Терморегулирование заполняющей жидкости
Изобретение относится к машиностроению, в частности к узлам удаленного уплотнения для управления технологическим процессом. Узел удаленного уплотнения для преобразователя технологического процесса включает в себя корпус уплотнения, содержащий полость, уплотненную диафрагмой. Корпус уплотнения выполнен с возможностью установки на технологический элемент, содержащий технологическую текучую среду, так что первая сторона диафрагмы подвержена воздействию технологической текучей среды. Капилляр содержит заполняющую жидкость, которая находится в сообщении по текучей среде с полостью и второй стороной диафрагмы. Муфта имеет капиллярную выемку и две полости, разделенные второй диафрагмой. Капилляр продолжается через капиллярную выемку и соединяется с муфтой таким образом, что заполняющая жидкость в капилляре находится в сообщении по текучей среде с одной из двух полостей и второй диафрагмой. Теплопроводный элемент, предпочтительно, продолжается непрерывно вдоль капилляра от корпуса уплотнения к муфте и в капиллярную выемку без контакта с муфтой. Технический результат заключается в возможности использования преобразователя давления для измерения давления технологической текучей среды при высокой температуре в условиях холодной или умеренной окружающей среды управления технологическим процессом. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 ил.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к узлам удаленного уплотнения для управления технологическим процессом. Более конкретно, варианты осуществления относятся к узлу удаленного уплотнения с терморегулированием заполняющей жидкости.
[0002] В управлении технологическим процессом и мониторингом окружающей среды обычно используют преобразователи давления, которые воспринимают давление технологической текучей среды в трубопроводе или резервуаре. Такие преобразователи давления включают изолирующую диафрагму, которая изолирует датчик давления в преобразователе давления от технологической текучей среды.
[0003] В некоторых применениях нежелательно устанавливать преобразователь давления непосредственно к трубопроводу или резервуару, или нежелательно подвергать изолирующую диафрагму преобразователя давления воздействию технологической текучей среды. В таких ситуациях используются удаленные уплотнители для изоляции диафрагмы преобразователя давления от текучей среды в трубопроводе или резервуаре. Такие удаленные уплотнители устанавливаются к трубопроводу или резервуару и включают в себя свою собственную изолирующую диафрагму, которая имеет одну сторону, открытую для технологической текучей среды. Трубопровод соединен между изолирующей диафрагмой удаленного уплотнения и изолирующей диафрагмой преобразователя давления и содержит несжимаемую заполняющую жидкость, которая контактирует с обеими изолирующими диафрагмами. Заполняющая жидкость передает изменения давления на изолирующую диафрагму удаленного уплотнения к изолирующей диафрагме преобразователя давления. Таким образом, заполняющая жидкость обеспечивает сообщение по текучей среде между диафрагмой удаленного уплотнения, которая находится в контакте с технологической текучей средой и изолирующей диафрагмой преобразователя давления.
[0004] Например, если давление технологической текучей среды увеличивается, изолирующая диафрагма удаленного уплотнения отклоняется по направлению к трубопроводу, вызывая увеличение давления в заполняющей жидкости. Увеличение давления заполняющей жидкости затем приводит к отклонению диафрагмы преобразователя давления. Отклонение диафрагмы преобразователя давления приводит к увеличению давления второй заполняющей жидкости в преобразователе давления, и это повышение давления воспринимается датчиком давления в преобразователе давления.
[0005] Для того, чтобы заполняющая жидкость передавала точную информацию о давлении, она должна оставаться в жидком состоянии и не могла войти в полутвердое состояние, известное как температура застывания, или войти в полугазообразное состояние, обусловленное испарением. Состояние заполняющей жидкости, будь то жидкое, полутвердое или полугазообразное, зависит от температуры технологической текучей среды и температуры окружающей среды. Кроме того, давление технологической текучей среды может воздействовать на давление заполняющей жидкости, так что снижение давления технологической текучей среды может приводить к уменьшению давления заполняющей жидкости, которое является достаточно большим, чтобы вызвать частичное испарение заполняющей жидкости.
[0006] Вышеприведенное обсуждение просто предусмотрено для общего исходного информирования и не предназначено для использования в качестве помощи в определении объема заявленного объекта изобретения. Заявленный объект изобретения не ограничивается реализациями, которые решают любые или все недостатки, отмеченные в предпосылках изобретения.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0007] Узел удаленного уплотнения для технологического преобразователя включает в себя корпус уплотнения, содержащий полость, уплотненную диафрагмой. Корпус уплотнения выполнен с возможностью установки на технологический элемент, содержащий технологическую текучую среду, так, что первая сторона диафрагмы подвержена воздействию технологической текучей среды. Капилляр содержит заполняющую жидкость и находится в сообщении по текучей среде с полостью и второй стороной диафрагмы. Муфта имеет капиллярную выемку и две полости, разделенные второй диафрагмой. Капилляр продолжается через капиллярную выемку и соединяется с муфтой таким образом, что заполняющая жидкость в капилляре находится в сообщении по текучей среде с одной из двух полостей и второй диафрагмой. Теплопроводный элемент, предпочтительно, продолжается непрерывно вдоль капилляра от корпуса уплотнения к муфте и в капиллярную выемку без контакта с муфтой.
[0008] В дополнительном варианте осуществления узел удаленного уплотнения для технологического преобразователя включает в себя корпус уплотнения, содержащий полость, уплотненную диафрагмой. Корпус уплотнения выполнен с возможностью установки на технологический элемент, содержащий технологическую текучую среду, так что первая сторона диафрагмы подвержена воздействию технологической текучей среды. Капилляр содержит заполняющую жидкость и находится в сообщении по текучей среде с полостью и второй стороной диафрагмы. Муфта присоединена к капилляру и имеет две полости, разделенные второй диафрагмой, при этом заполняющая жидкость в капилляре находится в сообщении по текучей среде с одной из двух полостей и второй диафрагмой. Теплопроводный элемент непрерывно продолжается вдоль капилляра от корпуса уплотнения к муфте, без контакта с муфтой, так что участок капилляра подвержен воздействию между теплопроводным элементом и муфтой. Теплопроводный элемент выполнен с возможностью передачи тепла в капилляр, так что температура заполняющей жидкости во всем капилляре остается выше температуры застывания заполняющей жидкости, когда температура воздуха вокруг муфты ниже температуры застывания заполняющей жидкости.
[0009] В еще одном дополнительном варианте осуществления, узел удаленного уплотнения включает в себя корпус уплотнения, содержащий полость, уплотненную диафрагмой. Корпус уплотнения выполнен с возможностью установки на технологический элемент, содержащий технологическую текучую среду, так что первая сторона диафрагмы подвержена воздействию технологической текучей среды. Капилляр, содержащий заполняющую жидкость, находится в сообщении по текучей среде с полостью и второй стороной диафрагмы, при этом заполняющая жидкость содержит одно из легкоплавкого металлического сплава с низкой температурой плавления и не основанного на ртути жидкого металла.
[0010] В еще одном дополнительном варианте осуществления, узел удаленного уплотнения для технологического преобразователя включает в себя корпус уплотнения, содержащий полость, уплотненную диафрагмой. Корпус уплотнения выполнен с возможностью установки на технологический элемент, содержащий технологическую текучую среду, так что первая сторона диафрагмы подвержена воздействию технологической текучей среды. Капилляр содержит заполняющую жидкость и находится в сообщении по текучей среде с полостью и второй стороной диафрагмы. Корпус вокруг капилляра имеет первый конец, изготовленный из металла, который прикреплен к корпусу уплотнения, второй конец, изготовленный из металла, и внутреннюю секцию, содержащую керамику, которая отделяет первый конец от второго конца.
[0011] Это краткое изложение предоставлено для ознакомления с выбором идей в упрощенной форме, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Это краткое изложение не предназначено как для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного объекта изобретения, так и не предназначено для использования в качестве определения объема заявленного объекта изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Фиг.1 представляет первый вариант осуществления удаленного уплотнения.
[0013] Фиг.2 представляет второй вариант осуществления удаленного уплотнения.
[0014] Фиг.3 представляет увеличенный вид в разрезе участка удаленного уплотнения по фигурам 1 и 2.
[0015] Фиг.4 представляет увеличенный вид в разрезе второго варианта осуществления участка удаленного уплотнения по фигурам 1 и 2.
[0016] Фиг.5 представляет увеличенный вид в разрезе третьего варианта осуществления участка удаленного уплотнения по фигурам 1 и 2.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0017] В прошлом, некоторые системы управления технологическим процессом сделали практически невозможным использование преобразователя давления для измерения давления технологической текучей среды. В частности, условия, в которых технологическая текучая среда находится при высокой температуре, превышающей 315°C, а внешняя среда находится при низкой температуре ниже 0°C, делают невозможным позиционирование преобразователя давления таким образом, чтобы преобразователь давления не перегревался, в то же время, обеспечивая, чтобы заполняющая жидкость не опускалась ниже ее температуры застывания. В частности, при таких высоких температурах технологической текучей среды невозможно установить преобразователь непосредственно к трубопроводу, поскольку преобразователь давления будет перегреваться из-за тепла в технологической текучей среде. Однако если используется удаленное уплотнение, заполняющая жидкость начнет загустевать из-за холода окружающей среды вокруг трубопровода заполняющей жидкости.
[0018] Различные варианты осуществления, описанные ниже, обеспечивают удаленные уплотнители, которые могут работать с высокотемпературными технологическими текучими средами в условиях холодной или умеренной окружающей среды управления технологическим процессом. В вариантах осуществления, описанных ниже, имеются три особенности, которые могут использоваться, чтобы позволить использовать преобразователь давления в этих средах. Первой особенностью является заполняющая жидкость, изготовленная из одного из легкоплавкого сплава с низкой температурой плавления, и не основанного на жидкой ртути жидкого металла. Вторая особенность заключается в использовании проводника тепла вокруг трубопровода заполняющей жидкости, так что проводник тепла заканчивается до контакта с муфтой, которая соединяется с преобразователем давления или соединяется с дополнительным капилляром. Третья особенность заключается в использовании керамики для обеспечения теплового разрыва между преобразователем давления и трубопроводом технологической текучей среды или резервуаром, так что преобразователь давления может быть расположен ближе к трубопроводу технологической текучей среды или резервуару.
[0019] Фигуры 1 и 2 изображают две альтернативные конфигурации для практического применения различных вариантов осуществления. В частности, фиг.1 представляет систему удаленного уплотнения с муфтой, в которой преобразователь давления установлен непосредственно на муфте. На фиг.2, преобразователь давления установлен на расстоянии от муфты на удаленном уплотнении.
[0020] Конкретно, на фиг. 1 представлен узел 100 удаленного уплотнения, который включает в себя корпус 102 уплотнения, который прикреплен к фланцу 308 технологического элемента 104, который может принимать форму канала, трубопровода, контейнера или резервуара или любого другого технологического элемента, содержащего технологическую текучую среду. Корпус 102 уплотнения включает в себя гибкую диафрагму 106, выполненную с возможностью уплотнения полости 108, которая подвергается воздействию технологической текучей среды, от полости 110, которая изолирована от технологической текучей среды, и которая содержит заполняющую жидкость. Диафрагма 106 способна передавать изменения в давлении технологической текучей среды к заполняющей жидкости в полости 110. Полость 110 находится в сообщении по текучей среде с капилляром 112, который защищен оболочкой 114. Оболочка 114 может быть приварена к корпусу 102 уплотнения и к корпусу муфты 116. Корпус муфты 116, также называемой передающим телом, включает гибкую диафрагму 118, которая изолирует полость 120 от полости 122. Полость 120 находится в сообщении по текучей среде с капилляром 112 и заполнена такой же заполняющей жидкостью, как и капилляр 112 и полость 110. Полость 122 находится в сообщении по текучей среде с капилляром 124, который продолжается от корпуса муфты 116. Полость 122 и капилляр 124 заполнены второй заполняющей жидкостью. Диафрагма 118 способна передавать изменения в давлении заполняющей жидкости в полости 120 ко второй заполняющей жидкости в полости 122.
[0021] Защитная оболочка 126 защищает капилляр 124 и закрепляет преобразователь 128 давления к муфте 116. Внутри преобразователя 128 давления капилляр 124 находится в сообщении по текучей среде с полостью 130, которая уплотнена от капилляра 132 гибкой диафрагмой 134. Капилляр 132 содержит третью заполняющую жидкость. Диафрагма 134 способна передавать изменения в давлении второй заполняющей жидкости в полости 130 к третьей жидкости в капилляре 132.
[0022] Как показано выше, изменения в давлении технологической текучей среды в технологическом элементе 104 передаются через диафрагму 106 к заполняющей жидкости в трубопроводе 112, а затем через диафрагму 118 ко второй заполняющей жидкости в трубопроводе 124 и, наконец, к третьей заполняющей жидкости в капилляр 132 через диафрагму 134. Датчик 136 в преобразователе 128 давления воспринимает давление и изменения давления в заполняющей жидкости капилляра 132 и, таким образом, измеряет изменения давления в технологической текучей среде технологического элемента 104. На фиг.1 датчик 136 воспринимает одно значение давления. В других вариантах осуществления датчик 136 является дифференциальным датчиком давления, который принимает информацию о давлении из второй капиллярной системы (не показана) и способен определять перепад давления между давлением капилляра 132 и другим капилляром (не показан). Датчик 136 обеспечивает значения датчика для элементов 138 схемы, которые используют значения датчика для генерации одной или нескольких технологических переменных, которые передаются в диспетчерскую 140. Технологические переменные могут включать в себя, например, одно или несколько значений статического давления, разностные значения давления, уровни жидкости, скорость потока, объемный расход текучей среды и массовый расход текучей среды. Переменные процесса могут передаваться по проводному каналу связи, такому как двухпроводный технологический контур 142, или могут быть переданы в диспетчерскую 140 с использованием беспроводного канала связи.
[0023] Как представлено на фиг.1, узел 100 удаленного уплотнения отделяет преобразователь 128 от технологического элемента 104 так, что преобразователь 128 не подвергается отрицательному воздействию высоких температур технологической текучей среды, присутствующей в технологическом элементе 104. Однако заполняющая жидкость в капилляре 112 остается подверженной воздействию высоких температур технологической жидкости из-за теплопроводности через диафрагму 106 и корпус 102 уплотнения. Для того чтобы заполняющая жидкость правильно передавала давление, она не может испаряться при воздействии температур технологической текучей среды, и не может иметь падение ее температуры ниже температуры своего застывания. Сохранение температуры заполняющей жидкости от падения ниже температуры застывания может быть затруднено в холодной внешней среде, поскольку капилляр 112 излучает тепло, создавая градиент температур вдоль капилляра 112. По существу, точки дальше от диафрагмы 106 вдоль капилляра 112 являются более холодными, чем точки, которые расположены ближе к диафрагме 106.
[0024] Фиг.2 представляет альтернативный вариант осуществления, в котором узел 100 удаленного уплотнения дополнен более длинным капилляром 224 и защитной оболочкой 226 вместо капилляра 124 и оболочки 126. Более длинный капилляр 224 и защитная оболочка 226 позволяют располагать преобразователь давления 128 дальше от муфты 116 и технологического элемента 104. Капилляр 224 находится в сообщении по текучей среде с полостью 122 муфты 116 и с полостью 130 преобразователя 128 давления. Полости 122 и 130 и капилляр 124 заполнены второй заполняющей жидкостью, которая передает изменения давления от диафрагмы 118 муфты 116 к диафрагме 134 в преобразователе 128 давления. Остальные компоненты на фиг. 2 работают аналогичным образом с такими же нумерованными компонентами по фиг.1.
[0025] Фиг.3 представляет увеличенный вид в разрезе узла 100 удаленного уплотнения в соответствии с одним вариантом осуществления. Как представлено на фиг.3, корпус 102 уплотнения образован фланцем 300 и оболочкой 302 диафрагмы, которая включает в себя опорную пластину 304 и соединительный участок 306. Фланец 300 соединен с технологическим фланцем 308 посредством крепежных элементов, таких как крепежные детали 310 и 312, которые прижимают фланец 300 к технологическому фланцу 308, так что опорная пластина 304 входит в уплотняющий контакт с технологическим фланцем 308. Диафрагма 106 приварена к опорной пластине 304 для образования полости 110 между опорной пластиной 304 и диафрагмой 106. Полость 108 в опорной пластине 304 подвергается воздействию технологической текучей среды 320, которая переносится технологическим элементом 104.
[0026] Соединительный участок 306 оболочки 302 диафрагмы образует отверстие 322, которое находится в сообщении по текучей среде с полостью 110 и с отверстием 324, которое принимает универсальный капиллярный фитинг 326. Основание универсального капиллярного фитинга 326 и соединительного участка 306 образует полость 328, которая находится в сообщении по текучей среде с отверстием 322. Универсальный капиллярный фитинг 326 уплотнен к капилляру 112, который проходит через внутреннюю часть универсального капиллярного фитинга 326 так, что он находится в сообщении по текучей среде с полостью 328. Универсальный капиллярный фитинг 326 может быть приварен к соединительному участку 306 в точках 330 сварки. Кроме того, наружная оболочка 114 может быть приварена к соединительному участку 306 по сварным швам 332.
[0027] Муфта 116 включает в себя внешнюю втулку 340, которая приварена к и окружает два соединительных участка 342 и 344. Соединительные участки 342 и 344 каждый образуют соответствующую выемку или отверстия 346 и 348, которые могут принимать универсальный капиллярный фитинг. На фиг.3 только отверстие 348 фактически принимает универсальный капиллярный фитинг 350. Диафрагма 118 приварена к одному из соединительных участков 342 или 344 для образования полостей 122 и 120. Капилляр 112 герметично соединен с соединительным участком 342 и находится в сообщении по текучей среде с полостью 120. Универсальный фитинг 350 уплотнен к капилляру 124/224 и введен в отверстие 348 для образования полости 352 между основанием универсального капиллярного фитинга 350 и соединительным участком 344. В некоторых вариантах осуществления универсальный капиллярный фитинг 350 приварен к соединительному участку 344 по сварным швам 354.
[0028] Наружная защитная оболочка 114 приварена к соединительному участку 342 по сварным швам 360, а наружная оболочка 126/226 приварена к соединительному участку 344 по сварке 362. В варианте осуществления по фиг.3, в полости 120, капилляре 112, полости 328, отверстии 322 и полости 110 присутствует заполняющий материал 370 первого типа. Второй тип заполняющей жидкости 372 находится внутри капилляра 124/224 и полости 122. В соответствии с одним вариантом осуществления, заполняющая жидкость 370, является одной из легкоплавкого сплава с низкой температурой плавления, и не основанного на ртути жидкого металла.
[0029] Легкоплавкие сплавы с низкой температурой плавления являются доступными в различных композициях. Некоторые из этих композиций известны как металлы Филда. Путем варьирования композиции и состава легкоплавкого сплава механические свойства сплава могут удовлетворять различным техническим требованиям. В частности, температуру плавления легкоплавкого сплава можно варьировать путем изменения композиции сплава. В соответствии с одним вариантом осуществления, композиция выбирается таким образом, чтобы получить точку плавления, которая является близкой к комнатной температуре, которая находится между 20°С и 23,5°С. Выбирая легкоплавкий сплав с температурой плавления около комнатной температуры, легкоплавкий сплав будет стремиться быть жидким при запуске и не будет требовать времени, чтобы позволить технологическому теплу расплавить сплав до того, как измерения могут быть проведены. Кроме того, используя легкоплавкий сплав с температурой плавления около комнатной температуры, можно во время изготовления заполнить капилляр 112 и полости 120, 328 и 110, не требуя нагревателя для нагрева сплава, чтобы он мог втекать в полости и капилляр. В некоторых вариантах осуществления используется легкоплавкий сплав с температурой плавления выше комнатной температуры, и после установки удаленное улпотнение обеспечивает достаточное время для приема тепла от технологического процесса для того, чтобы расплавить сплав. В других вариантах осуществления блок предварительного нагрева используется для обеспечения дополнительного тепла для более быстрого плавления легкоплавкого сплава.
[0030] Не основанный на ртути жидкий металл является жидким при комнатной температуре. Некоторые из этих материалов могут понижаться до уровня -10°C до замораживания и выше 500°C до испарения, предоставляя им самый широкий температурный диапазон для всех доступных заполняющих жидкостей. Эти жидкости также имеют чрезвычайно низкое давление пара, вплоть до 10-8 Торр при 500°C, что делает их превосходной заполняющей жидкостью вакуумного класса.
[0031] Как легкоплавкие сплавы с низкой температурой плавления, так и не основанные на ртути жидкие металлы, имеют коэффициенты теплового расширения, которые аналогичны коэффициентам теплового расширения капилляра 112. В результате, когда капилляр 112 и легкоплавкие сплавы с низкой температурой плавления и не основанные на ртути жидкие металлы нагреваются, они расширяются с той же интенсивностью, что приводит к меньшим ошибкам измерения давления. Кроме того, легкоплавкий сплав с низкой температурой плавления и не основанный на ртути жидкий металл 370, являются таковыми, что они не испаряются, когда технологическая текучая среда 320 имеет температуру больше 425°C и ниже 800°C. Кроме того, легкоплавкий сплав с низкой температурой плавления и не основанный на ртути жидкий металл не испаряются, когда технологическая текучая среда 320 имеет давление между 10-3 Торр и 10-8 Торр.
[0032] Одна проблема с использованием легкоплавких сплавов с низкой температурой плавления и не основанного на ртути жидкого металла заключается в том, что некоторые из этих материалов являются довольно дорогостоящими. В вариантах осуществления, которые используют длинные капиллярные линии для удаленного уплотнения, таких как вариант осуществления, представленный на фиг.2, использование этих материалов для всей капиллярной линии является непомерно дорогостоящим. В варианте осуществления по фиг.3, это преодолевается путем использования легкоплавких сплавов с низкой температурой плавления или не основанного на ртути жидкого металла в качестве заполняющей жидкости 370, в то время как менее дорогостоящая заполняющая жидкость 372 используется в капиллярах 124/224. Таким образом, более дорогая заполняющая жидкость используется на небольшом участке удаленного уплотнения, потому что она может выдерживать высокие температуры технологической текучей среды 320. В точке, где расположена муфта 116, количество тепла, передаваемого из технологической текучей среды 320, значительно уменьшается, что позволяет использовать менее дорогую технологическую текучую среду 372 для остальной части удаленного уплотнения или для соединения с преобразователем. Например, силикон 705 в качестве заполняющей жидкости может использоваться как заполняющая жидкость 372, в то время как легкоплавкий сплав с низкой температурой плавления или не основанный на ртути жидкий металл используется в качестве заполняющей жидкости 370. В одном варианте осуществления длина капилляра 112 задается на основе ожидаемого диапазона температур для технологической текучей среды, так что легкоплавкие сплавы с низкой температурой плавления и не основанный на ртути жидкий металл остаются в жидком состоянии посредством использования тепла от технологической текучей среды.
[0033] Фиг.4 представляет вид в разрезе альтернативного варианта осуществления узла 400 удаленного уплотнения, который может использоваться как узел 100 удаленного уплотнения по фигурам 1 и 2. На фиг.4 элементы, которые являются общими для фиг.3, обозначены теми же ссылочными позициями, что и на фиг.3. В варианте осуществления по фиг.4 теплопроводный элемент 402 непрерывно продолжается вдоль капилляра 112 от корпуса 102 уплотнения и в капиллярную выемку 346 без контакта с муфтой 116. Как представлено на увеличенном участке муфты 116, теплопроводный элемент 402 является заглушенным или имеет свободный конец 404, так что имеется пространство 406 между свободным концом 404 и поверхностью 408 соединительного участка 342 муфты 116. Внутри пространства 406 участок капилляра 112 является открытым.
[0034] Теплопроводный элемент 402 по окружности окружает капилляр 112 и приварен к капиллярному фитингу 426 в точках 410 сварки. Кроме того, участок 414 теплопроводного элемента 402 продолжается в выемку 412 капиллярного фитинга 426 для улучшения теплопередачи между капиллярным фитингом 426 и теплопроводным элементом 402.
[0035] Тепло от технологической текучей среды 320 передается через оболочку 302 диафрагмы в капиллярный фитинг 426, а затем в теплопроводный элемент 402. Теплопроводный элемент 402 выполнен с возможностью передачи тепла от корпуса 102 уплотнения к капилляру 112 от капиллярного фитинга 426 до свободного конца 404. Тепло, проводимое теплопроводным элементом 402, поддерживает температуру заполняющей жидкости 470 в капилляре 112 выше температуры застывания заполняющей жидкости. В соответствии с одним вариантом осуществления, температура заполняющей жидкости 470 поддерживается выше температуры застывания по всей длине капилляра 112, даже когда температура воздуха вокруг муфты 116 ниже температуры застывания заполняющей жидкости 470. Благодаря этому нагреву можно использовать заполняющую жидкость 470, которая имеет температуру застывания, которая выше, чем температура окружающей среды, в которой используется узел 400 удаленного уплотнения. Без теплопроводного элемента 402 такая заполняющая жидкость начнет загустевать в участках капилляра 112, которые находятся вблизи муфты 116, вследствие охлаждающего воздействия окружающей среды на капилляр 112. С теплопроводным элементом 402, тепло от технологической текучей среды 320 механически проводится для поддержания капилляра 112 и заполняющей жидкости 470 теплыми.
[0036] Пространство 406 предусмотрено между свободным концом 404 теплопроводного элемента 402 и муфтой 116 для уменьшения количества тепла, которое получает муфта 116. Если муфта 116 нагревается, она будет передавать это тепло к заполняющей жидкости 372 и может вызвать заполняющую жидкость 372 к испарению, что отрицательно скажется на измерениях давления. Путем обеспечения пространства 406, воздух способен охлаждать капилляр 112 настолько, что он не нагревает муфту 116 до точки, в которой заполняющая жидкость 372 оказывает неблагоприятное воздействие. В соответствии с одним вариантом осуществления можно получить перепад температуры 127°C между свободным концом 404 теплопроводного элемента 402 и концом капилляра 112, где соединительный участок 342 образует участок полости 120.
[0037] Температуру в любой точке вдоль капилляра 112 можно определить используя, например, математическое моделирование на основе таких факторов, как, например, температура технологического процесса, температура окружающей среды и толщина и длина теплопроводного элемента 402. В качестве альтернативы могут быть проведены эксперименты для определения градиента температуры вдоль капилляра 112 для различных комбинаций температуры технологического процесса и температуры окружающей среды.
[0038] Используя вариант осуществления по фиг.4, было обнаружено, что заполняющая жидкость, рассчитанная только для работы в диапазоне от 20°C до 370°C, может быть использована в качестве заполняющей жидкости 470 при температуре окружающей среды -60°C, когда температура технологической текучей среды составляет 250°C. В окружающей среде с температурой -60°C такая заполняющая жидкость обычно начинает загустевать, если отсутствует теплопроводный элемент 402.
[0039] Теплопроводный элемент 402 также обеспечивает преимущества по сравнению с капиллярными трассами, которые получают тепло от внешних источников. Такие системы отслеживания тепла требуют электрического питания для работы и, следовательно, являются дорогими в эксплуатации. Кроме того, такие системы отслеживания тепла требуют регуляторов температуры для обеспечения оптимальной производительности.
[0040] Фиг.5 представляет дополнительный вариант осуществления узла 500 удаленного уплотнения, который может использоваться в качестве узла 100 удаленного уплотнения по фигурам 1 и 2. Узел 500 удаленного уплотнения дополнительно термически изолирует муфту 116 от тепла технологической текучей среды 320. Элементы на фиг.5, которые представлены на фиг.4, ссылаются к тем же ссылочным позициям, что и на фиг.4.
[0041] На фиг.5, внешняя оболочка 114 заменена внешней оболочкой 502, которая защищает капилляр 112 и теплопроводный элемент 402. Защитная оболочка 502 выполнена из первой металлической концевой секции 504, второй металлической концевой секции 506 и внутренней секции 507, которая отделяет концевую секцию 504 от концевой секции 506 и включает в себя материал терморазрыва. Концевая секция 504 является цилиндрической и приварена к соединительному участку 306 оболочки 302 диафрагмы. Концевая секция 506 является цилиндрической и приварена к соединительному участку 342 муфты 116. Внутренняя секция 507 содержит цилиндрический керамический участок 508, первый сварной переходник 510 и второй сварной переходник 512. Первый сварной переходник 510 имеет первый цилиндрический участок 520, который прикреплен к керамической детали 508, и второй цилиндрический участок 522, который приварен к концевой секции 504. Сварной переходник 512 имеет первый цилиндрический участок 526, который прикреплен к противоположному концу керамической детали 508, и второй цилиндрический участок 524, который приварен к концевой секции 506. В соответствии с одним вариантом осуществления цилиндрические участки 520 и 526 прикреплены к керамической детали 508 посредством высокотемпературной пайки.
[0042] Керамическая деталь 508 является одним из примеров материала терморазрыва, который имеет низкую теплопроводность, так что меньшее количество тепла передается от оболочки 302 диафрагмы к муфте 116. Примеры возможных материалов для керамической детали 508 включают в себя двуокись циркония (ZrO2), который имеет высокую прочность, отличную износостойкость, высокую твердость, отличную химическую стойкость, высокую вязкость разрушения и очень низкую теплопроводность; и нитрид кремния (Si3N4), который имеет высокую устойчивость к царапинам/износу, высокую прочность, высокую вязкость разрушения, хорошую термостойкость, и высокую химическую стойкость. В зависимости от состава керамики, теплопроводность выбранной керамики будет составлять от 1/2 до 1/10 теплопроводности нержавеющей стали. Следовательно, количество тепла, подаваемого в муфту 116 посредством керамического разрыва, может быть значительно уменьшено.
[0043] Хотя в варианте осуществления по фиг.5 используется керамический терморазрыв 507 в сочетании с теплопроводным элементом 402, в других вариантах осуществления, вариант осуществления по фиг.5 может быть осуществлен на практике без теплопроводного элемента 402.
[0044] Хотя элементы были представлены или описаны как отдельные вышеописанные варианты осуществления, участки каждого варианта осуществления могут быть объединены со всеми или частью других вариантов осуществления, описанных выше.
[0045] Хотя изобретение было описано на языке, характерном для структурных признаков и/или методологических действий, необходимо понимать, что объект изобретения, определенный в прилагаемой формуле, не обязательно ограничивается описанными характерными признаками или действиями. Точнее, специфические признаки и действия, описанные выше, раскрыты в качестве примера форм реализации заявленной формулы изобретения.
1. Узел удаленного уплотнения для преобразователя процесса, при этом узел удаленного уплотнения содержит:
- корпус уплотнения, содержащий полость, уплотненную посредством диафрагмы, при этом корпус уплотнения выполнен с возможностью установки на элемент технологического процесса, содержащий технологическую текучую среду так, что первая сторона диафрагмы выходит к технологической текучей среде;
- капилляр, содержащий заполняющую жидкость в сообщении по текучей среде с полостью и второй стороной диафрагмы;
- муфту, имеющую капиллярную выемку и две полости, разделенные второй диафрагмой, причем капилляр проходит через капиллярную выемку и соединяется с муфтой так, что заполняющая жидкость в капилляре находится в сообщении по текучей среде с одной из двух полостей и второй диафрагмой; и
- теплопроводный элемент, проходящий непрерывно вдоль капилляра от корпуса уплотнения к муфте и в капиллярную выемку без контакта с муфтой.
2. Узел удаленного уплотнения по п.1, в котором теплопроводный элемент установлен на корпусе уплотнения и выполнен с возможностью передачи тепла от корпуса уплотнения к капилляру.
3. Узел удаленного уплотнения по п.2, в котором теплопроводный элемент приварен к фитингу, а фитинг установлен к корпусу уплотнения.
4. Узел удаленного уплотнения по п.1, в котором преобразователь технологического процесса установлен на муфте.
5. Узел удаленного уплотнения по п.1, в котором муфта дополнительно соединена со вторым капилляром так, что вторая заполняющая жидкость во втором капилляре находится в сообщении по текучей среде со второй из двух полостей муфты и второй диафрагмой.
6. Узел удаленного уплотнения по п.5, в котором второй капилляр дополнительно соединен с преобразователем технологического процесса.
7. Узел удаленного уплотнения по п.1, в котором узел удаленного уплотнения выполнен с возможностью обеспечения перепада температуры вдоль капилляра более чем 126 градусов Цельсия между концом теплопроводного элемента внутри капиллярной выемки и концом капилляра.
8. Узел удаленного уплотнения по п.1, в котором заполняющая жидкость содержит одно из легкоплавкого металлического сплава с низкой температурой плавления и не основанного на ртути жидкого металла.
9. Узел удаленного уплотнения для преобразователя технологического процесса, при этом узел удаленного уплотнения содержит:
- корпус уплотнения, содержащий полость, уплотненную диафрагмой, при этом корпус уплотнения выполнен с возможностью установки на элементе технологического процесса, содержащем технологическую текучую среду так, что первая сторона диафрагмы выходит к технологической текучей среде;
- капилляр, содержащий заполняющую жидкость в сообщении по текучей среде с полостью и второй стороной диафрагмы;
- муфту, присоединенную к капилляру и имеющую две полости, разделенные второй диафрагмой, при этом заполняющая жидкость в капилляре сообщается по текучей среде с одной из двух полостей и второй диафрагмой; и
- теплопроводный элемент, проходящий непрерывно вдоль капилляра от корпуса уплотнения к муфте без контакта с муфтой так, что участок капилляра является обнаженным между теплопроводным элементом и муфтой, причем теплопроводный элемент выполнен с возможностью передачи тепла к капилляру так, чтобы температура заполняющей жидкости во всем капилляре оставалась выше температуры застывания заполняющей жидкости, когда температура воздуха вокруг муфты ниже температуры застывания заполняющей жидкости.
10. Узел удаленного уплотнения по п.9, в котором заполняющая жидкость содержит одно из легкоплавкого металлического сплава с низкой температурой плавления и не основанного на ртути жидкого металла.
11. Узел удаленного уплотнения по п.9, в котором преобразователь технологического процесса установлен на муфте.
12. Узел удаленного уплотнения для преобразователя технологического процесса, при этом узел удаленного уплотнения содержит:
- корпус уплотнения, содержащий полость, уплотненную диафрагмой, при этом корпус уплотнения выполнен с возможностью закрепления к элементу технологического процесса, содержащему технологическую текучую среду, так, что первая сторона диафрагмы выходит к технологической текучей среде;
- капилляр, содержащий заполняющую жидкость в сообщении по текучей среде с полостью и второй стороной диафрагмы;
- оболочку вокруг капилляра, при этом оболочка имеет первый конец, изготовленный из металла, который прикреплен к корпусу уплотнения, второй конец, изготовленный из металла, и внутреннюю секцию, содержащую керамику, которая отделяет первый конец от второго конца.
13. Узел удаленного уплотнения по п.12, в котором внутренняя секция изготовлена из одного из двуокиси циркония и нитрида кремния.
14. Узел удаленного уплотнения по п.12, в котором внутренняя секция дополнительно содержит первый сварной переходник, присоединенный к первому концу керамики и приваренный к первому металлическому концу, и второй сварной переходник, присоединенный ко второму концу керамики и приваренный ко второму металлическому концу.
