是用于感测所述介质的温度的感测元件。测量插入件优选地是温度探针，例如包括热电偶或电阻元件，例如铂金元件。

另一实施例包括，测量插入件被布置在保护性管中，该保护性管穿过所述密封元件的开口行进。

有利的是，安装组件还包括至少一个测量换能器，所述至少一个测量换能器被布置在所述测量插入件的端部上，该换能器用于处理至少介质的借助于测量插入件确定的过程变量。

附图说明

在下文中，将基于图1至图3所示的附图更详细地说明本发明。

图1示出了根据本发明的已组装的安装组件，其具有用于感测介质的温度的两个测量插入件，

图2以两个不同视图示出了根据本发明的密封元件的详细视图，并且

图3示出了根据本发明的安装组件，其具有用于(a)在组装起来时和(b)在拆卸时感测介质的温度的多个测量插入件。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的安装组件1，其具有两个测量插入件2.1、2.2。测量插入件2.1，2.2各自包括热电偶2.1.1、2.2.1形式的温度传感器，该温度传感器被布置在保护性管2.1.2、2.2.2中。当然，本发明既不限于热电偶形式的测量插入件，也不限于测量插入件2.1、2.2的总数为两个。

组件1还包括组件壳体3，该组件壳体3用于容纳测量插入件2.1、2.2。壳体3包括具有第一腔室4a的第一壳体部4和具有第二腔室5a的第二壳体部5，它们经由密封元件6和连接装置7连接起来。密封元件6用于将第二腔室5a相对于第一腔室4a密封，并将两个腔室4a、5a相对于感测组件1的外部环境密封。优选地是，能够实现气体密封连接和/或液体密封连接。

在图1的实施例中，密封元件6具有两个开口6.1和6.2，测量插入件2.1，2.2穿过所述两个开口6.1和6.2行进。测量插入件2.1、2.2例如借助于焊接、螺纹或密封而被紧固在开口6.1、6.2内。优选地是，测量插入件2.1和2.2以气体密封和/或液体密封的方式被固定在密封元件6的开口6.1和6.2内。在其它实施例中，密封元件6可以被构造成使得其用作过程中所包含的至少一个量(尤其是化学量)的过滤器。优选地是，密封元件6由金属、含石墨的化合物构成，或者还由合成材料(例如PEEK或LAVA)构成。

为了连接第一壳体部4和第二壳体部5，密封元件6被布置在第一壳体部4的第一表面4b与第二壳体部5的第二表面5b之间。当组装起来时，第一表面4b和第二表面5b彼此面对。两个表面4b、5b中的至少一个表面可包括腔体，该腔体用作密封元件6的安置座。组件部件经由连接装置7被组装，该连接装置7在此具有夹具连接器或法兰连接器的形式。适合的法兰连接器的一种可能示例由Vector Techlok夹具连接器给出，该Vector Techlok夹具连接器可以从科德宝(Freudenberg)(http://www.fogt.com/clamp-connector.html)购买。

第一壳体部4还包括过程连接部8，并且第二壳体部5还配备有感测元件9。在图1的实施例中，通过示例的方式，感测元件9可以用于监测第二腔室5a内的压力。在其它实施例中，感测元件9又可以被实施用于感测被容纳在第二腔室5a中的介质的密度或化学成分。另外，第一壳体部4可以包括附加的感测元件9。

类似于密封元件6，第二壳体部5也具有两个开口5.1和5.2，测量插入件2.1和2.2穿过所述两个开口5.1和5.2行进。在所示的实施例中，测量插入件2.1和2.2借助于密封元件10.1和10.2被紧固在开口内。应该提到的是，在其它实施例中，也可以采用其它紧固装置。因此，开口5.1和5.2用于将测量插入件2.1和2.2引向待借助于感测元件2.1.1和2.2.1感测的至少一个过程变量所针对的过程介质。

图2以两个不同视图示出了密封元件6的详细视图。如从图2a可见的那样，密封元件6包括多个开口6.1-6.6，测量插入件2.1或2.2可穿过这些开口中的每个开口行进。如果待使用的测量插入件2.1-2.6比开口6.1-6.6少，则至少一个开口6.1-6.6也可以可选地借助于假的元件[未示出]封闭。图2b示出了图2a的沿着图2a中标记的截面B的视图。

密封元件6被实施为使得其与上述两个壳体部4、5的尺寸相匹配，尤其是与第一壳体部4的第一表面4b和第二壳体部5的第二表面5b的尺寸相匹配。当组装起来时，密封元件6与第一壳体部4和第二壳体部5直接接触。可选地是，密封元件6可以包括至少一个圆形腔体6a。这种腔体增强了密封元件6的机械稳定性，特别是在感测组件1的安装过程期间。另外，密封元件6也可以在安装之前被至少部分地润滑。

图3以立体图示出了类似于图1中所示的用于容纳多个测量插入件2的安装组件1。在图3a中，组件1被示出为处于其已组装的状态，而在图3b中，能够看到拆卸后的组件1，以使更多细节可见。因此，已经讨论过的元件将不再讨论。

由于模块化，所以安装组件1能够容易地在现场组装或拆卸，这意味着接近过程进行组装和拆卸。测量插入件2以及其它部件是易于接近和/或可更换的。这又减少了使用安装组件1的过程的中断时间。此外，有利的是，在发生故障的情况下不是仅仅能够替换整个安装组件1。而是，本发明有助于移除或更换表现出故障的单个部件。这进而节约了成本。

参考符号

1 安装组件

2，2.1，2.2 测量插入件

3 壳体

4 第一壳体部

4a 第一腔室

4b 第一壳体部的第一表面

5 第二壳体部

5a 第二腔室

5b 第二壳体部的第二表面

6 密封元件

6.1-6.5 密封元件的开口

6a 圆形腔体

7 连接装置

8 过程连接部圆形的

Claims (16)

1.一种模块化安装组件(1)，至少包括：

组件壳体，所述组件壳体用于容纳测量插入件(2)的至少一部分，所述壳体至少包括第一壳体部(3)和第二壳体部(5)，

其中，第一腔室被设置在所述第一壳体部(3)中，以及

第二腔室，所述第二腔室被设置在所述第二壳体部(5)中，

密封元件(8)，所述密封元件具有至少一个开口，所述测量插入件(2)穿过所述至少一个开口行进，以及

杆状测量插入件(2)，所述杆状测量插入件(2)用于感测介质的过程变量，所述测量插入件(2)包括用于感测所述过程变量的感测元件，并且所述测量插入件(2)穿过所述壳体部(3、5)中的至少一个和所述密封元件(8)行进，

其特征在于

所述组件(1)包括连接装置(7)，所述连接装置(7)用于经由所述密封元件(8)将所述第一壳体部(3)与所述第二壳体部(5)可拆卸地连接起来，

其中，所述测量插入件(2)至少部分地被紧固在所述密封元件(8)的所述开口中，

其中，所述组件被实施用以在所述第一壳体部处泄漏的情况下将所述第一壳体部相对于所述第二壳体部密封，并且

其中，所述密封元件(8)用于将所述第二腔室相对于所述第一腔室密封，并且将所述第一腔室和所述第二腔室相对于所述安装组件(1)的外部环境密封。

2.根据权利要求1所述的安装组件(1)，

其中，所述第一壳体部(3)具有过程连接部(4)，所述过程连接部(4)被布置在所述壳体部(3)的与所述第一壳体部(3)与所述第二壳体部(5)连接起来所在的一侧相反的一侧上。

3.根据权利要求1或2所述的安装组件(1)，

其中，至少一个壳体部(5)配备有至少一个感测元件，以用于监测所述壳体部(5)的所述腔室。

4.根据权利要求3所述的安装组件(1)，

其中，所述至少一个感测元件用于感测被容纳在所述腔室中的介质的密度、压力或化学成分。

5.根据权利要求1或2所述的安装组件(1)，

其中，所述测量插入件(2)以气体密封和/或液体密封的方式至少部分地被紧固在所述密封元件(8)的所述开口中。

6.根据权利要求1或2所述的安装组件(1)，

其中，所述连接装置(7)包括夹具连接器或法兰连接器。

7.根据权利要求1或2所述的安装组件(1)，

其中，所述密封元件(8)被布置在所述第一壳体部(3)的第一表面与所述第二壳体部(5)的第二表面之间，在所述安装组件(1)被组装起来的情况下，所述两个表面彼此面对。

8.根据权利要求7所述的安装组件(1)，

其中，至少所述第一表面或所述第二表面具有腔体，在所述腔体中布置有所述密封元件(8)。

9.根据权利要求1或2所述的安装组件(1)，

其中，所述密封元件(8)被构造成使得所述密封元件(8)用作过程中所包含的至少一个量的过滤器。

10.根据权利要求1或2所述的安装组件(1)，

其中，所述密封元件(8)至少部分地由金属、含石墨的化合物或合成材料构成。

11.根据权利要求1或2所述的安装组件(1)，

其中，所述测量插入件(2)包括用于感测所述介质的温度的感测元件。

12.根据权利要求7所述的安装组件(1)，

其中，所述测量插入件(2)被布置在保护性管中，所述保护性管穿过所述密封元件(8)的所述开口行进。

13.根据权利要求7所述的安装组件(1)，

还包括至少一个测量换能器，所述至少一个测量换能器被布置在所述测量插入件(2)的端部上，所述换能器用于处理至少所述介质的借助于所述测量插入件(2)确定的所述过程变量。

14.根据权利要求1所述的安装组件(1)，

其中，所述密封元件(8)用于以气体密封和/或液体密封的方式将所述第二腔室相对于所述第一腔室密封，并且将所述第一腔室和所述第二腔室相对于所述安装组件(1)的外部环境密封。

15.根据权利要求5所述的安装组件(1)，

其中，所述测量插入件(2)借助于以下至少一种被紧固：焊接、螺纹或密封。

16.根据权利要求10所述的安装组件(1)，

其中，所述合成材料为聚醚醚酮(PEEK)或LAVA。

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