CN1993578A - 双腔孔板装置本体 - Google Patents

Abstract

一种双腔孔板装置，包括具有下腔的本体和具有上腔的顶盖，下腔与管道流体连通，上腔与该下腔流体连通。一种阀组件，关闭它用来液压隔绝上腔和下腔，打开它用来使孔板座能在这两个腔之间移动。当孔板座在下腔内时，它可以与管道的流孔对正。可把孔板座从该装置经由上腔移去。在优选实施例中，上腔或下腔中的至少一个具有非矩形横截面。本体和顶盖也可以具有弯曲的外表面以适应内腔的非矩形横截面。

Description

双腔孔板装置本体

技术领域

本发明涉及一种用于监测管道内的流体流特性的设备，且特别涉及双腔孔板装置(dual chamber orifice fitting)。更准确地，本发明的实施例涉及一种用于双腔孔板装置的改进型本体的设计。

背景技术

在管道作业和其它工业应用中，流量计用于测量穿过管道截面的气体或液体流的体积流率。流量计具有许多不同形式。一种常见的流量计是孔板流量计，它包括连接到管道截面的孔板装置(orifice fitting)。孔板装置用于定向和支撑孔板，该孔板在管道截面上延伸并垂直于流体流方向。孔板通常是的薄板，它具有通常定位成与流体流同心的圆形开口或小孔。

在工作中，当流体流穿过管道截面到达孔板时，流体流被迫穿过孔板，因而该流体流的横截面流动面积缩小。由于连续性原理和能量守恒原理，当流体流穿过该小孔时流速增加。该速度的增加产生了跨越孔板的压差。测定的跨越孔板的压差可用于计算穿过管道截面的流体流的体积流率。

一种双腔孔板装置体现了一种特别的设计，使孔板能从装置中移去而不会妨碍穿过管道截面的流体流。很多年来，该特别设计的装置在本领域已经是已知的。为了所有的目的而以参考的方式并入这里的、1934授权的美国专利No.1996192描述了早期的双腔孔板装置。在今天的许多工业应用中，仍然使用大致上相同设计的装置。虽然该设计大致上保持未变，但工作条件不断扩大，现在，双腔装置可用于管道尺寸达直径48英寸和工作压力达10000磅/平方英尺的情况。

图1示出了常用双腔孔板装置12。孔板装置12包括本体16和顶盖18。本体16包围与管道内部34流体连通的下腔20。顶盖18包围上腔22，并借助螺栓17连接到本体16。孔30限定了把上腔22连接到下腔20的开口。阀座24通常连接到顶盖18，并提供与滑动阀板56的密封接合，该滑动阀板56可通过转动齿轮轴54可滑动地启动。下驱动件36和上驱动件38用于在装置12内竖直地移动孔板座32。

图中示出了孔板座32位于与孔34对正的测量位置。以下步骤用来把孔板座32从装置12移去。首先，转动齿轮轴54使得阀板56横向地滑动并离开阀座24，并打开孔30。在打开孔30后，启动下驱动件36使得孔板座32向上移动进入上腔22。在孔板座32完全位于上腔22内后，关闭孔30以使上腔与孔34和下腔20隔绝。然后可解除上腔20内的任何压力，并通过松开压板螺钉46，从顶盖18移去压板44和密封条40，可把孔板座32从装置12移去。

上腔22和下腔20被设计成适当的尺寸，以容纳上驱动件38和下驱动件36，从而使孔板座32能够竖直移动。下腔20也必须适应滑动阀板56的水平平动。为了容纳这些部件，在本体16和顶盖18内把下腔20和上腔22构造成大致为矩形横截面的空洞。空洞的大致形状一般地在用来制造顶盖和本体部件的铸造过程中形成。由于它们的尺寸和复杂性，这些铸件通常是双腔孔板组件中最昂贵的部件。

能减小顶盖和本体部件重量或生产这些部件所需的工艺的改进，可导致生产该装置的总成本的显著节省。因而，这里描述的实施例涉及一种用于双腔孔板装置的设备，该设备设法克服现有技术的这些和其它限制。

发明内容

一种双腔孔板装置，包括具有下腔的本体和具有上腔的顶盖，该下腔与管道流体连通，而该上腔与下腔流体连通。阀组件关闭可以液压隔绝上腔和下腔，阀组件打开可以允许孔板座在腔之间移动。当孔板座在下腔中时，它可以与管道的流孔对正。可以把孔板座从该装置经由上腔移开。在优选实施例中，上腔和下腔中的至少一个具有非矩形横截面。本体和顶盖也可具有弯曲的外表面，以适应内腔的非矩形横截面。

在一个优选实施例中，一个装置包括：具有下腔的本体部分，和连接到本体部分并具有上腔的顶盖部分，该下腔与管道流体连通，该上腔与下腔流体连通。上腔或下腔的至少一部分具有非矩形横截面。该装置包括适合于把上腔和下腔隔绝的阀和具有小孔的板，该板具有位于下腔内且与管道对正的第一位置和位于上腔内的第二位置。

在某些实施例中，上腔和/或下腔的一部分具有椭圆形横截面。顶盖或本体部分也可具有厚度大致恒定的壁。该装置还可包括顶盖部分上的上法兰和底部的下法兰，其中该上法兰和下法兰具有非矩形的螺栓模式(bolt pattern)。

在一个可选实施例中，双腔孔板装置包括：具有下腔的本体部分和具有上腔的顶盖部分，该下腔与管道流体连通而上腔与下腔流体连通。上腔或下腔的至少一部分具有内径可变的横截面。在一些实施例中，该装置也包括选择性地布置在下腔或上腔内的矩形横截面的孔板座。该半径可变的横截面可以是椭圆形，并且可以被厚度大致恒定的壁包围。

因此，本发明的实施例包括能使双腔孔板装置的运转显著改善的特征和优点的组合。结合附图阅读下面的本发明优选实施例的详细描述，本发明的这些特征和优点，以及各种其它特征和优点，对于本领域技术人员将是显然的。

附图说明

参考附图以便更详细地理解本发明，其中：

图1是现有技术的双腔孔板装置的局部剖视立体图；

图2是双腔孔板装置的立体图；

图3是图2中的装置的横截面正视图；

图4是图2中的装置的局部剖视立体图；

图5是图2中的顶盖的局部剖视立体图；

图6是双腔孔板装置的一个可选实施例的局部剖视立体图；

图7是图6中的本体的局部剖视立体图；和

图8是双腔孔板装置的另一可选实施例的立体图；和

图9是图8中的装置的横截面正视图。

具体实施方式

在下面的描述中，在说明书和附图中始终以相同的附图标记分别表示相同的部分。附图中的图形不一定按比例。本发明的某些特征可夸大比例示出，或以有点示意性的形式示出，并且，为了清楚和简明，可以不示出常规零件的一些细节。

现在参考图2和3，图中示出了双腔孔板装置100的一个实施例。装置100包括本体110和借助螺栓117联结的顶盖115。本体110包围下腔120并借助法兰125提供与管道内部的流体连通。塞子155密封本体110的下端。顶盖115包围上腔130并包括孔140，该孔140提供了上腔和下腔120之间的通道。阀组件135用于打开和关闭孔140。名为“Dual Chamber Orifice Fitting Valve，”(Atty.Ref.1787-14900)的美国专利申请10/848978描述了一种优选的阀组件，为了全部目的，该美国专利申请以参考的方式并入本文。

孔板座147支撑孔板149。上驱动组件145和下驱动组件150用于在下腔120和上腔130之间移动孔板座147。名为“Dual ChamberOrifice Fitting Plate Support，”(Atty.Ref.1787-15000)的美国专利申请10/849087描述了一种优选孔板座组件，因此，为了全部目的，该美国专利申请以参考的方式并入本文。

顶盖115包括用来与本体110连接的法兰160和包围上腔130的壁165。上腔130借助密封条170和密封条垫圈172与大气压隔绝，该密封条170和密封条垫圈172由压板175和压板螺钉177保持在适当位置。壁165支撑上驱动组件145并包括侧孔185，侧孔185提供了进入上腔130的通道。

图4示出了装置100的横截面立体图。内部部件已经移去，从而可看到本体110和顶盖115的特征。顶盖115包括具有弯曲的壁165的上腔130。弯曲的壁165为上腔130提供了非矩形横截面，该横截面的一部分可从图5看到。准确地仿效上腔130形状的壁165的外形围绕该腔提供了大致恒定的壁厚。壁165延伸进入具有螺栓模式190的法兰160。螺栓模式190被设定间隔使得可以用螺栓117连接顶盖115到具有相应螺栓模式的本体110。

现在参考图6，图中示出了具有本体210和顶盖215的装置200的一个可选实施例。顶盖215包围上腔230，上腔230具有非矩形横截面和弯曲的壁232，如那些结合图4和5描述的。本体210包括下腔220，该下腔220具有非矩形横截面和弯曲的壁240。本体210借助法兰225和焊接颈227提供与管道内部的流体连通。与上述的本体110相似，本体210也适合于支撑下驱动机构(未示出)和阀组件(未示出)，但在具有弯曲的壁240的下腔220中支撑这些部件。下腔220容纳标准的矩形孔板座，但把该腔的尺寸扩大到具有弯曲横截面的形状，图7示出了该横截面的一部分。在一些实施例中，该腔具有椭圆形横截面。在优选实施例中，壁240具有大致上恒定的厚度，形成了包围下腔220的、具有弯曲外形的本体210。

现在参考图8和9，图中示出了双腔孔板装置300的一个可选实施例。装置300包括本体310和顶盖315。本体310包围下腔320，并借助法兰325提供与管道内部的流体连通。顶盖315包围上腔330。轴335用于打开和关闭阀组件340，该阀组件340用于把下腔320从上腔330隔绝。阀组件340是该技术领域已知的滑动型的阀，并通过横向移动穿越孔而启动。轴345和350用于在下腔320和上腔330之间移动孔板座355。图8和9示出，具有弯面腔的装置可适合于不同类型的阀装置，包括旋塞阀、滑阀、球阀和其它类型的双腔和单腔孔板装置。

上述实施例包括具有弯曲横截面的上下腔。在某些实施例中，这些横截面是椭圆形的。也可使用其它非矩形横截面，如圆形，卵形和半径可变的曲线。同样可以理解的是，这些腔沿其整个长度可以具有不一致的横截面。所希望的是，改变该腔和/或壁的横截面，用来补偿穿过壁的贯穿或容纳内部设备。

本发明的一个重要方面是使用非矩形的上腔和/或下腔，这些腔相对于常用矩形横截面腔提供了多个优点。腔的非矩形横截面在包围该腔的整个壁上提供了比在矩形横截面情况下所可能的更加均衡的应力分布。通过有效地处理该应力分布，可在壁结构较薄的情况下维持满意的应力水平。较薄的壁结构需要更少的材料，从而可减小装置的总重量。较轻的装置减少了实现和制造该装置的成本。弯曲的壁结构也最小化了在加压情况下壁的挠曲，这提供了更高的可靠性，并允许腔壁和内部部件之间更严格的公差。

弯曲的壁也使得连接顶盖上的法兰和本体部件的螺栓能够均匀地间隔开，从而更容易接近该螺栓。壁厚的控制允许在各螺栓位置的周围提供足够的空间，从而使扳手和其它施加转距的工具可以接近螺栓。

在顶盖和本体的制造中，弯曲的腔也具有优点。通常，顶盖和本体是铸件。在铸造时，使用插入件在部件内部形成腔。由于常见的腔具有相对薄的矩形横截面，用于形成该腔的插入件由于铸造过程的强热而易于翘曲或移动。这种翘曲或移动引起不一致的铸件，并增加了制造过程的复杂性。较大的弯曲横截面腔需要较大的插入件来成形，并因而更不易形成铸造缺陷。

优选实施例涉及用来容纳双腔孔板装置的设备，而本发明的构思可用于不同形式的实施例。本发明的一些具体实施例在附图中示出，并将在此详细描述，条件是，本公开内容被认为是本发明原理的例证，而不是意图把本发明限制在这里所示出和描述的。特别地，本发明的各种实施例提供了许多不同的本体形状和形式，以改善整个本体中的应力分布。参考了本发明构思在带有旋塞阀装置的双腔孔板装置上的应用，但本发明构思的采用不限于这些应用，并且可用于包括其它双腔装置的任何其它应用，所述的其它双腔装置包括滑阀装置、锥形阀装置、球阀装置和其它使用矩形孔板座的孔板装置。公认的是，下面论述的这些实施例的不同训导可单独地或以任何合适的组合的方式用来产生希望的结果。

这里阐明的实施例仅是示例性的，并不限制本发明的范围或其中细节。应了解，可以对这里公开的进行许多其它修改和改进，而不会偏离本发明的范围或这里公开的发明构思。由于在这里教导的发明构思范围内可以构造许多变化的、不同的实施例，包括等效结构或此后考虑的材料，且由于可对根据法律的描述性要求在这里详细描述的实施例进行许多修改，应该理解，这里的细节被认为为是说明性的而没有限制意义。

权利要求书

(按照条约第19条的修改)

1.一种装置，包括：

本体部分，它具有与管道流体连通的下腔；

顶盖部分，它凭借上法兰连接到所述本体部分，该上法兰连接到布置在所述本体部分上的下法兰；

上腔，它布置在所述顶盖部分内，并与该下腔流体流通，其中该上腔或该下腔的至少一部分具有非矩形横截面，其中该横截面取为平行于该上法兰和下法兰；

阀，它适合于把该上腔从该下腔隔绝开；和

具有小孔的板，其中所述板选择性地布置在该上腔或该下腔中。

2.根据权利要求1的装置，其中所述板具有第一位置和第二位置，在第一位置时，所述板在该下腔内，在第二位置时，所述板在该上腔内。

3.根据权利要求2的装置，其中当所述板处于该第一位置时，该小孔与该管道对正。

4.根据权利要求1的装置，其中平行于该下法兰并穿过该下腔的至少一个平面限定椭圆形横截面。

5.根据权利要求1的装置，其中平行于该上法兰并穿过该上腔的至少一个平面限定椭圆形横截面。

6.根据权利要求1的装置，其中所述上法兰和下法兰具有相对应的非矩形螺栓模式。

7.根据权利要求1的装置，其中该顶盖部分还包括包围该上腔的弯曲的壁，其中该弯曲的壁绕垂直于该上法兰的轴线弯曲。

8.根据权利要求7的装置，其中该弯曲的壁具有内和外弯曲表面。

9.根据权利要求1的装置，其中该本体部分还包括包围该下腔的弯曲的壁，其中该弯曲的壁绕垂直于该下法兰的轴线弯曲。

10.根据权利要求9的装置，其中该弯曲的壁具有内和外弯曲表面。

11.一种双腔孔板装置，包括：

本体部分，它具有与管道流体连通的下腔；和

顶盖部分，它具有与该下腔流体连通的上腔，

上法兰，它布置在所述顶盖部分上，并连接到布置在所述本体部分上的下法兰；

其中该上腔或该下腔的至少一部分具有其内径相对该装置的中心可变的横截面，其中该横截面取为平行于该上法兰和下法兰。

12.根据权利要求11的装置，还包括孔板座，该孔板座选择性地布置在该上腔或该下腔中，其中所述孔板座具有矩形横截面。

13.根据权利要求11的装置，其中该上腔的一部分具有其内径相对于该装置的中心可变的横截面，其中该横截面取为平行于该上法兰。

14.根据权利要求13的装置，还包括具有大致恒定的厚度的壁，该壁包围该上腔的所述部分，该部分具有其内径相对该装置的中心可变的横截面。

15.根据权利要求13的装置，其中该上腔的一部分具有椭圆形横截面，其中该横截面取为平行于该上法兰。

16.根据权利要求11的装置，其中该下腔的一部分具有椭圆形横截面，其中该横截面取为平行于该下法兰。

17.根据权利要求16的装置，还包括具有大致恒定厚度的壁，该壁包围该下腔的所述部分，该部分具有其内径相对该装置的中心可变的横截面。

18.根据权利要求16的装置，其中该下腔的一部分具有椭圆形横截面，其中该横截面取为平行于该下法兰。

19.根据权利要求11的装置，其中所述上法兰和下法兰具有相对应的非矩形螺栓模式。

20.一种装置，包括：

本体部分，它具有与管道流体连通的下腔；

顶盖部分，它凭借上法兰连接到所述本体部分，该上法兰连接到布置在所述本体部分上的下法兰；

上腔，它布置在所述顶盖部分内，并与该下腔流体流通，其中该上腔和下腔都有至少一部分具有非矩形横截面，其中该横截面取为平行于该上法兰和下法兰；

阀，它适合于把该上腔从该下腔隔绝开；和

具有小孔的板，其中所述板选择性地布置在该上腔或该下腔中。

21.根据权利要求20的装置，其中所述板具有第一位置和第二位置，在第一位置时，所述板在该下腔内，在第二位置时，所述板在该上腔内。

22.根据权利要求20的装置，其中该上腔具有椭圆形的横截面。

23.根据权利要求20的装置，其中该下腔具有椭圆形的横截面。

24.根据权利要求20的装置，其中所述上法兰和下法兰具有相对应的非矩形螺栓模式。

25.根据权利要求20的装置，还包括：

包围该上腔的弯曲的壁；和

包围该下腔的弯曲的壁。

26.根据权利要求25的装置，其中该弯曲的壁具有内弯曲表面和外弯曲表面。

Claims (26)

1.一种装置，包括：

本体部分，它具有与管道流体连通的下腔；

顶盖部分，它连接到所述本体部分，并具有与该下腔流体连通的上腔，其中该上腔或该下腔的至少一部分具有由水平面限定的非矩形横截面；

阀，它适合于把该上腔从该下腔隔绝开；和

具有小孔的板，其中所述板选择性地布置在该上腔或该下腔中。

2.根据权利要求1的装置，其中所述板具有第一位置和第二位置，在第一位置时，所述板在该下腔内，在第二位置时，所述板在该上腔内。

3.根据权利要求2的装置，其中当所述板处于该第一位置时，该小孔与该管道对正。

4.根据权利要求1的装置，其中穿过该下腔的至少一个水平面限定椭圆形横截面。

5.根据权利要求1的装置，其中穿过该上腔的至少一个水平面限定椭圆形横截面。

6.根据权利要求1的装置，还包括在所述顶盖部分上的上法兰和在所述底部上的下法兰，其中所述上法兰和下法兰适合于相互连接并具有相对应的非矩形螺栓模式。

7.根据权利要求1的装置，其中该顶盖部分还包括包围该上腔的弯曲的壁。

8.根据权利要求7的装置，其中该弯曲的壁具有内外弯曲表面。

9.根据权利要求1的装置，其中该本体部分还包括包围该下腔的弯曲的壁。

10.根据权利要求9的装置，其中该弯曲的壁具有内外弯曲表面。

11.一种双腔孔板装置，包括：

本体部分，它具有与管道流体连通的下腔；和

顶盖部分，它具有与该下腔流体连通的上腔，其中该上腔或该下腔的至少一部分具有其内径相对该装置的中心可变的水平横截面。

12.根据权利要求11的装置，还包括孔板座，该孔板座选择性地布置在该上腔或该下腔中，其中所述孔板座具有矩形横截面。

13.根据权利要求11的装置，其中该上腔的一部分具有其内径相对于该装置的中心可变的水平横截面。

14.根据权利要求13的装置，还包括具有大致恒定的厚度、并包围该上腔的该部分的壁，该上腔具有其内径相对该装置的中心可变的水平横截面。

15.根据权利要求13的装置，其中该上腔的一部分具有椭圆形水平横截面。

16.根据权利要求11的装置，其中该下腔的一部分具有椭圆形水平横截面。

17.根据权利要求16的装置，还包括具有大致恒定的厚度、并包围该下腔的该部分的壁，该下腔具有其内径相对该装置的中心可变的水平横截面。

18.根据权利要求16的装置，其中该下腔的一部分具有椭圆形水平横截面。

19.根据权利要求11的装置，还包括在所述顶盖部分上的上法兰，和在所述底部上的下法兰，其中所述上法兰和下法兰适合于相互连接并具有相对应的非矩形螺栓模式。

20.一种装置，包括：

本体部分，它具有与管道流体连通的下腔；

顶盖部分，它连接到所述本体部分，并具有与该下腔流体连通的上腔，其中该上下腔都有至少一部分具有水平非矩形横截面；

阀，它适合于把该上腔从该下腔隔绝开；和

具有小孔的板，其中所述板选择性地布置在该上腔或该下腔中。

21.根据权利要求20的装置，其中所述板具有第一位置和第二位置，在第一位置时，所述板在该下腔内，在第二位置时，所述板在该上腔内。

22.根据权利要求20的装置，其中该上腔具有水平的、椭圆形的横截面。

23.根据权利要求20的装置，其中该下腔具有水平的、椭圆形的横截面。

24.根据权利要求20的装置，还包括在所述顶盖部分上的上法兰，和在所述底部上的下法兰，其中所述上法兰和下法兰适合于相互连接并具有相对应的非矩形螺栓模式。

25.根据权利要求20的装置，还包括：

包围该上腔的弯曲的壁；和

包围该下腔的弯曲的壁。

26.根据权利要求25的装置，其中该弯曲的壁具有内外弯曲表面。

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