專利名稱：具有一體的保持環(huán)、閥座和襯里保護(hù)件的無法蘭磁流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用于過程測量和控制的現(xiàn)場裝置。特別是，本發(fā)明涉及一種磁流 量計，該磁流量計具有無法蘭連接件和一體的襯里保護(hù)件。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場裝置包括很廣范圍內(nèi)的設(shè)計為用于測量和控制如壓力、溫度和流率等過程參 數(shù)的過程管理裝置。這些裝置在多個領(lǐng)域內(nèi)有著廣泛的效用，包括制造、烴加工、水壓致裂 以及液烴抽提技術(shù)、大塊流體處理(bulk fluid handling)、食品及飲料準(zhǔn)備、布水和配氣、 環(huán)境控制、以及膠粘劑、樹脂、薄膜和熱塑性塑料的精密制造應(yīng)用等?，F(xiàn)場裝置包括構(gòu)造為用于測量和感應(yīng)過程參數(shù)的變送器、構(gòu)造為用于修改或控制 此類參數(shù)以達(dá)到目標(biāo)值的控制器。傳感器模塊也包括溫度傳感器、壓力換能器、PH傳感器、 液位傳感器，以及反映其他附加的過程變量和過程流體參數(shù)的特征的各種其他裝置。更一 般的現(xiàn)場裝置包括多傳感器變送器，如壓力/溫度變送器、以及具有傳感器和控制功能的 一體控制器。這些一般性的裝置包括一體的流量控制器和靜壓罐計量系統(tǒng)，其測量并調(diào)節(jié) 多個相關(guān)的過程壓力、溫度、液位和流率。在流體處理中，流量計和相關(guān)的變送器擔(dān)負(fù)著非常重要的任務(wù)，它們利用了很多 種不同的技術(shù)。流量計包括但不限于渦輪流量計，其反映作為機(jī)械轉(zhuǎn)動函數(shù)的流量的特 征；壓差傳感器，其反映作為壓力函數(shù)的流量的特征；質(zhì)量流量計，其反映作為熱導(dǎo)率函數(shù) 的流量的特征；渦流或科里奧利流量計，其反映作為振動效應(yīng)函數(shù)的流量的特征。磁流量計與其他流量測量技術(shù)的不同在于其利用法拉第定律來反映流量，其依 據(jù)電磁感應(yīng)，而不是機(jī)械或熱力學(xué)效應(yīng)。具體的，磁流量計依賴于諸如含有離子的水等過程 流體的導(dǎo)電性，以及當(dāng)流體通過磁場時橫跨流體感應(yīng)出的電動勢。對于“臟污”(侵蝕性和腐蝕性)流體應(yīng)用，或者其中機(jī)械和限制流量技術(shù)導(dǎo)致無 法接受的壓力下降的流動環(huán)境，磁流量計提供了很大好處。但因為磁流量計利用電磁感應(yīng)， 其也對工程設(shè)計提出了很多挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)包括需要電絕緣保護(hù)襯里、以及專門的法蘭連 接硬件，這些增加成本并降低使用壽命。因而對于改進(jìn)磁流量計的設(shè)計存在一種持久的需 求。尤其是，需要一種能減少安裝時間并降低維修要求的改進(jìn)過程連接結(jié)構(gòu)，以及能提高使 用壽命的更耐久的襯里設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種無法蘭磁流量計的主體。磁流量計的主體包括管段、襯里、保持 環(huán)、襯里保護(hù)件。所述管段延伸通過所述流量計主體，所述襯里襯設(shè)著所述管段，以形成絕 緣過程流通道。所述保持環(huán)位于所述管段的一端上，以形成至過程流通道的端對端流體連 接。所述襯里保護(hù)件形成在所述保持環(huán)上，為絕緣襯里提供端密封。


圖1是具有一體的變送器和無法蘭過程連接結(jié)構(gòu)的磁流量計的側(cè)視示意圖；圖2是圖1所示磁流量計的端視示意圖；圖3是示出圖1所示磁流量計的無法蘭過程連接件和一體的襯里保護(hù)件的剖視示 意圖；圖4是圖3中無法蘭過程連接件的剖視示意圖，示出了至過程流管道的端對端連接。圖5是圖3中無法蘭過程連接件的剖視示意圖，示出了作為替換至過程流管道的 端對端連接。
具體實施例方式圖1是具有一體的變送器11和無法蘭過程連接件12的磁流量計10的側(cè)視示意 圖。磁流量計10包括流量計主體13和管段14，其通過無法蘭連接件12連接至過程流。變 送器11包括具有終端塊22和電子/LOI (本地操作界面)組件23 (均以虛線表示)的殼體 組件21。流量計主體(或計主體)13由具有機(jī)械強(qiáng)度的耐用的材料制成，諸如鋼鐵、鋁或者 適宜的金屬合金、或者諸如PVC(聚氯乙烯)或ABS (丙烯睛-丁二烯-苯乙烯)塑料等耐 用的聚合物。流量計主體13沿軸向中心線Q圍繞管段14同軸定向，形成包圍線圈15和 探針16的大致圓柱形外殼。流量計主體13還提供用于變送器11的變送器安裝部17和覆蓋探針16的探針蓋 18。請注意圖1中僅示出了一個探針蓋18，一般的，探針16包括兩個探針電極，各處于管段 14的每一側(cè)，各自具有其自己的如圖2所示的蓋子，如下所述。管段14由諸如鋼、不銹鋼、銅、鋁或金屬合金等耐久的、可加工的材料制成。在替 換實施例中，管段14采用采用諸如ABS、PVC或耐用塑料等耐用聚合物材料制成。管段14 (如虛線所示)為通過磁流量計10的過程流F提供過程流通道或過程流 管道。在一實施例中，管段14包括內(nèi)徑約為8英寸(8"，或者約20cm)的圓環(huán)形管段。在 另一實施例中，管段14的直徑改變?？勺鳛樘鎿Q的，管段14具有卵形、矩形或其他非圓形 的橫截面。如將在下面參照圖2和圖3所做的說明，管段14還可具有襯里。在典型實施例中，無法蘭過程連接件12由與管段14相同的材料(即具有基本相 同成分的材料)制成。在替換實施例中，無法蘭過程連接件12使用由其他材料制成的附加 元件，所述其他材料包括但不限于，其他金屬、其他金屬合金以及其他耐用聚合物材料。過程連接件12是由機(jī)加工處理、焊接處理和其他機(jī)械處理的結(jié)合而形成在管段 14上的無法蘭結(jié)構(gòu)，因而連接結(jié)構(gòu)12處于過程流通道的一端，以提供無法蘭安裝以及保持 元件，以在磁流量計10和流體過程系統(tǒng)之間形成端對端或“直管”連接。無法蘭過程連接件12、流量計主體13和管段14通常采用非磁性材料制成，這防止 了線圈15所產(chǎn)生的磁場扭曲，并允許磁場相對不受干擾地橫穿管段14。在一些實施例中， 流量計主體13還包括管段14外部的軟磁磁力線返回元件，以增強(qiáng)磁場強(qiáng)度，提高一致性并 減少流量計10外側(cè)的邊緣場。在磁流量計10的操作中，諸如離子水溶液等導(dǎo)電過程流體經(jīng)由過程流通道流過 管段14，磁性線圈15在管段14內(nèi)部產(chǎn)生磁場，其感應(yīng)出橫跨導(dǎo)電流(即橫跨探測電極16和過程流通道)的電動勢(EMF，或電壓)。該感應(yīng)電壓是流率和磁場強(qiáng)度的函數(shù)。變送器 11提供線圈15所需要的電流，并處理來自電極16的電壓信號，以測量或以其他方式確定過 程流的流率。變送器11的殼體組件21采用諸如金屬、耐用塑料，或所述材料的組合制成。殼體 21包括內(nèi)部過程連接件，以固定包括終端塊22和電子/LOI組件23的內(nèi)部變送器元件。殼 體組件21將內(nèi)部變送器元件隔離，并將其相對于諸如潮濕、腐蝕、或爆炸介質(zhì)等不利的環(huán) 境狀況屏蔽，保護(hù)其不與過程機(jī)械、工具、掉落物體、以及其他潛在危險接觸。在某些實施例中，殼體組件21包括可拆除的殼體蓋(終端塊蓋)24以密封殼體組 件21，并提供對終端塊22的訪問(access)，以及多個管道連接件25。在這些實施例中，殼 體組件21通常還包括在變送器11遠(yuǎn)側(cè)上的可拆除的電子/LOI (本地操作界面)蓋，以密 封殼體組件21，并提供電子/LOI (本地操作界面)組件23的視覺或機(jī)械訪問。在圖1的一體變送器的實施例中，變送器11通過變送器安裝部17直接安裝在磁 流量計10上。在作為替換的遙控變送器的實施例中，變送器11遠(yuǎn)遠(yuǎn)地位于離流量計主體 一千英尺(1000’，或者約300米)處，并且經(jīng)常連接導(dǎo)另一結(jié)構(gòu)，例如流管、結(jié)構(gòu)支撐件或儀 器架尚。在這些實施例中，到變送器的電連接提供為經(jīng)由電纜、電線、控制總線或其他電連 接方式，連接在變送器安裝部17或磁流量計10的其他位置。終端塊22通常包括耐用塑料或其他絕緣材料制成的終端塊主體，以及多個導(dǎo)電 的終端連接件。具體的，終端塊16提供變送器11的電源連接，以及與環(huán)線、控制母線、或過 程控制系統(tǒng)通訊的其他方式的I/O連接。電子/LOI組件23包括多個不同的電路元件中的至少一個，所述電路元件包括但 不限于用于控制變送器11和磁流量計10的控制器或微處理器，用于處理來自探針16的 電壓信號的信號處理器，用于給線圈15加電的電流或電壓源；用于在變送器11和過程控 制系統(tǒng)之間通訊的1/0(輸入/輸出)界面，以及與本地操作者進(jìn)行通訊的本地操作界面 (LOI)。通常的，電子組件23的控制、信號處理以及I/O元件布置成兩三塊或更多塊電路板 的電子裝置堆疊，而由單獨的LOI組件實現(xiàn)LOI的功能?，F(xiàn)場裝置10和過程控制系統(tǒng)之間的通訊提供表示傳感器信號的輸出和表示其他 過程監(jiān)控和控制功能的輸入。過程通訊利用各種協(xié)議，包括但不限于，標(biāo)準(zhǔn)模擬(4-20mA) 協(xié)議，諸如HART 等混合數(shù)字模擬協(xié)議，以及諸如Fieldbus Foundation *PROFI BUS/ PROFI NET等數(shù)字測量和控制協(xié)議。過程通訊在標(biāo)準(zhǔn)模擬環(huán)線、數(shù)據(jù)總線、以及其他數(shù)據(jù)通訊的組合上進(jìn)行。在一些實 施例中，通訊采用紅外、光學(xué)、PF(射頻)以及其他無線通訊方式，包括例如1420無線網(wǎng)關(guān) 等基于HART 的系統(tǒng)，或諸如3051S無線壓力變送器等無線裝置，其可從明蘇尼達(dá)州查 哈森市羅斯蒙德公司，艾默生過程管理公司獲得。LOI組件通常包括視覺顯示器，音頻警報 器或提供與I/O界面相同功能但適于本地而不是遠(yuǎn)程訪問的其他元件。請注意圖1中的構(gòu)造為僅是代表性的，磁流量計10和變送器11的個別元件因?qū)?施例與實施例德不同而變化。如圖1所示，例如，磁流量計10包括羅斯蒙德公司的特定8700 系列的磁流量計，其帶有一體或直接安裝結(jié)構(gòu)的變送器11。在另一個實施例中，變送器11 如上所述遠(yuǎn)程安裝。在再一個實施例中，磁流量計10表現(xiàn)為一個不同的羅斯蒙德8700系 列的磁流量計、或不同系列、或不同商家的磁流量計?；蛘?，磁流量計10表現(xiàn)為用戶定制的磁流量計。圖2是磁流量計10的端視示意圖。磁流量計10包括流量計主體13和管段14。 流量計主體13容納線圈15和具有電極蓋18的探針電極16。管段14(以斜線示出)襯有 保護(hù)襯里26，以形成貫穿磁流量計10的過程流通道(或管道)在本視圖中，管段14和過程流通道(過程流管道)示出為一端向前，過程流體流 指入紙面并通過由線圈15提供的磁場B。圖2中未示出無法蘭過程連接件。線圈15為電磁體，構(gòu)造為由加電電流產(chǎn)生磁場。在典型實施例中，線圈15包括多 個向管段14內(nèi)部提供可反轉(zhuǎn)德AC或DC磁場的導(dǎo)電繞組。在一些實施例中，線圈15還包 括軟鐵芯，以增強(qiáng)或改變磁通量。具體的，線圈15構(gòu)造為承載充足的電流以產(chǎn)生磁場，該磁 場在數(shù)量級上遠(yuǎn)大于典型的背景場，其處于約5高斯(5G或0. 5mT)或更小的量級。磁場B通常定向為橫穿管段14，垂直于過程流。橫穿電極16形成法拉第環(huán)，所述 電極常常定向為垂直于通過磁場B的流的方向。線圈15設(shè)計為在管段14內(nèi)部形成相對均一的磁場，但圖2中的磁力線的特定結(jié) 構(gòu)僅是代表性的。在一些實施例中，計主體13還包括軟返回或軛結(jié)構(gòu)，以改變磁場結(jié)構(gòu)。這 些元件通過在殼體/計主體13中提供磁力線返回路徑而減少邊緣場，這點沒有在圖2中示
出ο探針電極16采用抗腐蝕或抗侵蝕材料制成。具體組分通常根據(jù)過程流的性質(zhì)選 擇，用于提高使用壽命和可靠性。在變化實施例中，電極16包括多種金屬和金屬合金，包括 但不限于，諸如266 SST等不銹鋼、鉭、鉬、鈦、以及哈司特鎳合金(和其他專用合金)，可從 羅斯蒙德公司或包括印第安納州的漢斯國際在內(nèi)的其他商家購得。電極16包括至少兩個電極，以感應(yīng)并探測橫跨管段14中的過程流的感應(yīng)電勢。典 型的，探針電極置于流通道的相對側(cè)，延伸穿過管段14和絕緣襯里26，以形成與過程流體 的直接電接觸。探針電極16完成通過過程流體的法拉第環(huán)，感測感應(yīng)電勢，以生成反映通 過磁場B的過程流體流率的信號。保護(hù)襯里26襯設(shè)在流管段14尚，以使磁流量計10與過程流體流相隔離。保護(hù)襯 里26在管段14和過程流之間提供電的、化學(xué)的以及機(jī)械的屏障。襯里26隔離管段14，使 其不與過程流進(jìn)行電接觸，保護(hù)其不受過程流體中的腐蝕物質(zhì)或化學(xué)物質(zhì)的侵蝕或腐蝕。在一個實施例中，保護(hù)襯里26由聚亞安酯或其他無磁性的絕緣聚合物制成，具有 約0. 188英寸(約4. 8mm)的厚度。但是，襯里26的組分可根據(jù)過程流體流的性質(zhì)而改變。 在其他實施例中，保護(hù)襯里26由Telfon 、Tefsel 、天然橡膠、Ryton pps，或其他耐 久絕緣的保護(hù)性聚合物制成，這些材料可從羅斯蒙德公司、杜邦和特拉華威靈頓的公司、得 克薩斯州兀蘭的雪佛龍菲利浦化學(xué)公司以及其他商家獲得。襯里26的厚度可以變化，例如，隨著管段直徑從兩英寸到約一英尺(2 12〃，或 約5 30cm)，其厚度從少于或等于約十分之一英寸(0. 10"或約2. 5mm)到大于等于四分 之一英寸(0.25"或約6. 4mm)。對于較小比例和較大比例的實施例，襯里26的厚度一般與 管段14的尺寸成比例，盡管所述比例并不嚴(yán)格是線性的。電子組件22包括給線圈15供電的電流或電壓源(CS)，以及控制線圈電流并處理 來自探針電極16的感應(yīng)電壓信號的信號或控制處理器(μ P)。圖2以示意形式示出了電壓 源CS以及處理器μρ，以示出到磁流量計10的信號處理以及線圈電流連接。圖2沒有包括已在前面結(jié)合圖1說明過的電子組件22和變送器11的其他元件。電壓/電流源CS通過線圈驅(qū)動線線圈-O(CO)和線圈-I(Cl)向線圈15提供電流， 線圈15響應(yīng)供電電流而產(chǎn)生磁場B。在一個很寬的操作范圍上，場強(qiáng)與電流基本成正比。在典型實施例中，兩個線圈15成“菊花鏈”，或通過返回線連接諸如線圈-R依次連 接。在這些實施例中，各個線圈承載相同的電流，并對整體場強(qiáng)作出基本等同的貢獻(xiàn)。在其 他實施例中，線圈數(shù)量改變，電流源CS間或連接至各線圈元件的單獨的供電電流。磁流量計10產(chǎn)生與通過過程流通道的過程流的平均速度或流率基本成正比的電 壓信號。隨著(導(dǎo)電)流體通過磁場B，則根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，感應(yīng)出橫跨探針電極 16的電壓，電子組件22通過信號線探針-O(PO)和探針-I(Pl)對感應(yīng)出的電壓信號取樣， 并處理所述信號，以測量流率。更具體的，感應(yīng)電勢E與(平均)流速V、(平均)磁場強(qiáng)度B、以及流體管段的直 徑D(—般的，直徑約等于電極間隔)成比例，即E = kBDV,其中，K是依賴于測得的E、B、D、V的單元的比例常數(shù)。因而，過程流速是感應(yīng)電勢、磁場強(qiáng)度和橫跨過程流的直徑的函數(shù)。V = E/kBD,即如橫穿導(dǎo)電流體測得的那樣，(平均)過程流速V與感應(yīng)電勢E成正比，與(平 均)磁場強(qiáng)度B、以及直徑D成反比(indirectlyproportional)。在某些實施例中，電子組件22構(gòu)造為為脈沖DC(直流)電磁流量測量法。在這些 實施例中，變送器11改變或調(diào)制線圈電流，以減弱信號噪音。具體的，電子組件22調(diào)制供 應(yīng)至線圈15的供電(energizing)電流作為時間的函數(shù)，產(chǎn)生一個低頻的、振幅受控的方形 波。供電電流在高值和低值之間變化，在每個值測量(取樣)感應(yīng)電壓。流體信號(其特 征通過感應(yīng)電勢E反映)是振幅與流體速度V成比例的匹配方形波。脈沖DC測量法減弱了多個噪音源的影響，所述噪音源包括但不限于，過程流體和 探針電極16之間的電解反應(yīng)，線圈15和外部電子系統(tǒng)之間的電容耦合，雜散電壓和電流 環(huán)，過程流體的阻抗引起的相變等。與AC調(diào)制系統(tǒng)(交變電流)相比，脈沖DC系統(tǒng)還減弱 了正交(quadrature)電壓的影響，包括磁場B和過程流體以及探針電極16和信號處理器 μP之間的電連接之間的感應(yīng)耦合效應(yīng)。脈沖DC實施例還減弱了 AC電壓和頻率變化的補(bǔ)償需求，包括在標(biāo)準(zhǔn)AC電源線上 的變化。通過使調(diào)制頻率為AC線頻率的多倍，并使取樣周期基本等于電源周期(或者其整 數(shù)倍)，信號噪音進(jìn)一步減弱。這使得甚至在相對較遠(yuǎn)的遠(yuǎn)程變送器安裝中，線圈驅(qū)動線和 信號線能采用標(biāo)準(zhǔn)線纜，并共用單一管路。圖3是具有一體的襯里保護(hù)件31的無法蘭過程連接件12的剖視示意圖。無法蘭 過程連接件12包括將保護(hù)襯里26不受過程流影響的一體的襯里保護(hù)件31，保持元件(連 接元件)32和33，以及過渡部34。在圖3所示的具體實施例中，無法蘭過程連接件12設(shè)置 在管段14(以斜線示出)的兩端。但在其他不同實施例中，連接結(jié)構(gòu)12設(shè)置在僅一端或另
一端尚。如上所述，保護(hù)襯里26為管段14提供了電絕緣層，以及化學(xué)和機(jī)械的保護(hù)屏障。 一般的，保護(hù)襯里26是具有環(huán)形橫截面的圓筒形元件，其與管段14的內(nèi)側(cè)相適應(yīng)。如圖3所示，例如，保護(hù)襯里26具有約等于管段14內(nèi)徑的外徑0D，限定過程流通道35的直徑D的 內(nèi)徑ID，保護(hù)襯里26的厚度是內(nèi)徑和外徑之間差值的一半。即T = 1/2 (OD-ID)。在某一實施例中，襯里26由聚亞安酯制成，且具有與8" (30cm)管段相對應(yīng)的約 8英寸(8.000〃，或約30cm)的0D，以及約0. 188英寸(0.1 88"，或約4. 78mm)的厚度Τ。 在其他實施例中，襯里26的厚度改變，一般如上所述與管段14的尺寸成比例?！w的襯里保護(hù)件31 —般采用耐用金屬制成，諸如不銹鋼、銅或者耐用合金?；?于與管段14以及計主體13相同的理由，襯里保護(hù)件31通常也是非磁性的。在一些實施例 中，保護(hù)襯里31采用與管段14相同的材料制成。特別是，某些實施例要求保護(hù)襯里不能采 用軋制鋼或其他磁性材料制造，如前述設(shè)計中的實踐。襯里保護(hù)件31、管段14和保持元件32和33采用相同材料制造的實施例為襯里保 護(hù)件31和管段14提供了相同的磁以及電化學(xué)的性能，改善了磁場結(jié)構(gòu)的控制，防止了由于 兩種不同材料的配合或焊接所引起的電化學(xué)效用。對于圓管應(yīng)用，襯里保護(hù)件31具有圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，在無法蘭連接件12處鄰接保護(hù)襯 里26的端部，如圖3所示，襯里保護(hù)件31具有與襯里26的內(nèi)徑相等的內(nèi)徑ID，以相對于高 壓、大體積的腐蝕性和磨蝕性過程流保護(hù)襯里25。襯里保護(hù)件31形成緊貼襯里26的端部密封，其中，所述密封具有與襯里相同的內(nèi) 徑。這避免了，甚至在如上所述的以高壓和高流率為特征的水壓致裂應(yīng)用中，過程流侵入襯 里26和管段14之間。襯里保護(hù)件31還將保護(hù)襯里26機(jī)械地保持在計主體13內(nèi)部，并相 對于腐蝕性和磨蝕性的流體提供機(jī)械保護(hù)，特別是在鄰接或接觸襯里保護(hù)件31的襯里26 的端部處。特別是，這樣防止了過程流中的微粒(或其他物體)在通過流體通道時卷入或 撞擊襯里保護(hù)件31。作為替換，襯里保護(hù)件31提供端密封處的襯里保護(hù)件31和襯里26之 間平滑的流過渡，改善了性能和使用壽命。通常的，襯里保護(hù)件31通過機(jī)械連接與無法蘭連接件12成為一體，例如，通過將 襯里保護(hù)件沿焊接部36焊接到管段14上，在無法蘭過程連接結(jié)構(gòu)的端部處。襯里保護(hù)件 31的外徑S可根據(jù)用于在管段14上形成無法蘭過程連接結(jié)構(gòu)的特定制作方式而稍微改變。特別是，諸如銑削等制作過程要求去除接近襯里保護(hù)件31的材料，適應(yīng)較小的外 徑S。其他的制作方式要求在襯里保護(hù)件31附近加入材料，適應(yīng)較大的外徑S。襯里保護(hù) 件31的寬度W也改變，以提供高壓的磨蝕性和腐蝕性流體中的實質(zhì)使用壽命，提供針對水 壓致裂以及其他大規(guī)模應(yīng)用的成本上高效的磁流量計設(shè)計。在一個實施例中，例如，襯里保護(hù)件31的寬度W為四分之一英寸(0.250〃，或約 6. 35mm)，外徑OD約為8. 437"(約21. 4cm)，內(nèi)徑ID約為7. 605" (19. 3cm)。在該實施例 中，襯里保護(hù)件31容納用于8英寸(8"或約20cm)的過程流管段。在其他實施例中，襯里 保護(hù)件31的尺寸一般與管道的尺寸成比例，與襯里26的情況相類似。保持元件32和33通常經(jīng)過管段14的銑削或表面加工形成。可替換的，其也可采 用諸如保持環(huán)或襯墊座環(huán)等附加結(jié)構(gòu)的焊接或者其他機(jī)械連接形成在管段上。如圖3所 示，例如，連接元件32包括保持環(huán)和襯墊座，連接元件33包括沿保持環(huán)/襯墊座邊緣形成 的保持元件。過渡部34類似地靠近計主體13形成，以形成在包括無法蘭過程連接件的管 段14和磁流量計10之間的機(jī)械連接。
如圖3所示，帶有保持元件33的保持環(huán)32使得無法蘭過程連接件12能適應(yīng)外部 連接件，以形成端對端流體連接。具體的，保持環(huán)32容納將磁流量計10機(jī)械連接至諸如流 體管路等過程流結(jié)構(gòu)的外部連接件殼體，形成緊貼襯墊的壓力和流體密封以防止連接處的 泄漏。如下所述，所述端對端或直管過程流體連接無需內(nèi)部襯墊或帶有通孔緊固件的法蘭。帶有無法蘭過程連接件的磁流量計10的構(gòu)造面臨著諸多設(shè)計挑戰(zhàn)。具體的，由于 磨蝕性和腐蝕性流體能很快地?fù)p壞未被保護(hù)的襯里，過程流體流對保護(hù)襯里26的作用是 嚴(yán)重的。這要求設(shè)計和制作內(nèi)置的(一體的)襯里保護(hù)件，并制造過程連接件12，以提供密 封鄰接在襯里保護(hù)件31和保護(hù)襯里26之間。保護(hù)襯里26和襯里保護(hù)件31也設(shè)計為承受高壓、高流率、以及腐蝕性和磨蝕性的 流體，對此，尚不存在令人滿意的無法蘭磁流量計連接件。例如，在對于液態(tài)和氣態(tài)烴的水 壓致裂應(yīng)用(油或氣體抽提)中，井下(downhole)的壓力必須超過含烴結(jié)構(gòu)的裂解梯度， 為了達(dá)到這樣的壓力，無法蘭過程連接件12必須承受超過100磅/平方英尺(約0. 7MPa) 的最小過程壓力。在某些實施例中，操作壓力超過了 1000磅/平方英尺(約7MPa)。很多過程流體還包括諸如鹽酸等腐蝕性酸，以溶解含烴結(jié)構(gòu)中的某些部分，以及 諸如砂子等固體磨蝕支撐劑，以保持水壓引起的裂解。無法蘭連接件12還必須承受這些最 小流速超過每分鐘一百加侖((lOOgpm，或約3801/min)的腐蝕性或磨蝕性流體。在某些應(yīng) 用中，所述流率超過了 1，OOOgpm(或3，8001/min)。圖4是無法蘭過程連接件12的剖視示意圖，示出了過程流管道41的端對端連接。 流體連接由外部連接件42和外部襯墊43形成，通過配合至無法蘭連接結(jié)構(gòu)12，其形成在管 段14(以斜線示出)和過程管道41之間的外部端對端連接。過程管道41 (也以斜線示出)是能通過管段14上的過程連接結(jié)構(gòu)44形成至管段 14的端對端或直管連接的過程流結(jié)構(gòu)，其與管段14上的無法蘭過程連接結(jié)構(gòu)12類似。過 程管道41通常采用鐵、不銹鋼、銅、鋁、耐磨蝕且耐腐蝕的金屬合金、諸如PVC或ABS塑料等 耐用聚合物材料、或以上材料的組合制成。 過程管道41具有內(nèi)過程管道直徑PD，在圖4的實施例中，內(nèi)過程管道直徑PD與保 護(hù)襯里26的內(nèi)襯里直徑ID大致對應(yīng)，減少了入口效應(yīng)和襯里磨損。在替換實施例中，內(nèi)過 程管道直徑PD與保護(hù)襯里26的外徑OD大致對應(yīng)，由此過程管道41和管段14具有相同的 內(nèi)徑(請參見圖5)。過程管道直徑PD和內(nèi)襯里直徑ID之間的關(guān)系不受連接件構(gòu)造的限 制，且連接件構(gòu)造為也不受過程管道、管段、襯里直徑之間的任何特定關(guān)系的限制。在另一 實施例中，例如，內(nèi)過程管道直徑PD和保護(hù)襯里26的外徑OD相對于彼此任意改變，連接結(jié) 構(gòu)44包括適配元件，擴(kuò)大或縮小過程管道41的直徑，以順應(yīng)無法蘭過程連接件12上的連 接元件的不同尺寸。外部連接件42是采用易于延展的鐵、銅、或其他具有延展性的金屬或金屬合金、 或諸如不銹鋼等剛性金屬制成的環(huán)形結(jié)構(gòu)。可替換的，外部連接件42采用耐用聚合物材料 制成。在某些實施例中，外部連接件42被稱為殼體，在其他實施例中，外部連接件42被稱 為外部環(huán)或外部圈。連接襯墊43采用金屬或諸如EPDM(乙烯丙烯聚合物單體)、EPDM橡膠、腈、腈橡膠 等柔性聚合物制成，其選擇具有柔性以及對于來自過程流體流的化學(xué)或磨蝕效應(yīng)具有抵抗 能力。在某些實施例中，連接襯墊43是內(nèi)部連接襯墊，如圖4所示，在其他實施例中，連接襯墊43是外部連接襯墊，如圖5所示。連接襯墊43通常制作成一個整體的或一片式環(huán)狀結(jié)構(gòu)，以在無法蘭過程連接件 12處圍繞管段14的端部，在類似的連接結(jié)構(gòu)44處圍繞過程管道41的端部，形成壓力和流 體密封。外部連接件42 —般形成為兩個或更多個部件，以圍繞保持元件32、33和襯墊43， 形成環(huán)狀殼體或外部保持環(huán)。外部連接件殼體42的部分通過螺栓、螺釘或其他機(jī)械緊固裝置(未示出)固定在 一起，由此將襯墊擠壓到襯墊座/保持環(huán)32中，并將外部連接件42的一側(cè)定位在保持元件 33處，該保持元件位于保持環(huán)32的一側(cè)。外部連接件42的另一側(cè)定位在連接結(jié)構(gòu)44處， 提供類似結(jié)構(gòu)，以防止機(jī)械分離并提供附加的過程密封。外部連接件42和襯墊43與無法蘭過程連接件12協(xié)同工作，提供壓力和流體密 封，以在管段14和過程管道41之間形成機(jī)械連接。具體的，采用機(jī)械緊固件緊固外部環(huán)/ 殼體42的部件，擠壓襯墊43緊貼襯里保護(hù)件31并定位外部連接件42的一側(cè)在保持元件 33處，襯墊43形成緊抵襯里保護(hù)件31的壓力和流體密封。如圖4所示，保持環(huán)32基本上成環(huán)狀且具有平行于軸向中心線Q的外表面32A。 在這一實施例中，無法蘭過程連接件12包括一體的保持環(huán)、襯墊座和襯里保護(hù)件，其中，保 持元件32和33構(gòu)成組合的連接環(huán)襯里保護(hù)件31為連接元件32提供(內(nèi)部)襯墊座，形 成對襯墊43的內(nèi)部密封。在替換實施例中，保持環(huán)32成傾斜的、楔形的、鋸齒形的、伸長的、或具有其他形 狀，以便為外部連接件42和襯墊43提供不同的橫截面幾何形狀。類似的，在變化實施例中， 襯墊座和保持元件呈現(xiàn)矩形橫截面(如圖4所示)，或者半圓形、弓形、V字型、淺槽形、狹槽 形、楔形、或其他橫截面幾何形狀，襯墊座和保持元件呈現(xiàn)各種深度和厚度，以適用于一定 范圍的不同外部連接件42和內(nèi)部或外部襯墊43。與下面圖5所示的外部襯墊實施例相反，圖4中的實施例在外部連接件42和無法 蘭連接件12之間形成直接的外部連接，而不具有外部襯墊。作為替換，襯墊43可以是內(nèi)部 的，通過襯里保護(hù)件31形成緊貼襯墊座/保持環(huán)32的內(nèi)部流體和壓力密封。圖4還示出， 無法蘭連接結(jié)構(gòu)適應(yīng)金屬在金屬上的連接，諸如Grayloc 型連接，其中外部連接件42和 襯墊43均采用金屬或金屬合金制作?？商鎿Q的，這些元件可采用耐用聚合物制成，而磁流 量計10的其他元件和外部連接件采用包括這些組合的上述金屬和聚合物種類。圖5是無法蘭過程連接器的剖視示意圖，示出了作為備選的到過程流管道41的端 對端連接。在本實施例中，通過外部連接件42和外部襯墊43形成流體連接，其通過匹配至 無法蘭過程連接件12，在管段14和過程管道41之間的形成外部端對端連接，并具有外部端 對端襯墊密封。更具體的，無法蘭過程連接件12包括組合的或一體的保持環(huán)、襯墊座和襯里保護(hù) 件，其中，連接元件32提供外部襯墊座，連接元件31提供固定外部連接件42的連接槽。總 體上，連接槽具有小于管段14的外部半徑OR的外部半徑，其中，在保持元件33和過渡部15 之間測量管段14的外部半徑。相反，保持環(huán)具有等于或大于管段14的外部半徑OR的外部 半徑.在某些實施例中，襯墊座和保持元件適用于Victaulic 型外部連接件42和外部 襯墊43，以及附隨的機(jī)械緊固件。這些連接件可以在很廣的尺寸和構(gòu)造為范圍內(nèi)從賓西法尼亞州阿士頓的維他力克(Victaulic)公司通過市售獲得。在其他實施例中，無法蘭過程 連接件12構(gòu)造為例如針對可從大量其他商家獲得的不同外部連接件/襯墊和機(jī)械緊固件。
圖4和圖5示出；無法蘭連接裝置12可以構(gòu)造為針對在很廣范圍內(nèi)的不同端對端 或外部連接結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)部和外部襯墊座。特別是，保持元件(或連接元件)可構(gòu)造為針對 很廣范圍內(nèi)的保持淺槽、保持狹槽、保持圈、保持環(huán)和其他保持幾何結(jié)構(gòu)，以及同樣廣泛的 內(nèi)部和外部襯墊幾何結(jié)構(gòu)。這些包括聚合物上金屬的連接表面以及金屬在金屬上的連接表與已經(jīng)存在的形成帶法蘭的或面對面的流體密封的高壓、高流率連接結(jié)構(gòu)相反， 圖4和5中所示的端對端或直管連接不需要通孔法蘭緊固件，因而無法蘭連接件12沒有螺 栓，即連接件12的任何元件上均沒有機(jī)械緊固件延伸貫通的孔。機(jī)械緊固件用于沿管段14 和過程管道41壓迫外部連接件42，但并不實體延伸貫通或橫穿連接件12處的流體連接。進(jìn)一步，無法蘭過程連接件12不需要形成相對的法蘭之間的面對面連接的法蘭 襯墊，而是，無法蘭過程連接件12采用當(dāng)被外部連接件42擠壓時形成緊貼襯墊座32的密 封的無法蘭襯墊。與傳統(tǒng)較低壓力的流體連接件相反，外部過程連接件12也是無螺紋的， 即，盡管螺紋常用于外部機(jī)械緊固件，但與壓力或流體密封本身無關(guān)。此類設(shè)計對于磁流量計的應(yīng)用具有顯著的優(yōu)點。具體的，具有襯里保護(hù)件31、襯墊 座32和保持元件33的無法蘭過程連接件12既適合于剛性的，也適用于柔性的過程流體連 接。前一設(shè)計允許磁流量計相對于過程管道41在有限范圍內(nèi)運(yùn)動，以提供撓性或減弱振動 應(yīng)力。而后一設(shè)計減少了相對運(yùn)動，并減少了機(jī)械振動的范圍。無法蘭過程連接件12還提供比具有法蘭和螺栓通孔設(shè)計更簡便的對準(zhǔn)。具體的， 在形成連接結(jié)構(gòu)時(即當(dāng)擰緊緊固件時)，外部連接件殼體42完成結(jié)構(gòu)12和過程管道41 的對準(zhǔn)，而不需要在將通孔螺栓或其他緊固件插入到法蘭或其他密封結(jié)構(gòu)前完成更徹底的 對準(zhǔn)。因而，通過簡化對專用適配硬件的需求、降低安裝時長要求、無需要對現(xiàn)有流體過程 結(jié)構(gòu)進(jìn)行實質(zhì)性改動而提高磁流量計的可能安裝范圍，無法蘭過程連接件12方便了緊固 和保養(yǎng)，降低了整體操作成本。盡管結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但所采用的術(shù)語僅是為了說明，而非 限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員將能認(rèn)識到，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，可進(jìn)行形式和細(xì) 節(jié)的改動。
權(quán)利要求
一種磁流量計，包括管段；絕緣襯里，其襯設(shè)在所述管段上以形成過程流通道；無法蘭保持環(huán)，其位于所述管段的一端，用于形成至所述過程流通道的端對端流體連接；襯里保護(hù)件，其形成在所述保持環(huán)上，以為所述絕緣襯里提供端密封；線圈，用于在所述過程流通道內(nèi)產(chǎn)生磁場；以及電動勢傳感器，用于感測通過所述過程流通道的流體流中產(chǎn)生的電動勢。
2.如權(quán)利要求1所述的主體，其中，所述管段、所述保持環(huán)和所述襯里保護(hù)件的每一個 由非磁性材料制成。
3.如權(quán)利要求2所述的主體，其中，對于所述管段、所述保持環(huán)和所述襯里保護(hù)件的每 一個，所述非磁性材料為相同材料。
4.如權(quán)利要求1所述的主體，其中，所述襯里保護(hù)件和所述絕緣襯里具有相等的內(nèi)徑。
5.如權(quán)利要求1所述的主體，其中，所述保持環(huán)與外部連接件協(xié)作形成端對端過程流 體連接。
6.如權(quán)利要求6所述的主體，其中，所述保持環(huán)包括外部襯墊座，用于與外部襯墊協(xié)作 形成過程流體密封。
7.如權(quán)利要求6所述的主體，其中，所述襯里保護(hù)件包括內(nèi)部襯墊座，用于與內(nèi)部襯墊 協(xié)作形成過程流體密封。
8.如權(quán)利要求6所述的主體，其中，所述保持環(huán)具有外部半徑，所述外部半徑大于所述 管段的外部半徑。
9.如權(quán)利要求6所述的主體，其還包括連接槽，用于定位所述外部連接件。
10.如權(quán)利要求1所述的主體，其還包括信號處理器，所述信號處理器用于根據(jù)感測的 電動勢而產(chǎn)生表示通過所述過程通道的流體流的輸出。
11.如權(quán)利要求11所述的主體，其還包括變送器，所述變送器用于給線圈供電以產(chǎn)生 磁場，且用于測量所述過程流通道中的流率作為由探針感測的電壓的函數(shù)。
12.一種磁流量計，包括計主體，其包括管段，其延伸通過所述計主體；襯里，其襯設(shè)在所述管段上；探針，其 延伸通過所述襯里；以及線圈，用于在所述管段內(nèi)產(chǎn)生磁場；以及無法蘭連接結(jié)構(gòu)，其包括環(huán)形保持元件，其形成于所述管段一端上；以及環(huán)形襯里保 護(hù)件，其形成在所述保持元件上；其中，所述襯里保護(hù)件和所述保持元件由非磁性材料制 成。
13.如權(quán)利要求13所述的磁流量計，其中，所述非磁性材料包括不銹鋼。
14.如權(quán)利要求13所述的磁流量計，其中，所述襯里保護(hù)件和所述襯里具有相等的內(nèi) 徑，所述襯里保護(hù)件在所述襯里上形成端密封。
15.如權(quán)利要求13所述的磁流量計，其中，所述保持元件包括外部襯墊座，用于與外部 襯墊形成過程流體密封。
16.如權(quán)利要求13所述的磁流量計，其中，所述襯里保護(hù)件包括內(nèi)部襯墊座，用于與內(nèi) 部襯墊形成過程流體密封。
17.如權(quán)利要求13所述的磁流量計，其中，所述保持元件具有外部半徑，所述外部半徑 大于所述管段的外部半徑。
18.如權(quán)利要求17所述的磁流量計，其中，所述保持元件具有外部半徑，所述外部半徑 小于所述管段的外部半徑。
19.如權(quán)利要求13所述的磁流量計，其中，還包括電流源，其用于給線圈供電；以及信 號處理器，其用于根據(jù)探針產(chǎn)生的電動勢信號而產(chǎn)生表示通過磁流量計的流體流的輸出。
20.如權(quán)利要求19所述的磁流量計，其中，所述電壓信號的函數(shù)包括所述磁場的DC調(diào) 制函數(shù)。
21.一種磁流量計的制作方法，所述方法包括用絕緣襯里襯設(shè)管段，以形成通過所述磁流量計的過程流通道；在所述過程流通道的一端上形成無法蘭連接結(jié)構(gòu)；以及將襯里保護(hù)件焊接到所述無法蘭連接結(jié)構(gòu)上；其中所述襯里保護(hù)件和所述襯里具有相等的內(nèi)徑；且其中所述管段、所述無法蘭連接 結(jié)構(gòu)和所述襯里保護(hù)件的每一個由非磁性金屬制成。
22.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述非磁性金屬包括不銹鋼。
23.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，形成所述無法蘭連接結(jié)構(gòu)包括形成外部襯墊座， 所述外部襯墊座構(gòu)造為與外部襯墊形成流體密封。
24.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，形成所述無法蘭連接結(jié)構(gòu)包括形成內(nèi)部襯墊座， 所述內(nèi)部襯墊座構(gòu)造為與內(nèi)部襯墊形成流體密封。
25.如權(quán)利要求18所述的方法，其還包括，延伸探針電極通過所述管段和所述絕緣襯 里，以感測由磁場感應(yīng)產(chǎn)生的跨過所述過程流通道的電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開一種磁流量計(10)，包括管段(14)、絕緣襯里(26)、無法蘭保持環(huán)(32、33)、襯里保護(hù)件(31)、線圈(15)、電動勢傳感器(16)。絕緣襯里(26)襯設(shè)在管段(14)上以形成過程流通道；無法蘭保持環(huán)(32、33)位于管段(14)的一端，用于形成至所述過程流通道的端對端連接；襯里保護(hù)件(31)形成在保持環(huán)(32、33)上，以為絕緣襯里(26)提供端密封；線圈(15)在所述過程流通道內(nèi)產(chǎn)生磁場；電動勢傳感器(16)感測在通過所述過程流通道的流體流中產(chǎn)生的電動勢。
文檔編號G01F1/58GK101925802SQ200980102966
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月25日
發(fā)明者布雷特·艾倫·沙納漢, 納爾遜·毛里西奧·莫拉萊斯 申請人:羅斯蒙德公司