JP2020523541A - リングタイプのジョイントにおける流れノイズを低減する装置及び方法 - Google Patents

Abstract

リングシール(１００)とリングジョイントガスケット(１２)を有するガスケットアセンブリ(１２０)が提供される。リングシール(１００)は、環状のシール本体(１０２)と、環状のシール本体(１０２)の外縁に配置され、該外縁を画定する環状の外側シール部分(１０６)とを備える。環状の内側シール部分(１０８)が環状のシール本体(１０２)の内側縁部上に配置され、該内側縁部を画定する。中央の穴(１０４)が環状の内側シール部分(１０８)の環状表面によって規定される。リングジョイントガスケット(１２)はリングシール(１００)の環状の外側シール部分(１０６)と係合する内面(１３)を有する。リングジョイントガスケットは、リング型ジョイントのフランジに挿入可能である。【選択図】図６

Description

本発明は、流体流れのコネクタに関し、特に流体の乱流を低減するリングタイプのジョイントに関する。

リングジョイントは、当初、石油産業で見られる高圧/高温用途向けに開発され、掘削及び完成装置の油田で使用されていた。しかし、今日では、このスタイルのジョイントは、バルブや配管アセンブリ、及びいくつかの高整合性圧力容器ジョイントに見られる。リングジョイントは、しばしば高圧用途に用いられ、しばしばガス流れ用途に用いられ、船舶や岸から離れた石油プラットフォームなどの腐食環境に特に適している。

このタイプの接続では、リング(多くの場合はステンレス鋼)を使用して、各フランジの溝をシールする。これらのリングは、精密機械加工フランジと組み合わせて使用するように構成された精密な工学要素である。残念なことに、このスタイルのシールはフランジ面の間に小さなギャップを作り、該ギャップはプロセス流体がフランジ面を横切るときに乱流を増加させる。十分に大きい速度では、環状の空洞が共振し、大量の流れノイズが流路に導入される。これは特にガス流れでよく見られる。精密計測に関連するリングジョイントの用途では、精度と再現性の両方が悪影響を受ける可能性がある。

実施形態に従って、リングジョイント内部のフランジ面の間に挿入可能なリングジョイントスペーサが配備される。このスペーサは、流体の乱流を低減し、当該技術分野の進歩が達成される。

一実施形態に従って、ガスケットアセンブリが提供される。ガスケットアセンブリはリングシールを備える。リングシールは、環状のシール本体と、環状のシール本体の外縁に配置され、該外縁を画定する環状の外側シール部分とを含む。環状の内側シール部分は、環状のシール本体の内側縁部上に配置され、該内側縁部を画定する。中央の穴は、環状の内側シール部分の環状表面によって規定される。リングシールの環状の外側シール部分と係合する内面を有するリングジョイントガスケットが提供され、リングジョイントガスケットは、リング型ジョイントのフランジに挿入可能である。

一実施形態に従って、ガスケットアセンブリを形成する方法が提供される。方法は、内面を有するリングジョイントガスケットを配備するステップを含む。リングシールはリングジョイントガスケット内に挿入され、リングシールは環状のシール本体と、環状のシール本体の外縁に配置され、該外縁を画定する環状の外側シール部分と、環状のシール本体の内側縁部上に配置され、該内側縁部を画定する環状の内側シール部分と、環状の内側シール部分の環状表面によって規定される中央の穴を備える。リングジョイントガスケットの内面は、リングシールの環状の外側シール部分と係合する。

態様
一態様に従って、ガスケットアセンブリはリングシールを備え、該リングシールは、環状のシール本体と、環状のシール本体の外縁に配置され、該外縁を画定する環状の外側シール部分と、環状のシール本体の内側縁部上に配置され、該内側縁部を画定する環状の内側シール部分と、環状の内側シール部分の環状表面によって規定される中央の穴を備え、リングジョイントガスケットはリングシールの環状の外側シール部分と係合する内面を有し、リングジョイントガスケットは、リング型ジョイントのフランジに挿入可能である。

好ましくは、リングジョイントガスケットは、ＢＸ、ＲＸ、ＳＲＸ、ＳＢＸ、ブリッジマン、デルタ、又はレンズタイプのガスケットで構成されている。
好ましくは、環状のシール本体は、環状の外側シール部分及び環状の内側シール部分のうちの少なくとも一方の幅よりも小さい幅を有する。
好ましくは、環状のシール本体は、環状の外側シール部分と環状の内側シール部分の両方の幅よりも小さい幅を有する。

好ましくは、環状の内側シール部分は、円錐台形の断面を有する。
好ましくは、錐台は、環状表面に対して約４５°の角度を成している。
好ましくは、錐台は、環状表面に対して約１０°と８０°の間の角度を成している。

一実施形態に従って、ガスケットアセンブリを形成する方法は、内面を有するリングジョイントガスケットを提供するステップと、リングジョイントガスケット内にリングシールを挿入するステップとを含み、リングシールは、環状のシール本体と、環状のシール本体の外縁に配置され、該外縁を画定する環状の外側シール部分と、環状のシール本体の内側縁部上に配置され、該内側縁部を画定する環状の内側シール部分と、環状の内側シール部分の環状表面によって規定される中央の穴を備える。リングジョイントの内面は、リングシールの環状の外側シール部分と係合する。

好ましくは、方法は、リングジョイントガスケットをリング型ジョイントのフランジに挿入するステップを含む。
好ましくは、リングジョイントガスケットは、ＢＸ、ＲＸ、ＳＲＸ、ＳＢＸ、ブリッジマン、デルタ、またはレンズタイプのガスケットで構成されている。
好ましくは、環状のシール本体を、環状の外側シール部分及び環状の内側シール部分のうちの少なくとも一方の幅よりも小さい幅を有するように形成するステップを含む。

好ましくは、環状のシール本体を、環状の外側シール部分及び環状の内側シール部分の両方の幅よりも小さい幅を有するように形成するステップを含む。
好ましくは、方法は、環状の内側シール部分を、円錐台形の断面を有するように形成するステップを含む。
好ましくは、方法は、錐台を環状表面に対して約４５°の角度を成すように形成するステップを含む。

好ましくは、方法は、錐台を環状表面に対して約１０°と８０°の間の角度を成すように形成するステップを含む。
好ましくは、方法は、リングジョイントガスケットを流量計のフランジ内に挿入するステップを含む。
好ましくは、方法は、リングガスケットとフランジによって規定される環状のギャップ内でリングシールを圧縮するステップを含む。
好ましくは、リングシールは環状のギャップを完全に埋める。

従来技術のリングジョイント要素の断面図である。 従来技術の八角形のリングジョイントガスケットを示す図である。 実施形態に従ったリングシールを示す図である。 図３のリングシールの断面図である。 図３及び図４のスペーサの拡大図である。 リングジョイント要素に設置された実施形態に従ったリングシールを示す。 リングジョイント要素に設置されたリングシールとリングジョイントガスケットを示す。 流量計に設置された実施形態に従ったリングシールの分解図である。

図３−図８及び以下の説明は、当業者に発明の最良の形態の実施形態を作成及び使用する方法を教示する特定の例を示す。本発明の原理を教示する目的のために、いくつかの従来の態様は簡略化または省略されている。当業者は、本明細書の範囲内に入るこれらの例からの変形を理解するであろう。当業者であれば、以下に説明する構成を多種の方法で組み合わせて、本発明の複数の変形例を形成できることを理解するであろう。その結果、以下に説明する実施形態は、後述する特定の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲及びその均等物によってのみ限定されるものである。

図１は、従来技術のリングジョイントアセンブリ１０の一部を示し、図２は、従来技術の八角形のリングジョイントガスケット１２を示す。楕円形のリングジョイントガスケット１４は、リングジョイントフランジ１８によって規定された溝１６に設置されている。用途に応じて、楕円形のガスケット１４の代わりに八角形のリングジョイントガスケット１２を使用してもよい。しかし、リングジョイントフランジ１８は通常、使用されている特定のタイプのリングジョイントガスケットを受け入れるように構成された溝１６を有する。例えば、デルタ、レンズ、及びブリッジマン型ガスケットなどの他の型のリングジョイントガスケットも当該技術分野で知られている。
実際に、２つのリングジョイントフランジ１８は、各リングジョイントフランジ１８によって画定されたフランジ穴２０を通る機械的留め具(図示せず)で互いに締結されている。リングジョイントガスケット１２は、各リングジョイントフランジ１８の溝１６を埋めてシールする。

締結具が締められると、リングジョイントガスケット１２は溝１６に押し込まれ、変形してフランジとフランジの接合部をシールする。ジョイントの幾何学的形状と材料の選択によっては、プロセスラインの圧力がリングジョイントガスケット１２の変形を促進し、自己活性化シールとして機能する。理想的には、フランジの変形を防ぐために、リングジョイントガスケット１２の硬度は、リングジョイントフランジ１８の硬度よりも低くなければならない。高い応力は、オイルやガスなどの高圧流体をシールするための緊密なシールを提供する。
リングジョイントガスケットは、通常、耐腐食性に欠ける低炭素鋼又は低合金鋼、またはステンレス鋼やニッケルベースの耐食合金などの耐食鋼で作られている。

図３−図５は、実施形態に従ったリングシール１００を示す。リングシール１００は、中央の穴１０４をその中に有する環状のシール本体１０２を備える。リングシール１００は、環状の外側シール部分１０６と環状の内側シール部分１０８とを含む。実施形態において、リングシール１００は、例えばポリテトラフルオロエチレンなどの準弾性材料で作られているが、これに限定されない。高い弾性又は低い弾性のゴム、プラスチック、熱可塑性化合物、およびポリマーも考えられる。更に、金属、セラミック、ガラス、複合材料も考えられる。金属を用いる実施形態において、リングシール１００は、例えば、銀、スズ、鉛、およびインジウムの合金など、リングジョイントアセンブリ１０に使用されるものよりも柔らかい金属から形成されるのが好ましいが、これらには限定されない。

引き続いて図１−図５と図６を参照して、リングシール１００は、リングジョイントガスケットの環に挿入可能であるように構成されて、図１及び図２の先行技術のリングジョイントガスケット１２、１４などのガスケットアセンブリ１２０を形成することは明らかであろうが、ガスケットはこれらに限定されない。八角形のリングジョイントガスケット１２及び楕円形のリングジョイントガスケット１４が示されているが、リングシールはＢＸ、ＲＸ、ＳＲＸ、ＳＢＸ、ブリッジマン、デルタ、レンズ及び当該技術分野で公知の他の型又は構成のリングジョイントガスケットに挿入可能である。

２つのリングジョイントフランジ１８が結合されると、リングジョイントフランジ１８とリングガスケットの内面１３は、キャビティ又は環状のギャップ１５を規定する(図１及び図２参照)。フランジ面間のこの環状のギャップ１５は、プロセス流体がフランジ面を横切って流れるときに乱流を増加させる。特にガス流では、十分に大きい速度で、環状のギャップ１５は共振し、リングジョイントアセンブリ１０が取り付けられている導管(図示せず)に大量の流れノイズを導入する。

リングジョイントアセンブリ１０の環状のギャップ１５を横切って流れるプロセス流体によって引き起こされる乱流を減らすべく、リングシール１００は、リングジョイントガスケット１２、１４に挿入されて、その内面１３と結合する。図６に示すように、これは、ジョイントアセンブリ１０にサブアセンブリとして取り付けられる。殆どの実施形態において、リングシール１００は準弾性であるから、リングジョイントフランジ１８が圧縮されると、リングシール１００は僅かに圧縮されて環状のギャップ１５に入り、これにより、リングガスケットのがたつきや共振を防ぎ、環状のギャップ１５を完全に充填する。

図３−図５を再び参照して、内側シール部分１０８は、中央の穴１０４の境界を形成する。外側シール部分１０６は、環状の表面１１０を規定する。環状表面１１０は、一実施形態では、円錐台形の断面を有する(断面の詳細用に図５を参照)。しかし、湾曲した、三角形及び多角形の断面が実施形態にて考えられる。更に、円錐台形及び三角形の箇所は、丸いまたは「柔らかい」縁部を含んでもよい。例として「硬い」又は傾いた縁部が示される。環状表面１１０に対する錐台１１２の角度は、一実施形態では、約４５°である。しかし、約１０°から８０°の範囲の角度が考えられる。他の実施形態において、直線状の輪郭が考えられ、従って、角度は９０°になる。

図示の如く、リングジョイントガスケット１２、１４と係合する座面１１４は平坦であってもよい。他の実施形態において、座面１１４は、凸状、凹状、角状、小面状、リブ状、隆起状、または、座面が設置されるように構成されたリングジョイントガスケットの輪郭に係合するように成形されてもよい。

環状のシール本体１０２は、外側シール部分１０６又は環状の内側シール部分１０８の何れかの幅よりも断面の幅Ｗ(図５)が薄い、又はシール本体１０２は外側シール部分１０６及び環状の内側シール部分１０８の両方の幅よりも断面の幅Ｗが薄い。この特徴は、内側及び/又は外側シール部分１０６、１０８がフランジ面１８に接触できるようにするために、及び好ましくはリングシール１００の材料を強制的に流れの中に突出させずにわずかに変形させることができるようにするために提供される。設置時の変形は好ましいが、全ての実施形態に必ずしも必要ではない。リングシール１００の量は、いくつかの実施形態では、リングジョイントアセンブリ１０の表面がリングシール１００に係合しているときに、環状のギャップ１５の容積を実質的に満たすのに十分である。図７は、ジョイントアセンブリ１０に設置されたリングシール１００を示している。

図８は、例えばコリオリ流量計又はデンシトメータのようなあらゆる振動計であり得る流量計２００を示しているが、コリオリ流量計又はデンシトメータに限定されない。流量計２００は、センサアセンブリ２１５及びメータ電子機器２２０を備える。センサアセンブリ２１５は、プロセス材料の質量流量及び密度に応答する。メータ電子機器２２０は、リード２１０、２１１、２１１’、２１２を介してセンサアセンブリ２１５に接続され、経路２２６上に密度、質量流量、及び温度情報、並びに他の情報を提供する。センサアセンブリ２１５は、フランジ２０１、２０１’、一対のマニホールド２０２、２０２’、一対の平行な導管２０３(第１の導管)及び２０３’(第２の導管)、ドライバ２０４、抵抗温度検出器(ＲＴＤ)のような温度センサ２０７、マグネット/コイルのような一対のピックオフ２０５、２０５’、歪みゲージ、光学センサ、又は当該技術分野で公知のあらゆる他のピックオフを含む。

フランジ２０１、２０１’が測定されるプロセス材料を運ぶプロセスライン(図示せず)に接続されている場合、材料は、フランジ２０１の第１のオリフィス（図８では見えない）を通って流量計２００の第１の端部２３０に入り、マニホールド２０２を通って導入される。マニホールド２０２内で、材料は分けられ、導管２０３及び２０３'を通って送られる。プロセス材料が導管２０３及び２０３'を出ると、プロセス材料は、マニホールド２０２'内で単一の流れに再結合され、その後、フランジ２０１’によってプロセスライン(図示せず)に接続された第２の端部２３１を出るように送られる。

導管２０３及び２０３'は、夫々曲げ軸Ｗ−Ｗ及びＷ’−Ｗ’の周りで実質的に同じ質量分布、慣性モーメント、及びヤング率を有するように選択され、導管取付けブロック２０９及び２０９'に適切に取り付けられる。導管２０３、２０３'のヤング率は温度とともに変化し、この変化は流量と密度の計算に影響を与えるため、温度センサ２０７が導管２０３、２０３'に取り付けられて、導管の温度を連続的に測定する。導管の温度、従って、通過する所与の電流に対して温度センサ２０７に現れる電圧は、導管を通過する材料の温度によって主に支配される。温度センサ２０７に現れる温度に依存した電圧は、メータ電子機器２２０によって周知の方法で使用され、導管２０３、２０３'の温度の変化による導管２０３、２０３'の弾性率の変化を補償する。温度センサ２０７は、メータ電子機器２２０に接続される。

両方の導管２０３、２０３'は、夫々の曲げ軸Ｗ及びＷ’の周りで反対方向にドライバ２０４によって駆動され、これは流量計の第１の位相外れ曲げモードと呼ばれる。このドライバ２０４は、導管２０３'に取り付けられた磁石、及び導管２０３に取り付けられた対向コイルなど、多くの周知の構成のいずれか１つを備えてもよく、コイルを通って両方の導管を振動させる交流が流れる。適切な駆動信号は、メータ電子機器２２０によって、リード２１０を介してドライバ２０４に印加される。記載は２つの導管２０３、２０３'を指向しているが、他の実施形態では、単一の導管のみが提供されてもよいし、３つ以上の導管が提供されてもよいことは理解されるべきである。多数のドライバへ多数の駆動信号を生成することも本発明の範囲内である。

メータ電子機器２２０は、温度信号、並びに夫々リード２１１及び２１１'に現れる左右の速度信号を受信する。メータ電子機器２２０は、リード２１０上に現れる駆動信号を生成してドライバ２０４に送り、導管２０３、２０３'を振動させる。メータ電子機器２２０は、左右の速度信号及び温度信号を処理して、センサアセンブリ２１５を通過する材料の質量流量及び密度を計算する。この情報は、他の情報とともに、メータ電子機器２２０によって経路２２６を介して利用手段に印加される。メータ電子機器２２０の回路の説明は本発明を理解するには不要であり、説明の簡潔化のために省略される。図８の記載は１つの可能性がある振動計の動作の例として単に提供され、本発明の開示を限定することを意図していないことは理解されるべきである。コリオリ流量計の構造について記載しているが、本発明は振動管密度計で実施できることは当業者には明らかであろう。実際、本発明は、質量流量、密度などを測定する手段の有無にかかわらず、あらゆるサイズのパイプライン、導管、フランジで利用することができる。本発明は、流量計２００がなくても実施することができる。

示されたリングジョイントガスケット１４は、フランジ２０１、２０１’に設置され、リングシール１００は、各リングジョイントガスケット１４の環に挿入される。流量計２００をプロセスライン(図示せず)に取り付けるために、補完的なプロセスラインフランジ(図示せず)が各フランジ２０１、２０１’に取り付けられている。再び、楕円形のリングジョイントガスケット１４が示されているが、リングシールは、ＢＸ、ＲＸ、ＳＲＸ、ＳＢＸ、ブリッジマン、デルタ、レンズ及び当該技術分野で知られている他のスタイルまたは構成のリングジョイントガスケットに挿入可能に構成することができる。

上記の実施形態の詳細な説明は、本発明の範囲内であると本発明者らが考えているすべての実施形態の網羅的な説明ではない。実際、当業者であれば、上述の実施形態の特定の要素は、さらなる実施形態を作成するために様々に組み合わせるまたは削除されることができ、このようなさらなる実施形態は本明細書の範囲及び教示に含まれることを認識すべきであろう。また、当業者には、上述の実施形態を全体的または部分的に組み合わせて、本明細書の範囲及び教示内の追加の実施形態を作成することができることは明らかであろう。

従って、特定の実施形態が本明細書において例示目的で記載されているが、当業者が認識するように、本明細書の範囲内で様々な均等な変更が可能である。本明細書で提供される教示は、上述され添付の図面に示される実施形態だけでなく、他の振動システムにも適用することができる。したがって、上記の実施形態の範囲は、以下の特許請求の範囲から決定されるべきである。

Claims (18)

1. リングシール(１００)を備えたガスケットアセンブリ(１２０)であって、
   リングシール(１００)は、
   環状のシール本体(１０２)と、
   環状のシール本体(１０２)の外縁に配置され、該外縁を画定する環状の外側シール部分(１０６)と、
   環状のシール本体(１０２)の内側縁部上に配置され、該内側縁部を画定する環状の内側シール部分(１０８)と、
   環状の内側シール部分(１０８)の環状表面によって規定される中央の穴(１０４)と、
   リングシール(１００)の環状の外側シール部分(１０６)と係合する内面(１３)を有するリングジョイントガスケット(１２)を備え、
   リングジョイントガスケットは、リング型ジョイントのフランジに挿入可能である、ガスケットアセンブリ(１２０)。
2. リングジョイントガスケット(１２)は、ＢＸ、ＲＸ、ＳＲＸ、ＳＢＸ、ブリッジマン、デルタ、又はレンズタイプのガスケットである、請求項１に記載のガスケットアセンブリ(１２０)。
3. 環状のシール本体(１０２)は、環状の外側シール部分(１０６)及び環状の内側シール部分(１０８)のうちの少なくとも一方の幅よりも小さい幅(Ｗ)を有する、請求項１に記載のガスケットアセンブリ(１２０)。
4. 環状のシール本体(１０２)は、環状の外側シール部分(１０６)と環状の内側シール部分(１０８)の両方の幅よりも小さい幅(Ｗ)を有する、請求項１に記載のガスケットアセンブリ(１２０)。
5. 環状の内側シール部分(１０８)は、円錐台形の断面を有する、請求項１に記載のガスケットアセンブリ(１２０)。
6. 錐台(１１２)は、環状表面(１１０)に対して約４５°の角度を成している、請求項５に記載のガスケットアセンブリ(１２０)。
7. 錐台(１１２)は、環状表面(１１０)に対して約１０°と８０°の間の角度を成している、請求項６に記載のガスケットアセンブリ(１２０)。
8. ガスケットアセンブリを形成する方法であって、
   内面を有するリングジョイントガスケットを提供するステップと、
   リングジョイントガスケット内にリングシールを挿入するステップとを含み、
   リングシールは、
   環状のシール本体と、
   環状のシール本体の外縁に配置され、該外縁を画定する環状の外側シール部分と、
   環状のシール本体の内側縁部上に配置され、該内側縁部を画定する環状の内側シール部分と、
   環状の内側シール部分の環状表面によって規定される中央の穴を備えており、
   リングジョイントガスケットの内面を、リングシールの環状の外側シール部分と係合させるステップを備える、方法。
9. リングジョイントガスケットをリング型ジョイントのフランジに挿入するステップを含む、請求項８に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
10. リングジョイントガスケットは、ＢＸ、ＲＸ、ＳＲＸ、ＳＢＸ、ブリッジマン、デルタ、又はレンズタイプのガスケットである、請求項８に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
11. 環状のシール本体を、環状の外側シール部分及び環状の内側シール部分のうちの少なくとも一方の幅よりも小さい幅を有するように形成するステップを備える、請求項８に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
12. 環状のシール本体を、環状の外側シール部分と環状の内側シール部分の両方の幅よりも小さい幅を有するように形成するステップを備える、請求項８に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
13. 環状の内側シール部分を、円錐台形の断面を有するように形成するステップを備える、請求項８に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
14. 錐台を環状表面に対して約４５°の角度を成すように形成するステップを含む、請求項１３に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
15. 錐台を環状表面に対して約１０°と８０°の間の角度を成すように形成するステップを含む、請求項１３に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
16. リングジョイントガスケットを流量計のフランジ内に挿入するステップを含む、請求項８に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
17. リングガスケットとフランジによって規定される環状のギャップ内でリングシールを圧縮するステップを含む、請求項８に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。
18. リングシールは環状のギャップを完全に埋める、請求項１７に記載のガスケットアセンブリを形成する方法。

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