ДЕРЖАТЕЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ДИАФРАГМЫ (ВАРИАНТЫ) И СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ ФИТИНГ
HOLDER OF MEASURING DIAPHRAGM (VERSIONS) AND CONNECTING FITTING

Область техники, к которой относится изобретение
Данное изобретение относится главным образом к соединительным фитингам для измерения расхода потока текучей среды, протекающей по трубам или трубопроводам. Более конкретно, изобретение описывает держатель измерительной диафрагмы, используемый в соединительных фитингах.
Уровень техники
Расход потока текучей среды является количественным параметром, характеризующим процесс транспортировки больших масс текучей среды и измеряемым обычно в объемных или массовых единицах измерения потока. Возможность надежного и аккуратного измерения расхода потока текучей среды важна во многих технологических процессах и производствах (например, при транспортировке и обработке нефти и газа, в химических технологиях и т.д.). Соединительный фитинг представляет собой одно из многих устройств, которое может быть использовано для измерения объемного или массового расхода (потока) текучей среды, протекающей через трубопровод. Соединительный фитинг обычно включает в себя плоскую тонкую пластину с центральным отверстием (диафрагму), которое имеет диаметр, меньший, чем диаметр перегораживаемой пластиной трубы. Диафрагма устанавливается между уплотняющим и компрессионным кольцами, которые могут быть соединены с диафрагмой в единый узел - диафрагменный блок. Диафрагменный блок устанавливается на держатель, который в свою очередь устанавливается и направляется внутри соединительного фитинга. Расход потока текучей среды через внутренний цилиндрический канал соединительного фитинга, измеряемый в массовых единицах, наряду с другими параметрами определяется по градиенту давления по обе стороны от диафрагмы.
При использовании для измерения расхода текучей среды соединительного фитинга аккуратные оценки расхода требуют учета многих факторов. Традиционно диафрагменный блок устанавливается внутри соединительного фитинга с уплотняющим и компрессионным кольцами, размещенными соответственно перед диафрагмой и после нее по направлению потока. Уплотнение устанавливается между диафрагмой и уплотняющим кольцом, но между диафрагмой и компрессионным кольцом уплотнение не применяется. Такие конструкции диафрагменных блоков обладают односторонней пропускной способностью и могут давать течь, если со стороны компрессионного кольца диафрагменный блок будет неправильно позиционирован относительно входа потока. Протечка приводит к понижению скачка давления на диафрагме и ошибочным оценкам расхода текучей среды, протекающей через соединительный фитинг. Таким образом, вопрос об ориентации диафрагменного блока относительно держателя, в котором он установлен, заслуживает серьезного внимания.
Другой вопрос, также заслуживающий серьезного внимания, это вопрос об эффективном уплотнении между диафрагменным блоком и держателем измерительной диафрагмы. В случае если уплотнение между диафрагменным блоком и держателем будет нарушено даже на небольшом участке, диафрагменный блок может повернуться относительно держателя, что может привести к протечкам текучей среды.
Следующий серьезный вопрос - это вопрос о регулировке положения (выравнивании) держателя измерительной диафрагмы, относительно соединительного фитинга. Если держатель неправильно смонтирован или неправильно установлен внутри соединительного фитинга, диафрагма может оказаться не перпендикулярна к направлению потока текучей среды, проходящей через соединительный фитинг или не соосна его рабочей зоне. Неправильная установка диафрагмы приводит к ложным значениям измеряемой величины скачка давления на диафрагме и, соответственно, к ошибкам при определении расхода потока сквозь соединительный фитинг.
Наконец, при установке держателя в фитинге и извлечении его оттуда, держатель может на некоторое время перекрыть поток текучей среды сквозь диафрагму. Перекрытие потока текучей среды сквозь диафрагму приводит к пиковым значениям давления текучей среды перед диафрагмой. Датчик давления, установленный перед диафрагмой, может выйти за пределы своего измерительного диапазона, что приведет к ошибкам при измерении давления перед диафрагмой.
Таким образом, желательно иметь возможность уменьшать протечки в месте установки диафрагмы внутри соединительного фитинга и обеспечивать установку диафрагмы соосно с рабочей зоной соединительного фитинга.
Раскрытие изобретения
Изобретение описывает держатель измерительной диафрагмы (держатель), размещаемый внутри соединительного фитинга для измерения расхода потока текучей среды, протекающей по трубопроводу. В некоторых исполнениях держатель представляет собой корпус, снабженный сквозным отверстием и внутренней поверхностью, расположенной по периметру отверстия и имеющей длину. Внутренняя поверхность корпуса характеризуется наличием кромки и его длиной. Радиально от внутренней поверхности внутрь отверстия и вдоль всей длины внутренней поверхности расположен опорный элемент. Опорный элемент имеет меньшую толщину, чем толщина внутренней поверхности. Опорный элемент и внутренняя поверхность образуют круговой паз, выполненный с возможностью установки в него через отверстие диафрагменного блока для взаимодействия с опорным элементом. Круговой паз является посадочным местом для диафрагменного блока, вставляемого через отверстие.
В других исполнениях держатель измерительной диафрагмы включает в себя корпус со сквозным отверстием, имеющий внутреннюю цилиндрическую поверхность. По меньшей мере два зубца, каждый из которых расположен радиально от внутренней поверхности внутрь отверстия. Каждый зубец имеет такую форму, которая позволяет ему взаимодействовать с краями диафрагмы, установленной в отверстии. Первый и второй зубцы расположены ниже горизонтальной линии деления отверстия пополам. Первый зубец расположен по одну сторону от вертикальной линии деления отверстия пополам. Второй зубец расположен по другую сторону от вертикальной линии деления отверстия пополам. Первый и второй зубцы эквидистантны (расположены на одном расстоянии) относительно центра отверстия.
В других возможных исполнениях держатель измерительной диафрагмы включает корпус, имеющий по меньшей мере одно пропускное отверстие, проходящее через корпус. Каждое пропускное отверстие позволяет текучей среде проходить сквозь него и понижает градиент давления между участком, расположенным перед корпусом, и участком за корпусом при его установке в фитинг или извлечении из него.
Исполнение (конструкция) соединительного фитинга включает трубу, имеющую сквозной канал, диафрагменный блок, снабженный измерительной диафрагмой, и держатель измерительной диафрагмы, устанавливаемый внутри канала в соответствии с описываемыми здесь принципами изобретения. Держатель подвижно соединен с трубой и содержит пропускное отверстие, проходящее через корпус, выполненное с возможностью пропускания через него текучей среды и понижения градиента давления между участками, расположенными по одну и другую стороны корпуса, при его установке и извлечении, по меньшей мере два зубца, каждый из которых расположен радиально от внутренней поверхности и с возможностью взаимодействия с диафрагмой, установленной внутри диафрагменного блока, при этом первый зубец расположен ниже горизонтальной линии деления отверстия пополам, и по одну сторону от вертикальной линии деления отверстия пополам, а второй зубец расположен ниже указанной горизонтальной линии и по другую сторону от указанной вертикальной линии. Первый и второй зубцы эквидистантны относительно центра отверстия.
Приведенное выше описание описывает изобретение в общих чертах для лучшего понимания детального описания, которое следует ниже. Далее будут описаны дополнительные элементы изобретения, которые составят предмет и содержание пунктов формулы изобретения.
Краткое описание чертежей
Детальное описание различных исполнений будет сопровождаться ссылками на сопровождающие чертежи, в которых:
Фиг.1 представляет поперечное сечение соединительного фитинга с установленным в нем держателем измерительной диафрагмы в соответствии с принципами настоящего изобретения;
Фиг.2 представляет собой общий вид держателя измерительной диафрагмы, показанным на фиг.1, со стороны выхода потока;
Фиг.3 представляет собой общий вид держателя измерительной диафрагмы, показанного на фиг.1, со стороны входа потока;
Фиг.4 представляет вариант исполнения держателя измерительной диафрагмы, вид со стороны выхода потока, и
Фиг.5 представляет держатель, представленный на фиг.1, в сборе с диафрагменным блоком в соответствии с принципами настоящего изобретения, вид со стороны выхода потока.
Осуществление изобретения
Далее описаны различные исполнения настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники поймут, что приведенное описание ориентировано на самое широкое применение, и обсуждение каждого исполнения представляет только пример, который не ограничивает предмет изобретения и смысл пунктов формулы изобретения.
В последующем описании и пунктах формулы изобретения для обозначения компонентов системы используются принятые термины. Как понятно любому специалисту в области техники, разные люди могут по-разному называть одни и те же элементы конструкции. Данный документ не имеет цели устанавливать различия между компонентами, которые отличаются друг от друга названиями, а не функциями. Приведенные чертежи не требуют увеличения. Для достижения ясности и краткости изложения некоторые элементы изобретения могут быть показаны в увеличенном масштабе или в схематическом виде, а некоторые общеизвестные элементы конструкции могут быть не показаны вовсе.
В последующем описании и пунктах формулы изобретения термин "включающий в себя" предполагает возможность расширения и должен интерпретироваться как "включающий в себя, но не ограниченный этим". Так же и термин "соединение" может подразумевать как прямое, так и непрямое соединение. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, это соединение может быть как прямым, так и непрямым, т.е. содержать промежуточные устройства и соединения.
Фиг.1 показывает поперечное сечение соединительного фитинга с держателем измерительной диафрагмы в соответствии с принципами настоящего изобретения. Как показано, соединительный фитинг 12 включает в себя нижний узел 16, соединенный с верхним узлом 18. Нижний узел 16 содержит трубу 54 с фланцами 14, расположенными с обеих сторон фитинга, и корпус 56. Фланцы 14 используются для установки соединительного фитинга 12 между секциями трубопровода. Труба 54 включает в себя сквозной цилиндрический канал 62, характеризуемый центральной осью 60, и участками 64 и 66 до и после диафрагмы вдоль направления потока соответственно. Текучая среда может течь по сквозному цилиндрическому каналу 62 из участка 64 - до диафрагмы на участок 66 - после диафрагмы, главным образом, в направлении, указанном стрелкой 68. Корпус 56 содержит нижний отсек 20 с нижним приводом 36, состоящим из вала, зубчатой передачи и шестерен, как показано на чертеже. Верхний узел 18 соединительного фитинга 12 содержит верхнюю камеру 22 с верхним приводом 38, также состоящим из вала, зубчатой передачи и шестерен, как показано на чертеже.
Держатель 70 измерительной диафрагмы может устанавливаться и извлекаться из соединительного фитинга 12 путем управления нижним приводом 36 и верхним приводом 38. На этом чертеже держатель 70 полностью вдвинут в соединительный фитинг. Нижний узел 16 также включает в себя направляющие 58 держателя, которые помогают обеспечить правильное расположение, выравнивание и позиционирование держателя 70 внутри соединительного фитинга 12, когда держатель 70 измерительной диафрагмы с установленным диафрагменным блоком 72 устанавливается в соединительный фитинг 12 или извлекается из него. Более конкретно, направляющие 58 держателя ориентируют держатель 70 так, чтобы диафрагменный блок 72 оказался установлен строго перпендикулярно к направлению потока текучей среды, обозначенному стрелкой 68.
Фиг.2 представляет вид держателя 70 со стороны выхода потока текучей среды, т.е. со стороны держателя 70, граничащей с участком 66 за диафрагмой по направлению потока, когда держатель 70 вставлен в фитинг 12. Как показано, держатель 70 включает в себя прямоугольный корпус 205 с двумя параллельными зубчатыми рейками 210 и 215 с противоположных сторон корпуса. По меньшей мере в одном исполнении корпус 205 выполнен из металла, такого как нержавеющая сталь. Зубчатые рейки 210 и 215 имеют параметры зубцов, позволяющие входить в зацепление с шестернями нижнего привода 36 и верхнего привода 38 для подъема и опускания держателя 70 измерительной диафрагмы по направляющим 58 соединительного фитинга 12. Держатель 70 включает в себя группу пропускных отверстий 220 и сквозное отверстие 225, проходящее через корпус 205. Отверстие 225 выполнено для установки в него диафрагменного блока 72.
Группа пропускных отверстий 220 позволяет текучей среде протекать сквозь них, когда держатель 70 движется по направлению к месту установки или удаляется с места установки внутри цилиндрического канала 62 соединительного фитинга 12. В этом примерном исполнении количество пропускных отверстий 220 равно четырем, каждое имеет прямоугольную форму со срезанным углом 240, обращенным к отверстию 225. Если в данном примерном исполнении корпус 205 включает в себя четыре пропускных отверстия 220, то в других исполнениях число пропускных отверстий 220 может быть больше или меньше. Кроме того, пропускные отверстия 220 могут иметь разные формы и располагаться в разных местах корпуса 205. Во всех исполнениях, однако, размеры, форма и число пропускных отверстий 220 предназначены максимизировать общую площадь пропускных отверстий 220 для поддержания функциональной совместимости держателя 70 с процессом измерений давления текучей среды при установке или извлечении держателя. В этом смысле срезанные углы 240 позволяют пропускным отверстиям 220 располагаться ближе к отверстию 225 и увеличить размер каждого пропускного отверстия 220.
Фиг.4 представляет вариант исполнения держателя измерительной диафрагмы в соответствии с принципами описываемого изобретения. В этом альтернативном исполнении держатель 305 измерительной диафрагмы также включает в себя прямоугольный корпус 310, имеющий четыре пропускных отверстия 315, при этом каждое пропускное отверстие 315 расположено в разных углах корпуса 310. Однако в этом случае каждое пропускное отверстие 315 проходит по направлению к периметру 320 корпуса 310, увеличивая общую площадь пропускных отверстий 315 по сравнению с общей площадью пропускных отверстий 220, изображенных на фиг.2, в процессе установки или извлечения держателя.
Снова обращаясь к фиг.2, отметим, что держатель 70 включает в себя опорный элемент 230 и группу зубцов 235, ориентированных по нормали к внутренней поверхности 207 корпуса 205 внутрь отверстия 225. Опорный элемент 230 и зубцы 235 показаны также и на фиг.3, которая представляет собой вид держателя 70 со стороны входа потока текучей среды. В некоторых вариантах осуществления изобретения, включая то, которое представлено на фиг.2 и фиг.3, опорный элемент 230 и/или зубцы 235 изготавливаются за одно целое с корпусом 205. Опорный элемент 230 расположен вдоль всей длины поверхности 207 и имеет толщину 405 меньше, чем толщина 410 корпуса 205. Опорный элемент 230 и внутренняя поверхность 207 образуют круговой паз 233. Таким образом, диафрагменный блок 72 может быть установлен в отверстии 225 держателя 70, размещен в пазу 233 и может опираться на опорный элемент 230.
Зубцы 235 не распространяются вдоль всей внутренней поверхности 207 корпуса 205 как опорный элемент 230, а расположены под углами 45 градусов, 135 градусов, 225 градусов и 315 градусов, если отсчитывать углы от горизонтальной линии 280, проходящей через центр 285 отверстия 225 (делящей отверстие пополам). Каждый зубец 235 имеет высоту 415, подобранную так, чтобы взаимодействовать с кромкой измерительной диафрагмы, когда диафрагменный блок 72 с диафрагмой, расположенной в нем, вставлен в держатель 70. По меньшей мере в нескольких исполнениях зубцы 235 изготовлены из металла, такого как нержавеющая сталь, что создает контакт металл-металл между каждым из зубцов 235 и диафрагмой.
На держатель 70 может быть нанесена надпись 250, предназначенная оказать помощь оператору при установке держателя 70 в соединительный фитинг 12 и предотвратить неправильную ориентацию держателя 70, например установку держателя "вверх ногами" или задней поверхностью держателя 70 по направлению к участку 64 входа потока текучей среды. Инструктирующий текст 250 может содержать слова, буквы и/или символы. Например, на корпусе 205 держателя может быть нарисована стрелочка, указывающая на верхний край держателя 70, как показано на чертеже. В качестве другого примера можно предложить нанести надпись "эта поверхность обращена ко входу потока" на корпус 205 держателя, чтобы указать переднюю поверхность держателя 70 измерительной диафрагмы, что также показано на чертеже.
Перед началом эксплуатации соединительного фитинга 12 диафрагменный блок 72 вставляется в держатель 70. На фиг.5 представлен вид держателя 70 с установленным в нем диафрагменным блоком 72 со стороны выхода потока текучей среды. Диафрагменный блок 72 содержит группу пазов 400, расположенных по его внешнему периметру. Каждый паз 400 имеет форму, идентичную форме зубцов 235 держателя 70, так что зубцы могут входить в пазы. Чтобы вставить диафрагменный блок 72 в корпус держателя 70, оператор прежде всего ориентирует диафрагменный блок 72 относительно держателя 70 так, чтобы задняя, обращенная к выходу потока сторона диафрагменного блока 72 могла упереться в опорный элемент 230 держателя 70, когда диафрагменный блок 72 будет вставлен в отверстие 225 (фиг.2 и 3), и могла встать в кольцевой паз 233 (фиг.3) держателя 70. Затем оператор поворачивает диафрагменный блок 72 относительно держателя 70 так, чтобы зубцы 235, расположенные на корпусе держателя 70, совпали с пазами 400 диафрагменного блока 72. Как только положение зубцов 235 совпадает с положением пазов 400, оператор вставляет диафрагменный блок 72 в отверстие 225 (фиг.2 и 3) держателя 70 так, чтобы каждый зубец 235 вошел в соответствующий паз 400 и задняя сторона диафрагменного блока 72 полностью уперлась в опорный элемент 230.
Далее, держатель 70 с диафрагменным блоком 72 вставляется в направляющие 58 соединительного фитинга 12, как показано на фиг.1. Прочитав инструктирующий текст, подобный тому, который приведен на фиг.3, оператор идентифицирует верх и низ держателя, а также определяет стороны держателя, обращенные ко входу и выходу потока текучей среды. После этого оператор вставляет нижний край держателя 70 в направляющие 58 так, чтобы когда держатель 70 будет вставлен в цилиндрический канал 62 фитинга 12, та сторона держателя 70, которая должна быть обращена к выходу потока, была бы обращена к участку 66 выхода потока, а та сторона держателя 70, которая должна быть обращена ко входу потока, была бы обращена к участку 64 входа потока. После правильной установки в направляющие 58 держатель 70 опускается в рабочее положение внутри цилиндрического канала 62.
Когда описываемый держатель диафрагмы с измерительной диафрагмой, расположенной в нем, опускается в цилиндрический канал соединительного фитинга, часто держатель временно перекрывает поток текучей среды через фитинг. То же самое справедливо и для случая последующего извлечения держателя из фитинга. Перекрытие потока вызывает пиковое повышение давления на участке перед держателем или просто значительное повышение давления на этом участке. В результате, датчик давления, расположенный перед входом потока в диафрагму, может выйти за пределы своего измерительного диапазона, что приведет к ошибкам в определении давления на этом участке. Это, в свою очередь, приведет к ошибочным оценкам расхода потока через фитинг, пока держатель продолжает перекрывать поток текучей среды через фитинг.
Держатель измерительной диафрагмы в соответствии с принципами настоящего изобретения устраняет эту проблему. Пропускные отверстия 220 в держателе 70, например, позволяют потоку текучей среды протекать через цилиндрический канал 62, оставаясь неперекрытым, даже когда держатель 70 устанавливается в фитинг 12 или извлекается из него. Таким образом, значение давления текучей среды перед держателем 70 не претерпевает всплеска или значительного повышения за пределами измерительного диапазона датчика, установленного на участке на входе потока в держатель 70 измерительной диафрагмы, когда держатель устанавливается в фитинг 12 или извлекается из него. Как следствие, измерения давления на входе потока дают достоверный результат и могут проводиться в течение установки держателя 70 в фитинг 12 или извлечении его оттуда.
После того как держатель 70 измерительной диафрагмы установлен в канале 62 фитинга 12, давление текучей среды непрерывно воздействует на диафрагменный блок 72, прижимая диафрагменный блок 72 к опорному элементу 230 держателя 70. Поскольку опорный элемент 230 проходит по всему периметру внутренней поверхности 207 (фиг.2) корпуса 205, уплотнение между диафрагменным блоком 72 и держателем 70 полностью поддерживается опорным элементом 230. Необходимо понять, что фраза "по всему периметру" включает в себя и опорный элемент 230, который проходит вдоль всей внутренней поверхности 207. Таким образом, уплотнение не может перекоситься или повернуться под давлением текучей среды, что предотвращает протечки между диафрагменным блоком 72 и держателем 70.
В процессе работы соединительного фитинга 12 диафрагма, расположенная в держателе 70, должна быть установлена так, чтобы она была соосна с осью 60 цилиндрического канала 62 в пределах допустимой погрешности, определенной промышленными стандартами. Держатель 70 позволяет позиционировать диафрагму путем поддерживания веса диафрагмы двумя зубцами 235 (а не одним, расположенным в нижней точке отверстия 225), каждый из которых расположен отклоненным на равные углы от вертикали 290 (фиг.2), делящей отверстие 225 пополам. Зубцы предотвращают сползание диафрагмы вниз под действием гравитационных сил. В то же время все четыре зубца 235 предотвращают боковое смещение диафрагмы относительно держателя 70 под действием давления текучей среды. Таким образом, комбинация всех зубцов 235 сохраняет положение диафрагмы соосно цилиндрическому отверстию 62, при работе соединительного фитинга 12.
Хотя здесь показаны и описаны предпочтительные варианты исполнений, любой специалист в области техники понимает, что в рамках целей и конструктивных решений, рассмотренных в тексте, возможны многочисленные модификации конструкции. Исполнения, описанные здесь, являются только примерами и не могут ограничивать возможные варианты изобретения. После того как настоящее изобретение будет полностью понято и оценено, каждому специалисту в области техники станут очевидны и многочисленные возможные изменения и модификации системы и оборудования. Например, размеры отдельных частей конструкции, материалы, из которых изготовлены отдельные части, и другие параметры системы могут меняться. Кроме того, хотя отверстия в корпусе держателя показаны здесь в форме окружностей, они могут иметь и другие формы, такие как овал или квадрат. Соответственно, следующие пункты формулы изобретения должны интерпретироваться таким образом, чтобы включать в себя все подобные вариации и модификации.