CN112539872A - 用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱 - Google Patents

用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱 Download PDF

Info

Publication number
CN112539872A
CN112539872A CN202011001168.6A CN202011001168A CN112539872A CN 112539872 A CN112539872 A CN 112539872A CN 202011001168 A CN202011001168 A CN 202011001168A CN 112539872 A CN112539872 A CN 112539872A
Authority
CN
China
Prior art keywords
header tank
header
pressure
assembly
isolator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011001168.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112539872B (zh
Inventor
埃里克·彼得森
尼古拉斯·E·梅耶尔
大卫·M·斯特瑞
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rosemount Inc
Original Assignee
Rosemount Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rosemount Inc filed Critical Rosemount Inc
Publication of CN112539872A publication Critical patent/CN112539872A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112539872B publication Critical patent/CN112539872B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D16/00—Control of fluid pressure
    • G05D16/20—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means
    • G05D16/2006—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means
    • G05D16/2013—Control of fluid pressure characterised by the use of electric means with direct action of electric energy on controlling means using throttling means as controlling means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L—PIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00—Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
    • F16L55/07—Arrangement or mounting of devices, e.g. valves, for venting or aerating or draining
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0645—Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/142—Multiple part housings
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14—Housings
    • G01L19/145—Housings with stress relieving means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F15—FLUID-PRESSURE ACTUATORS; HYDRAULICS OR PNEUMATICS IN GENERAL
    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B2201/00—Accumulators
    • F15B2201/50—Monitoring, detection and testing means for accumulators
    • F15B2201/51—Pressure detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0002—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in ohmic resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0004—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in inductance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0005—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in capacitance

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Child & Adolescent Psychology (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

提供了一种用于过程流体压力变送器的压力封壳/集管箱组件。隔离体塞具有在其第一端处的隔离隔膜以及与其第一端间隔开的其第二端。隔离体塞具有将其第一端以流体方式联接到第二端的填充流体通路。集管箱具有被配置成承载压力传感器的其第一端和与其第一端间隔开的其第二端。集管箱具有从其第一端延伸到其第二端的至少一个电互连件。双轴支撑环设置在集管箱的外表面周围。双轴支撑环和集管箱在它们之间限定了锥形干涉界面。集管箱在第一焊接部处焊接到隔离体塞，并且双轴支撑环在与集管箱的第二端间隔开的位置处焊接到隔离体塞。

Description

用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱
技术领域
背景技术
工业过程流体压力变送器用于测量工业过程流体(诸如化学加工厂、纸浆加工厂、石油加工厂、制药加工厂、食品加工厂和/或其他流体加工厂中的浆液、液体、蒸汽或气体)的压力。工业过程流体压力变送器通常放置在过程流体附近或现场应用中。这些现场应用通常经受恶劣且变动的环境条件，这对这些变送器的设计人员提出了挑战。
许多过程流体压力变送器中的感测元件通常是基于电容或基于电阻的传感器。隔离隔膜通常用于将过程流体与电活性感测元件分离，由此防止过程流体(该过程流体有时可能是状况恶劣的、腐蚀性的、脏的、被污染的、或处于极高的温度下)与压力变送器的电气部件相互作用。
一般而言，所述过程流体作用在隔离隔膜上，从而产生隔离隔膜的偏转，该偏转使隔膜后面的基本上不可压缩的填充流体移动或以其他方式使其移位，这产生压力传感器的感测隔膜的相关联的运动。压力传感器具有随所施加的压力而变化的电气特性，诸如电容或电阻。使用所述过程流体压力变送器内的测量电路来测量所述电气特性，以便提供与过程流体压力相关的输出信号。输出信号还可以根据已知的工业标准通信协议进行格式化，并且传送经过过程通信回路到其他现场设备或过程控制器。
直列式过程流体压力变送器通常具有单个过程流体压力入口，该单个过程流体压力入口可以被联接到过程流体压力的源并且提供所述过程流体压力的指示。这种指示可以是相对于大气的(诸如仪表指示)或者是相对于真空的(诸如绝对压力测量)。经受较高的最大工作压力(MWP)的直列式压力变送器展现了特殊的设计挑战。仅仅提供能够承受最大工作压力的单个应用的结构可能不足够稳固或鲁棒以承受重复偏移或漂移到最大工作压力或超过最大工作压力的情况下的疲劳。因而，对于日益增长的高压市场(诸如海底油气井)，期望的是提供适合于在这种环境中在较高压力的情况下扩展使用的直列式过程流体压力变送器。
发明内容
提供了一种用于过程流体压力变送器的压力封壳/集管箱组件。隔离体塞具有在其第一端处的隔离隔膜以及与第一端间隔开的第二端。隔离体塞具有将第一端以流体方式联接到第二端的填充流体通路。集管箱即联箱(header)具有被配置成承载压力传感器的第一端和与第一端间隔开的第二端。集管箱具有从第一端延伸到第二端的至少一个电互连件。双轴支撑环设置在集管箱的外表面周围。双轴支撑环和集管箱限定了介于它们之间的锥形干涉界面。集管箱在第一焊接部处焊接到隔离体塞，并且双轴支撑环在与集管箱的第二端间隔开的位置处焊接到隔离体塞。
附图说明
图1是本发明的实施例特别有用的直列式过程流体压力变送器的示意性透视图。
图2是本发明的实施例特别适用的直列式过程压力变送器的框图。
图3是根据现有技术的直列式过程流体压力变送器的一部分的图解视图。
图4是根据本发明的实施例的用于直列式过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱设计的图解视图。
图5是根据本发明的实施例的集管箱焊接部的横截面的图解放大视图。
图6是根据本发明的实施例的温度作为凹穴深度的函数的温度的图表。
图7是根据本发明的实施例的、示出了相对于集管箱焊接部而产生的有益力矩的集管箱焊接部区域的放大图解视图。
图8是根据本发明的实施例的预测故障周期与封壳塞凹部深度的关系的图表。
图9是示出根据本发明的实施例的双轴支撑环的特征的横截面视图。
图10是根据本发明的实施例的FEA最大主应力与环干涉的关系的图表。
图11是根据本发明的实施例的针对于焊接部和机械加工部件的变动的环干涉的预测故障周期的图表。
图12是示出根据本发明的实施例的源自环状焊接部收缩的压缩预载荷的图解视图。
图13是根据本发明的实施例的示出了作为接头干涉的指示物的支座高度的图解横截面图。
图14是示出根据本发明的实施例的针对范围从0.0014”到0.0028”的干涉的KSI方面的各种爆裂范围的表格。
图15是根据本发明的实施例的制造高压封壳和集管箱的方法的流程图。
具体实施方式
图1是本发明的实施例特别有用的直列式过程流体压力变送器的图解透视图。压力变送器100包括过程流体连接器102，该过程流体连接器被配置成联接到过程流体的源104。在连接器102处引入的过程流体承靠于隔离隔膜上，该隔离隔膜将过程流体与压力传感器物理地隔离即以实体方式隔离，但是以其他方式将过程流体压力传送到安置于传感器主体106内的压力传感器。压力传感器(在图2中图解地示出)具有电气特性(诸如电容或电阻)，该电气特性由电子设备外壳108中的测量电路测量，并且由控制器使用合适的计算来转换成过程流体压力。过程流体压力可以经由穿过导管110而联接的线在过程通信回路上传送和/或经由显示器112而本地显示。进一步，在一些实施方式中，过程流体压力可以无线传送。
图2是本发明的实施例特别适用的直列式过程压力变送器100的图解视图。变送器电子设备被安置于电子设备外壳108内，并且包括通信电路114、电力电路118、控制器122、显示器112和测量电路124。
通信电路114安置于电子外壳108内，并且可以经由有线或无线连接而被联接到过程通信回路。通过联接到过程通信回路，通信电路114允许直列式过程压力变送器100根据工业标准过程通信协议进行通信。而且，在一些实施例中，变送器100可以经由其与过程通信回路的联接来接收用于操作的所有必需电力。因此，压力变送器100包括电力模块118，在一些实施例中，该电力模块联接到过程通信回路，以便向变送器100的所有部件供应合适的操作电力，如标记为“到全部”的附图标记120处所指示的那样。合适的过程通信协议的示例包括可寻址远程传感器高速通道
Figure BDA0002694368240000041
协议、FOUNDATIONTM现场总线协议等。此外，本发明的实施例包括无线过程通信，诸如根据IEC 62591(无线HART)进行的无线过程通信。
控制器122联接到通信电路114以及测量电路124，并且被配置成使测量电路124提供源自压力传感器126的数字指示或测量。这个数字指示被处理或以其他方式操作，以产生过程压力值，控制器122经由通信电路114将该过程压力值通信传送给其他合适的设备。在一些实施例中，控制器122可以是微处理器。本地显示器(诸如显示器112)也可以显示所述过程流体压力或其他合适的量。
本发明的实施例总体上源于对用于高压应用的现有技术的详细分析和深入理解。在描述所标识的问题的各种解决方案中的一些之前，首先描述目前的结构和对其进行改进的机会将是有用的。
图3是根据现有技术的直列式过程流体压力变送器的一部分的图解视图。图3示出了具有过程连接器202的过程部分200，该过程连接器被配置成安装到或者以其他方式联接到经由过程流体入口204进入的过程流体的源。过程流体承靠于隔离隔膜206上，并且过程流体的压力引起隔离隔膜的移动，并且因而引起隔离流体在通路208内的移动。通路208与腔室210以流体方式联接，压力传感器212位于该腔室内。因此，在过程流体承靠于隔离隔膜206上时，这种压力通过填充流体被传送到压力传感器212，该压力在所述压力传感器处被感测。如可见的，隔离体塞214被配置成经由外螺纹216以螺纹方式接合在过程连接器202内。
压力传感器212被安装到集管箱218上。集管箱218经由收缩配合过程而被安装在隔离体塞214中，以将压力传感器212封闭在腔室210内。最后，焊接部220被施加在集管箱218的端部周围，以便将集管箱218结合并且密封到隔离体塞214的上部区域215。如下文将更详细地阐述的，可以改进现有技术的构造。更具体地，据信本文中所提供的实施例将便利于提供高压封壳和集管箱设计，该高压封壳和集管箱设计不仅提供较高的工作压力范围，而且这样做同时还易于制造并具有较高的内部品质。据信这些改进能够解决焊接疲劳和/或玻璃密封压缩，如将在下面更详细描述的。
关于图3所示的现有技术设计在其涉及到可清洁性时可能是一个挑战，部分是由于较深的销阱。当玻璃装配即玻化组件破裂时，这种破裂的玻璃使得较难以从组件中充分清除污染物。用于产生焊接部220(图3中示出)的过程期间出现的高的热应力、结合源自热收缩配合的残余应力，引起了在集管箱体材料中形成表面裂纹。这种裂纹的潜在产生通常要求在封壳制造结束时对所有零件进行100％的目视检查，以防止任何严重开裂的单元进一步进入生产而不被返工或丢弃。焊接过程期间可能出现的另一困难是，对端口实施密封的钎焊料(例如图3中示出的填充管222)由于其靠近于焊接部而被加热到钎焊料大量回流的温度。这是不期望的，并且也不被认为是用于钎焊接头的最佳实践。
在理解先前的设计和由这种设计带来的挑战的情况下，本发明的实施例不仅移除了热收缩配合操作，而且将集管箱/隔离体塞焊接部移动到不太可能有害地影响集管箱玻璃装配(或玻化组装)和/或钎焊的位置。
图4是根据本发明的实施例的用于直列式过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱设计的图解视图。系统300与系统200有一些相似性，并且对相似的部件相似地进行编号。如图所示，系统300包括具有过程流体入口204和隔离隔膜206的过程连接器202。另外，隔离体塞314具有靠近隔离隔膜206的第一端315和与第一端315间隔开的第二端317。填充流体通路319将第一端315以流体方式联接到第二端317。隔离体塞314被配置成以与隔离体塞214(图3中示出)接合过程连接器202大致相同的方式来以螺纹方式接合过程连接器202。然而，集管箱318联接到隔离体塞314的方式显著地不同于图3中示出的设计。特别地，集管箱318在靠近于隔离体塞314的第二端317的集管箱焊接部320处焊接到隔离体塞314。在一个实施例中，焊接部320是激光焊接部。在另一实施例中，焊接部320可以是凸焊焊接部。在又一实施例中，焊接部320是激光焊接部和凸焊焊接部的组合。优选地，焊接部320是全熔透焊接部。然而，本文描述的实施例可以在焊接部320是部分熔透焊接部的情况下实现。
焊接部320环绕集管箱318并且将集管箱318密封到隔离体塞314上。因此，集管箱焊接部320是完全地包围即外接于介于集管箱318与隔离体塞314之间的界面的连续焊接部。在双轴支撑环322放置在组件上之前，产生焊接部320。
集管箱318被配置成承载或以其他方式安装压力传感器，从而使得压力传感器能够操作地联接到过程流体压力。集管箱318还包括利用玻璃或另一合适的高压材料加以密封的一个或更多个高压电馈通件。此外，集管箱318还包括填充流体通路，该填充流体通路被配置成允许填充流体在过程流体压力变送器的组装期间被引入到通路319中。
一旦集管箱焊接部320产生，双轴支撑环322在由箭头326指示的方向上滑过集管箱318的外径324，然后向下按压在集管箱318上，直到该双轴支撑环322接触塞314。另外，如由放大的角度328所示，介于集管箱318的外径与双轴支撑环322的内径之间的界面被配置成产生锥形干涉配合并且提供自锁锥角。在一个实施例中，这种自锁锥角是沿轴向上每英尺为在径向方向上约1/4英寸。当双轴支撑环322放置在集管箱318上时，支撑环322在靠近焊接部320并且与集管箱318的上表面间隔开的环状焊接部330处被焊接到隔离体塞314。
图5是集管箱焊接部320的横截面的图解放大视图。箭头350指示焊接部320上的应力集中的部分。另外，箭头352指示大多数焊接缺陷的位置。集管箱径向焊接到封壳塞上，并且被设计成使焊接部完全穿透所述集管箱并且进入所述封壳塞中。通过实现这一点，通过将焊接部的根部(在该处，存在由于焊接部熔透和缺陷导致的较高变化)置于压缩状态来显著地改善焊接部的疲劳寿命。这也通过为关于图3所示出的设计提供较大范围(相比于+/-0.010”为+/-0.020”)的可接受焊接部熔透而有益于制造。此外，该设计通过促成焊接部熔透验证来改进制造，因为视觉检查可以容易地确定焊接部是否熔透到塞特征中。
为了减轻在焊接过程期间的温度暴露，焊接部320的放置和模凹穴D1的深度被设计成使得热载荷与系统的关键部件(诸如传感器、钎焊料和玻璃-金属密封件)充分地隔离。考虑到由D1模凹穴提供的可制造性改进，则在焊接过程期间温度实际上可以相当大地变化。
图6是根据本发明的实施例的作为凹穴深度的函数的温度的图表。期望的是将玻璃温度保持在310摄氏度以下。如可见的，这通常意味着至少0.14”的凹穴深度将达到期望的最高玻璃温度。
图7是根据本发明的实施例的、示出了相对于集管箱焊接部而产生的有益力矩的集管箱焊接部区域的放大图解视图。对于封壳塞设计，几何形状被改进为容纳所述集管箱和所述环，以及通过在介于隔离体塞与集管箱之间的空腔的中心中放置所述集管箱塞焊接部来改善疲劳寿命。在压力加载过程期间，将组装焊接部放置在所述空腔的中部会在焊接部的根部处产生压缩载荷，由此产生一种设计，使得即使在焊接部的根部处具有不完全的焊接部熔透或空隙或其他非理想情况，该设计也能工作。通过优化或改进孔直径和深度，引起了有益的力矩,如图7所示。有益的力矩由箭头370指示，其将焊接部的根部置于压缩状态。据信这将在高压的情况下降低在位置350(如图5所示)处的所述焊接部的应力，且进一步改善疲劳寿命。
图8是根据本发明的实施例的预测故障周期与封壳塞凹部深度的关系的图表。图8示出了集管箱焊接部的疲劳寿命(以预测疲劳周期的形式)与封壳塞凹部深度的关系。通过调整封壳塞凹部深度，则可以显著地改善焊接接头(通常是最薄弱的环节)的疲劳寿命。另外，可以在组装前检查机械加工部件中是否存在可能降低机械加工部件的疲劳寿命的缺陷。
图9是示出根据本发明的实施例的双轴支撑环的特征的横截面图。本发明的实施例的重要元素之一是利用双轴支撑环322。如图所示，双轴支撑环322经由界面327处的锥形压配合而被组装到集管箱318上，这确保了在双轴支撑环322与集管箱318之间的密切接触。如箭头329处所指示的，这种类型的配合为玻璃密封增加了额外的压缩，并且防止受压区域弯曲，两者能够实现较高的爆裂压力和较长的疲劳寿命。所示出的实施例使用1/4英寸/英尺的锥角，该锥角是标准锥角并且提供固有的自锁。自锁接头是表面之间的摩擦系数大于分离所需的回缩力的结果。为了实现这种情况，小于7度的任何角度被认为是“自锁”的。为了最终安装到壳体中，环322在其外径处包含螺纹331，这些螺纹用于将封壳组件安装到变送器壳体中。另外，图9示出了双轴焊接环322，该双轴焊接环具有呈半径形式的边缘断裂部或折边333，该边缘断裂部或折边被配置成在组装期间防止材料犁翻。此外，焊接环322也包括释放部分335，该释放部分具有比集管箱318的外径更大的内径。源自锥形压配合的干涉引起向内的压缩应力，该压缩应力用于通过抵消所述结构的经加压腔室并且为玻璃-金属密封件提供额外的支撑来实现高压能力，由此允许实现较高的压力。为了防止玻璃装配应力或玻化组装应力过大，则环干涉被设计成用于将玻璃的拉伸应力保持在最大可允许拉伸极限以下。由于该锥度，双轴支撑环322还可以承载集管箱318的在轴向方向上的载荷，进一步减小焊接部320上的应力。轴向载荷由箭头323指示。
图10是根据本发明的实施例的FEA最大主应力与环干涉的关系的图表。如图所示，范围从预应力到0.0024的所有环干涉值导致小于最大可允许玻璃装配应力/最大可允许玻化组装应力的FEA最大主应力。因此，据信可以在不会损坏或以其他方式影响玻璃的情况下实现有用的干涉配合。应当注意的是，本文描述的一些实施例是关于特定尺寸而加以描述的。提供这样的描述只是为了示出真实世界的示例和部件的相对大小。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，可以在各种尺寸和形状方面进行改变。
除了为玻璃-金属密封件提供支撑，双轴环还通过针对内部压力抵消集管箱的弯曲来使得疲劳性能受益。这降低了在集管箱318和集管箱焊接部320两者中的交变应力。为了获得额外的益处，该锥度还允许外部环状焊接部与内部集管箱焊接部之间较为有效的轴向载荷分担，从而进一步提供如上所描述的疲劳寿命。
图11是根据本发明的实施例的FEA预测疲劳寿命与环干涉的关系的图表。如可见的，在0.0024的环干涉的情况下，焊接部的预测疲劳周期超过800000个周期。因此，据信本文所阐述的本发明的实施例将不仅提供较高的工作压力，而且还提供具有改进的功能寿命的更稳健/鲁棒的结构。
图12是示出根据本发明的实施例的源自环状焊接部收缩的压缩预载荷的图解视图。如上所阐述的那样，本文描述的实施例通常提供被焊接到隔离体塞的双轴环。除了保护集管箱焊接部的轴向应变免受内部压力的影响，焊接双轴环还能够实现集管箱和集管箱焊接部在焊接过程之后的冷却期间由于焊接部330的热收缩而被以压缩的方式预加载。焊接部320上的这种压缩预载荷为疲劳和高压保持提供了多得多的额外益处。图12图示了由焊接部330的冷却期间的收缩引起的焊接部330上的拉伸载荷400。这导致焊接部320上的压缩载荷401。
因为双轴环不是过程润湿部件，所以它不受NACE要求的影响。如此，这个部件可以由高强度材料制成，诸如17-4PH或Inconel 718。如果将要使用17-4PH，则推荐进行H1150热处理以提供最高等级的抗腐蚀性、抗应力腐蚀开裂性和可焊性。除了能够承受由干涉配合引起的环向应力的能力，两个配合的表面之间的这种不同的硬度使得压配合免于磨损或脱落。为了进一步降低安装期间材料脱落的风险，将边缘断裂部或折边333(图9中示出)(诸如半径或边缘锥度)机械加工到双轴环322中。据信，由两种软材料(316L-316)构成的压配合会受到严重磨损的影响，从而导致减小和受损的干涉配合。因此，如果锥角稍微不匹配，则这种不同的硬度是有益的，因为较软的材料将弹性地适形于较硬表面的轮廓。
图13是根据本发明的实施例的示出了作为接头干涉的指示物的支座高度的示意性横截面图。本发明实施例的另一益处是，通过测量锥形接合处的支座高度，可以容易地推断出接头的干涉。优选地，使用塞规，可以确定在锥形接合处介于双轴支撑环和隔离体塞之间的支座高度(间隙)。图13是测量在双轴环322与隔离体塞314之间的支座高度的图解视图。在1/4英寸/英尺标准锥度的情况下，环的每0.100”的行程等于0.002”直径干涉。这允许先前知道有效干涉以提供设计的重要度量，该度量可以用于在安装所述组件之前确定干涉是否在期望的范围内。
图14是示出根据本发明的实施例的针对范围从0.0014”到0.0028”的干涉的KSI方面的各种爆裂范围的表格。测试本发明的实施例以相对于干涉的差异来确定爆裂压力。如可见的，即使对于最小干涉，爆裂范围也超过50KSI。
图15是根据本发明的实施例的制造高压封壳和集管箱的方法的流程图。方法500开始于框502处，其中隔离体塞(诸如隔离体塞314(图4中示出))与集管箱(诸如集管箱318(图4中示出))被放置在一起。接下来，在框504处，将隔离体塞和集管箱焊接在一起。这种焊接不仅将隔离体塞和集管箱机械地紧固在一起，还密封了它们之间的界面。一旦集管箱和隔离体塞被焊接在一起，方法500继续进行到框506，其中双轴支撑环(诸如环322(图4中示出))滑过集管箱的外径。如上所阐述的，这个界面是锥形的，以便自锁。在一个实施例中，锥形界面具有每12英寸轴向变化的0.25英寸径向变化。然而，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，可以对锥角作出变化。此外，双轴支撑环和集管箱可以被制成(经由材料选择和/或热处理)具有彼此不同的硬度。接下来，在框507处，安装所述支座以确保必需的干涉量。然后将焊接环按压在集管箱上，直到所述支座高度降至零。
接下来，在框508处，双轴焊接环被焊接到隔离体塞。
尽管已经参照优选的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。如上所阐述，已经针对特定尺寸描述了一些实施例。提供这样的描述只是为了例示真实世界的示例和部件的相对大小。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，可以在各种尺寸和形状上进行改变。

Claims (24)

1.一种用于过程流体压力变送器的压力封壳/集管箱组件，所述组件包括：
隔离体塞，所述隔离体塞具有在其第一端处的隔离隔膜和与其第一端间隔开的其第二端，所述隔离体塞具有将其第一端以流体方式联接到其第二端的填充流体通路；
集管箱，所述集管箱具有被配置成承载压力传感器的其第一端和与其第一端间隔开的其第二端，所述集管箱具有从其第一端延伸到其第二端的至少一个电互连件；
双轴支撑环，所述双轴支撑环设置在所述集管箱的外表面周围，并且所述双轴支撑环和所述集管箱在它们之间限定了锥形干涉界面；以及
其中所述集管箱在第一焊接部处焊接到所述隔离体塞，并且所述双轴支撑环在与所述集管箱的第二端间隔开的位置处焊接到所述隔离体塞。
2.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述锥形干涉界面被配置成产生自锁界面。
3.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述锥形干涉界面具有轴向方向上每12英寸的径向方向上0.25英寸的锥度。
4.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述锥形干涉界面被配置成提供0.0015英寸至0.0024英寸之间的干涉。
5.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述双轴焊接环被配置成提供模凹穴，当所述双轴支撑环被焊接到所述隔离体塞时，所述模凹穴将热载荷与所述集管箱隔离。
6.根据权利要求5所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述模凹穴具有大于0.12英寸的深度。
7.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述双轴焊接环具有与所述隔离体塞的材料硬度相比不同的材料硬度。
8.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述双轴焊接环包括边缘断裂部，所述边缘断裂部被配置成在组装期间防止材料犁翻。
9.根据权利要求8所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述边缘断裂部是半径。
10.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述双轴焊接环被配置成沿径向压缩所述集管箱。
11.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述双轴支撑环由17-4PH形成。
12.根据权利要求11所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述双轴支撑环针对条件H1150进行热处理。
13.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述集管箱由316L不锈钢构成。
14.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述隔离体塞由316L不锈钢形成。
15.根据权利要求1所述的压力封壳/集管箱组件，其中所述隔离体塞由合金C-276形成。
16.一种过程流体压力变送器，包括：
具有过程流体连接器的过程部分，所述过程流体连接器被配置成联接到过程流体的源；
螺纹连接到所述过程部分的隔离体塞，所述隔离体塞具有在其第一端处的隔离隔膜和与其第一端隔开的其第二端，所述隔离体塞具有设置在将其第一端以流体方式连接到其第二端的填充流体通路内的填充流体；
集管箱，所述集管箱具有被配置成承载压力传感器的其第一端和与其第一端间隔开的其第二端，所述集管箱具有从其第一端延伸到其第二端的至少一个电互连件；
双轴支撑环，所述双轴支撑环设置在所述集管箱的外表面周围，并且所述双轴支撑环和集管箱在它们之间限定了锥形干涉界面；
其中所述集管箱在第一焊接部处焊接到所述隔离体塞，且所述双轴支撑环在与所述集管箱的第二端间隔开的位置处焊接到所述隔离体塞；以及
控制器，所述控制器能够操作地联接到所述压力传感器，并且被配置成基于来自所述压力传感器的信号提供过程流体压力输出。
17.根据权利要求16所述的过程流体压力变送器，其中所述双轴焊接环具有外螺纹部分，所述外螺纹部分被配置成在所述过程流体压力变送器的传感器主体内。
18.根据权利要求16所述的过程流体压力变送器，其中所述控制器通过测量电路能够操作地联接到所述压力传感器，所述测量电路经由所述至少一个电互连件而电联接到所述压力传感器。
19.根据权利要求16所述的过程流体压力变送器，还包括回路通信电路，所述回路通信电路联接到所述控制器，并且被配置成根据过程工业通信协议来通信传送所述过程流体压力输出。
20.一种制造用于过程流体压力变送器的压力封壳/集管箱组件的方法，所述方法包括：
提供承载压力传感器的集管箱，所述集管箱由金属形成并且具有穿过其中的至少一个互连件；
提供隔离体塞，所述隔离体塞具有在第一端处的隔离隔膜且具有与所述第一端间隔开的第二端，所述隔离隔膜包括将所述第一端以流体方式联接到所述第二端的填充流体通路；
靠近于所述隔离体塞的第二端，将所述集管箱焊接到所述隔离体塞；
提供双轴焊接环，所述双轴焊接环被配置成与所述集管箱的外表面产生锥形干涉配合；
将所述双轴焊接环放置在所述集管箱周围以接合所述锥形干涉配合；以及
将所述双轴焊接环焊接到所述隔离体塞。
21.根据权利要求20所述的方法，其中将所述集管箱焊接到所述隔离体塞使得所述集管箱密封到所述隔离体塞。
22.根据权利要求20所述的方法，其中靠近于所述隔离体塞的第二端发生将所述双轴焊接环焊接到所述隔离体塞。
23.根据权利要求20所述的方法，还包括在将所述双轴焊接环焊接到所述隔离体塞之后，检查所述锥形干涉配合的干涉程度。
24.根据权利要求20所述的方法，其中检查所述干涉程度包括测量所述双轴焊接环与所述隔离体塞之间的支座高度。
CN202011001168.6A 2019-09-23 2020-09-22 用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱 Active CN112539872B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/579,056 2019-09-23
US16/579,056 US11262771B2 (en) 2019-09-23 2019-09-23 High pressure capsule and header for process fluid pressure transmitter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112539872A true CN112539872A (zh) 2021-03-23
CN112539872B CN112539872B (zh) 2023-03-28

Family

ID=74880839

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011001168.6A Active CN112539872B (zh) 2019-09-23 2020-09-22 用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱
CN202022097451.5U Withdrawn - After Issue CN213516162U (zh) 2019-09-23 2020-09-22 用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202022097451.5U Withdrawn - After Issue CN213516162U (zh) 2019-09-23 2020-09-22 用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11262771B2 (zh)
EP (1) EP4034854A4 (zh)
JP (1) JP2022548989A (zh)
CN (2) CN112539872B (zh)
CA (1) CA3152053C (zh)
WO (1) WO2021061409A1 (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11262771B2 (en) * 2019-09-23 2022-03-01 Rosemount Inc. High pressure capsule and header for process fluid pressure transmitter

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020178822A1 (en) * 2000-10-24 2002-12-05 Nelson Scott D. Process connection for in-line pressure transmitter
JP2005308397A (ja) * 2004-04-16 2005-11-04 Saginomiya Seisakusho Inc 圧力センサ
CN102297742A (zh) * 2010-05-27 2011-12-28 森萨塔科技公司 压力传感器
CN104075838A (zh) * 2013-03-29 2014-10-01 株式会社不二工机 压力传感器
CN106197823A (zh) * 2015-03-30 2016-12-07 罗斯蒙特公司 针对高压应用的管道内过程流体压力变送器
EP3193148A1 (en) * 2016-08-18 2017-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Pressure sensor
CN213516162U (zh) * 2019-09-23 2021-06-22 罗斯蒙特公司 用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4068206A (en) * 1976-06-25 1978-01-10 Midland-Ross Corporation Pressure-sensing semiconductor transducer
US4970898A (en) * 1989-09-20 1990-11-20 Rosemount Inc. Pressure transmitter with flame isolating plug
SE516716C2 (sv) * 1994-04-14 2002-02-19 Mks Instr Tryckgivare för mätning av trycket hos en fluid
BR9608026A (pt) * 1995-04-28 1999-05-04 Rosemount Inc Transmissor conectável a uma linha de processo e conjunto para fixação de um sensor de pressão
US5948988A (en) * 1998-05-27 1999-09-07 Honeywell Inc Pressure transducer with flame arrester
EP1128172B1 (de) * 2000-02-22 2011-04-06 Endress + Hauser GmbH + Co. KG Drucksensor
JP2004132726A (ja) * 2002-10-08 2004-04-30 Denso Corp 圧力センサ
JP4185477B2 (ja) * 2004-07-23 2008-11-26 長野計器株式会社 圧力センサ
US8042401B2 (en) * 2008-06-12 2011-10-25 Rosemount, Inc. Isolation system for process pressure measurement
US8156816B2 (en) * 2010-05-27 2012-04-17 Sensata Technologies, Inc. Pressure sensor
US8485040B2 (en) * 2011-03-14 2013-07-16 Rosemount Inc. Flame arrestor for process transmitter
US8863580B2 (en) * 2011-05-05 2014-10-21 Rosemount Inc. Process fluid pressure transmitter with replaceable atmospheric vent filter
KR102009043B1 (ko) * 2011-09-02 2019-08-08 가부시기가이샤 후지고오키 압력 센서
JP6425723B2 (ja) * 2013-07-19 2018-11-21 ローズマウント インコーポレイテッド ２ピース式の隔離プラグのある隔離部品を有する圧力伝送器
CN107209076B (zh) * 2015-09-30 2020-06-12 罗斯蒙特公司 具有超压保护的压力变送器
JP2017146137A (ja) * 2016-02-16 2017-08-24 株式会社不二工機 圧力検出ユニット及びこれを用いた圧力センサ、並びに圧力検出ユニットの製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020178822A1 (en) * 2000-10-24 2002-12-05 Nelson Scott D. Process connection for in-line pressure transmitter
JP2005308397A (ja) * 2004-04-16 2005-11-04 Saginomiya Seisakusho Inc 圧力センサ
CN102297742A (zh) * 2010-05-27 2011-12-28 森萨塔科技公司 压力传感器
CN104075838A (zh) * 2013-03-29 2014-10-01 株式会社不二工机 压力传感器
CN106197823A (zh) * 2015-03-30 2016-12-07 罗斯蒙特公司 针对高压应用的管道内过程流体压力变送器
EP3193148A1 (en) * 2016-08-18 2017-07-19 Siemens Aktiengesellschaft Pressure sensor
CN213516162U (zh) * 2019-09-23 2021-06-22 罗斯蒙特公司 用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱

Also Published As

Publication number Publication date
CN112539872B (zh) 2023-03-28
US11262771B2 (en) 2022-03-01
CN213516162U (zh) 2021-06-22
CA3152053C (en) 2024-04-23
EP4034854A1 (en) 2022-08-03
EP4034854A4 (en) 2023-10-11
JP2022548989A (ja) 2022-11-22
US20210089063A1 (en) 2021-03-25
WO2021061409A1 (en) 2021-04-01
CA3152053A1 (en) 2021-04-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9010191B2 (en) Pressure sensor module for sub-sea applications
EP3278076B1 (en) In-line process fluid pressure transmitter for high pressure applications
US6506083B1 (en) Metal-sealed, thermoplastic electrical feedthrough
JP6006426B2 (ja) 充填管を備える圧力送信器
JP6438587B2 (ja) ばね活性化されたシールリングを有する電磁流量計流管アセンブリ
US9689769B2 (en) Pressure transmitter having an isolation assembly with a two-piece isolator plug
CN207456671U (zh) 压差传感器模块
CN1182479A (zh) 带高压隔离体装配件的压力变送器
EP2124030B1 (en) Pressure sensor apparatus with a fluid isolating element
US7526962B1 (en) High pressure delta P sensor
CN107923806B (zh) 压力传感器装置和具有该压力传感器装置的用于过程仪表设备的测量变换器
CN213516162U (zh) 用于过程流体压力变送器的高压封壳和集管箱
CN104515546A (zh) 用于经受高工作压力的压力变送器的过程流体压力传感组件
EP3224449B1 (en) Subsea sensor hub
CN107271098B (zh) 压力传感器
WO2023142050A1 (en) Sensing device having split port geometry
WO2013172717A1 (en) Pressure measurement sensor head

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant