Узел диафрагмы
Изобретение относится к средствам для измерения расхода текучей среды. Сущность: узел диафрагмы содержит множество кольцевых элементов (110), выполненных с возможностью захвата или приема диафрагмы (200), расположенной между ними. Каждый кольцевой элемент (110) содержит внутреннее кольцевое уплотнение (150), сформованное на нем, для создания уплотнения между каждым кольцевым элементом (110) и соответствующей лицевой поверхностью (204) диафрагмы (200). Технический результат: снижение вероятности протечки, повышение точности измерения расхода текучей среды. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[1] Настоящая заявка испрашивает приоритет по патентной заявке США №14/824,246, поданной 12 августа 2015 г., под названием " Узел диафрагмы", которая полностью включена в данный документ посредством ссылки.
ИНФОРМАЦИЯ ПО ФИНАНСИРОВАНИЮ НИОКР ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА
[2] Не применимо.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[3] Расход текучей среды является количественным представлением перемещения партии текучей среды или газа, обычно измеряемой как объемный и массовый расходы. Способность надежного и точного измерения расходов текучей среды является важной функцией в различных процессах и отраслях (например, при химической обработке, производстве и транспортировке нефти и газа и т.д.). Крепление диафрагмы является одним из многих устройств, которые можно применять для измерения объемного или массового расхода текучих сред, проходящих через трубу или трубопровод. Для крепления диафрагмы обычно применяют плоскую, тонкую пластину, имеющую центральную диафрагму, диаметр которой меньше диаметра трубопровода в которой пластина расположена. Диафрагму устанавливают между уплотнительным кольцом и компрессионным кольцом, которые могут удерживаться вместе крепежным элементом, для образования узла диафрагмы. Узел диафрагмы расположен в держателе диафрагмы, который, в свою очередь, закреплен и выставлен в креплении диафрагмы. В данном устройстве массовый расход текучей среды, проходящей через трубопровод, может быть вычислен по перепаду давления, измеренному на диафрагме, а также другим параметрам.
[4] При применении крепления диафрагмы для измерения расхода текучей среды, должно быть учтено множество факторов для получения точных оценок расхода. Обычно, узел диафрагмы устанавливают в крепление диафрагмы с уплотнительными и компрессионными кольцами, расположенными на сторонах выше по потоку и ниже по потоку диафрагмы, соответственно. Уплотнение обеспечивают между уплотнительным кольцом и диафрагмой, но уплотнение не обеспечивают между диафрагмой и компрессионным кольцом. В случае данных однонаправленных узлов диафрагмы может возникать протечка, если сторона узла диафрагмы с компрессионным кольцом непреднамеренно расположена выше по потоку. Протечка приводит к уменьшенному падению давления на диафрагме и неточной оценке расхода текучей среды через установку.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[5] Вариант осуществления узла диафрагмы содержит множество кольцевых элементов, каждый из которых имеет обращенную внутрь поверхность, содержащую первую кольцевую выемку, проходящую в ней, и множество внутренних кольцевых уплотнений, при этом отличающееся внутреннее кольцевое уплотнение указанного множества выполняют накладным формованием на первой кольцевой выемке каждого кольцевого элемента из множества кольцевых элементов для уплотнения с лицевой поверхностью диафрагмы, захваченной между множеством кольцевых элементов. Согласно одному варианту осуществления каждый кольцевой элемент содержит пластмассовый материал, а каждое внутреннее кольцевое уплотнение содержит эластомерный материал. Согласно одному варианту осуществления каждый кольцевой элемент содержит обращенную наружу поверхность, имеющую вторую кольцевую выемку, проходящую в ней, и наружное кольцевое уплотнение, выполненное накладным формованием на второй кольцевой выемке. В данном варианте осуществления каждый кольцевой элемент содержит множество разнесенных по окружности окон, проходящих между первой кольцевой выемкой и второй кольцевой выемкой. В данном варианте осуществления узел диафрагмы дополнительно содержит эластомерный элемент, расположенный в каждом окне с соединением внутреннего кольцевого уплотнения с наружным кольцевым уплотнением. Согласно одному варианту осуществления внутреннее кольцевое уплотнение, наружное кольцевое уплотнение и каждый эластомерный элемент, расположенный в каждом окне каждого кольцевого элемента, выполняют накладным формованием на кольцевом элементе. Согласно одному варианту осуществления первая кольцевая выемка каждого кольцевого элемента содержит пару противоположных кольцевых закраин для прижатия внутреннего кольцевого уплотнения к лицевой поверхности диафрагмы, захваченной между множеством кольцевых элементов. В данном варианте осуществления соединение первого из множества кольцевых элементов со вторым из множества кольцевых элементов с диафрагмой, расположенной между ними, обеспечивает прижатие внутреннего кольцевого уплотнения кольцевых элементов к лицевым поверхностям диафрагмы.
[6] Вариант осуществления узла диафрагмы содержит множество кольцевых элементов, каждый из которых содержит обращенную наружу поверхность и обращенную внутрь поверхность, при этом обращенная наружу поверхность содержит первую кольцевую выемку, проходящую в ней, обращенная внутрь поверхность содержит вторую кольцевую выемку, проходящую в ней, и каждый из кольцевых элементов содержит множество окон, проходящих между первой кольцевой выемкой и второй кольцевой выемкой, и множество уплотнительных колец, каждое из которых выполнено формованием на одном из множества кольцевых элементов, при этом каждое уплотнительное кольцо содержит внутреннее кольцевое уплотнение для уплотнения с лицевой поверхностью диафрагмы, захваченной между множеством кольцевых элементов. Согласно одному варианту осуществления каждое уплотнительное кольцо выполняют накладным формованием на каждом кольцевом элементе. Согласно одному варианту осуществления каждый кольцевой элемент содержит пластмассовый материал, и каждое уплотнительное кольцо содержит эластомерный материал. В данном варианте осуществления уплотнительное кольцо содержит наружное кольцевое уплотнение, расположенное во второй кольцевой выемке каждого кольцевого элемента. В данном варианте осуществления каждое уплотнительное кольцо содержит эластомерный элемент, проходящий через окно каждого кольцевого элемента. В варианте осуществления первая кольцевая выемка каждого кольцевого элемента содержит пару противоположных кольцевых закраин для прижатия внутреннего кольцевого уплотнения к лицевой поверхности диафрагмы, захваченной между множеством кольцевых элементов. В варианте осуществления соединение первого из множества кольцевых элементов со вторым из множества кольцевых элементов с диафрагмой, расположенной между ними, прижимает внутреннее кольцевое уплотнение кольцевых элементов к лицевым поверхностям диафрагмы.
[7] Вариант осуществления крепления диафрагмы содержит трубчатый корпус, имеющий сквозной проход, и узел диафрагмы, съемно расположенный в трубчатом корпусе поперек сквозного прохода, узел диафрагмы содержит диафрагму, расположенную между парой кольцевых элементов, при этом каждый кольцевой элемент содержит обращенную внутрь поверхность, содержащую первую кольцевую выемку, проходящую в ней, и при этом каждый кольцевой элемент содержит внутреннее кольцевое уплотнение, выполненное накладным формованием на первой кольцевой выемке кольцевого элемента для уплотнения с лицевой поверхностью диафрагмы. Согласно одному варианту осуществления каждый кольцевой элемент содержит обращенную наружу поверхность, содержащую вторую кольцевую выемку, проходящую в ней, и наружное кольцевое уплотнение, выполненное накладным формованием на второй кольцевой выемке. Согласно одному варианту осуществления каждый кольцевой элемент содержит множество разнесенных по окружности окон, проходящих между первой кольцевой выемкой и второй кольцевой выемкой. В данном варианте осуществления крепление диафрагмы дополнительно содержит эластомерный элемент, расположенный в каждом окне с соединением внутреннего кольцевого уплотнения с наружным кольцевым уплотнением. В данном варианте осуществления каждый кольцевой элемент содержит наружное кольцевое уплотнение, и при этом расстояние между наружными кольцевыми уплотнениями узла диафрагмы больше расстояния между парой кольцевых установочных поверхностей трубчатого корпуса.
[8] Выше в общих чертах описаны особенности изобретения для лучшего понимания приведенного ниже подробного описания изобретения. Дополнительные особенности описаны в данном документе ниже, что дает представление о предмете некоторых из пунктов формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[9] Для подробного описания различных являющихся примером вариантов осуществления, раскрытых в данном документе, приведены ссылки на прилагаемые чертежи, на которых показано следующее.
[10] На фиг. 1 показан вид в разрезе крепления диафрагмы с узлом диафрагмы согласно принципам, описанным в данном документе.
[11] На фиг. 2А показан вид в перспективе расположенной ниже по потоку поверхности держателя диафрагмы по фиг. 1.
[12] На фиг. 2В показан вид в перспективе расположенной выше по потоку поверхности держателя диафрагмы по фиг. 1.
[13] На фиг. 3 показан вид в перспективе узла диафрагмы по фиг. 1, расположенного в держателе диафрагмы по фиг. 2А и 2В согласно принципам, раскрытым в данном документе;
[14] На фиг. 4 показан вид в перспективе узла диафрагмы по фиг. 1.
[15] На фиг. 5А показан вид в перспективе внутренней поверхности компрессионного кольца узла диафрагмы по фиг. 1 согласно принципам, раскрытым в данном документе.
[16] На фиг. 5В показан вид в перспективе наружной поверхности компрессионного кольца узла диафрагмы по фиг. 1 согласно принципам, раскрытым в данном документе.
[17] На фиг. 6 показан вид в разрезе с сечением по линии 6-6 компрессионного кольца по фиг. 5А.
[18] На фиг. 7А показан вид в перспективе с сечением по линии 7-7 узла диафрагмы по фиг. 4.
[19] На фиг. 7В показан вид спереди с сечением по линии 7-7 узла диафрагмы по фиг. 4.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[20] Ниже рассмотрены различные, являющиеся примерами, варианты осуществления изобретения. Специалисту в данной области техники понятно, что примеры, раскрытые в данном документе, имеют широкое применение, и что рассмотрение любого варианта осуществления дает только пример варианта осуществления и не предполагает ограничения объема рассмотрения, включающего в себя формулу изобретения, вариантами осуществления.
[21] Чертежи фигур не обязательно выполнены с соблюдением масштаба. Некоторые элементы раскрытых вариантов осуществления могут быть показаны с искажением масштаба или в несколько схематичном виде, и некоторые детали обычных элементов могут быть не показаны в интересах ясности и лаконизма. В следующем рассмотрении и в формуле изобретения термины "включающий в себя" и "содержащий" применяются в виде с открытым концом и, следовательно, должны интерпретироваться, означающими "включающий в себя, но без ограничения этим…". Также, термин "соединяют" или "соединяет" служит для указания либо непрямого или прямого соединения. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, указанное соединение может быть прямым соединением, или непрямым соединением, существующим через соединение других промежуточных устройств и соединений.
[22] На фиг. 1 показан вид в разрезе крепления диафрагмы с узлом диафрагмы, захваченным в держателе диафрагмы согласно принципам, раскрытым в данном документе. Крепление диафрагмы является измерителем такого типа, который определяет расходы с помощью измерения перепада давления на специально подобранной по размеру диафрагме. В данном варианте осуществления, крепление 10 диафрагмы включает в себя корпус 11, имеющий нижнюю часть 16, соединенную с верхней частью 18. Нижняя часть 16 включает в себя трубу или трубчатый элемент 54, имеющий фланцы 14, расположенные на обоих концах, и кожух 56, расположенный между ними. Фланцы 14 трубчатого элемента 54 соединяют крепление 10 диафрагмы между секциями несущего текучую среду трубопровода (не показано). Трубчатый элемент 54 также включает в себя осевой канал 62 потока, проходящий сквозь него, характеризуемый центральной осью 60 и зонами 66, 64 выше по потоку и ниже по потоку, соответственно. Текучая среда может проходить через канал 62 потока из зоны 66 выше по потоку в зону 64 ниже по потоку, в общем в направлении, указанном стрелкой 68. Кожух 56 заключает в себе нижнюю камеру 20 с нижним приводом 36, имеющим вал зубчатой передачи и ведущие шестерни, расположенные в ней. Верхний участок 18 крепления 10 диафрагмы заключает в себе верхнюю камеру 22 с верхним приводом 38, также имеющим вал зубчатой передачи и ведущие шестерни, расположенные в ней.
[23] Держатель 70 диафрагмы, захватывающий узел 100 диафрагмы согласно варианту осуществления изобретения, можно поднимать и опускать в креплении 10 диафрагмы приводя в действие нижний привод 36 и верхний привод 38. На данной иллюстрации держатель 70 диафрагмы полностью вставлен в крепление 10 диафрагмы. Когда держатель 70 диафрагмы полностью вставлен в крепление 10 диафрагмы, как показано на фиг. 1, узел 100 диафрагмы расположен между парой разнесенных вдоль оси кольцевых установочных поверхностей 58 трубчатого элемента 54. Проходящий вдоль оси паз, имеющий расстояние D1, выполнен между парой установочных поверхностей 58. Как дополнительно описано ниже в данном документе, узел 100 диафрагмы выполнен с возможностью уплотнения к установочным поверхностям 58 трубчатого элемента 54 для дросселирования сообщения по текучей среде между нижний камерой 20 и каналом 62 потока. Также, как дополнительно описано ниже в данном документе, узел 100 диафрагмы включает в себя диафрагму, имеющую центрально расположенную апертуру, проходящую сквозь нее, обеспечивающую возможность прохода текучей среды через узел 100 диафрагмы между зоной 66 выше по потоку и зоной 64 ниже по потоку, создавая при этом падение давления между зонами 66, 64, соответственно. Также, хотя в данном варианте осуществления применен узел 100 диафрагмы в креплении 10 диафрагмы, в других вариантах осуществления узел 100 диафрагмы можно применять в других креплениях диафрагмы или других инструментах для создания перепада давления в потоке текучей среды.
[24] На фиг. 2А показан вид расположенной ниже по потоку поверхности 70а держатель 70 диафрагмы или, другими словами, поверхность 70а держателя 70 диафрагмы, которая расположена примыкающей к зоне 64 ниже по потоку, когда держатель 70 диафрагмы вставлен в крепление 10 диафрагмы. В данном варианте осуществления держатель 70 диафрагмы включает в себя прямоугольный корпус 72, имеющий две параллельных зубчатых рейки 74, расположенных вдоль противоположных боковых сторон корпуса 72. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления корпус 72 содержит металл, такой как нержавеющая сталь. Рейки 74 стыкуются с нижним приводом 36 и верхним приводом 38 для обеспечения вертикального перемещения держателя 70 диафрагмы в креплении 10 диафрагмы. Держатель 70 диафрагмы дополнительно включает в себя центрально расположенное отверстие 76, образованное, в общем, цилиндрической внутренней поверхностью 78, и множество окон 80 прохода потока, каждого проходящего через корпус 72.
[25] Как показано на фиг. 2А, 2В и 3, окна 80 прохода потока обеспечивают сквозной проход потока текучей среды, когда держатель 70 диафрагмы перемещается к положению и из положения в канале 62 потока крепления 10. В данном варианте осуществления корпус 72 включает в себя четыре разнесенных по периферии окна 80 прохода потока, каждое имеющее, в общем прямоугольную форму со срезанными углами. Хотя корпус 72 включает в себя четыре окна 80 прохода потока в данном варианте осуществления, окон 80 прохода потока может быть меньше или больше в других вариантах осуществления. Кроме того, окна 80 прохода потока могут иметь другие физические формы и положения в корпусе 72. Расположенная ниже по потоку поверхность 70а корпуса 72 включает в себя удерживающий упорный выступ 82 и множество разнесенных по окружности зубцов 84, радиально выступающие внутрь от внутренней поверхности 78 центрального отверстия 76.
[26] Конкретно, удерживающий упорный выступ 82 проходит радиально внутрь от внутренней поверхности 78 на расположенной ниже по потоку поверхности 70а, а зубцы 84 проходят радиально внутрь от внутренней поверхности 78 между расположенной ниже по потоку поверхностью 70а и расположенной выше по потоку поверхностью 70b корпуса 72. Другими словами, зубцы 84 проходят вдоль оси (т.е., относительно центральной оси 60) между поверхностями 70а и 70b, а удерживающий упорный выступ 82 расположен на расположенной ниже по потоку поверхности 70а. Удерживающий упорный выступ 82 и зубцы 84 также показаны на фиг. 2В, на которой показан вид расположенной выше по потоку поверхности 70b держателя 70 диафрагмы. В некоторых вариантах осуществления, в том числе, показанных на фиг. 2А и 2В, удерживающий упорный выступ 82 и/или зубцы 84 выполнены за одно целое с корпусом 72. В данном варианте осуществления удерживающий упорный выступ 82 и внутренняя поверхность 78 компонуют проходящую вдоль оси выемку 86. Таким образом, узел 100 диафрагмы может быть вставлен в расположенную в выше по потоку поверхность 70b корпуса 72 через центральное отверстие 76 держателя 70 диафрагмы для установки в выемке 86 и упирания в удерживающий упорный выступ 82, как показано на фиг. 3.
[27] Зубцы 84 проходят не по всей окружности внутренней поверхности 78 корпуса 72, как удерживающий упорный выступ 82, но вместо этого расположены по окружности на угловых позициях 45 градусов, 135 градусов, 225 градусов, и 315 градусов, где углы измерены от горизонтальной линии 88, проходящей от центра 90 отверстия 76. Каждый из зубцов 84 имеет высоту, выполненную с возможностью зацепления наружной периферийной поверхности узла 100 диафрагмы, когда узел 100 диафрагмы вставляют в держатель 70 диафрагмы. По меньшей мере в некоторых вариантах осуществления, зубцы 84 содержат металл, такой как нержавеющая сталь, для обеспечения контакта металла с металлом между каждым из зубцов 84 и диафрагмой. Дополнительно, хотя в данном варианте осуществления узел 100 диафрагмы показан принятым или захваченным в держателе 70 диафрагмы, в других вариантах осуществления узел 100 диафрагмы может быть принят или соединен с другими держателями диафрагмы или другими устройствами для приема узла 100 диафрагмы.
[28] Как показано на фиг. 4, узел 100 диафрагмы, в общем, включает в себя пару идентичных компрессионных колец 110, выполненных с возможностью захвата или приема диафрагмы 200, расположенной между ними. Вместе с тем, в других вариантах осуществления узел диафрагмы может содержать только пару компрессионных колец 110, подлежащих сборке с диафрагмой 200 до установки в держателе 70 диафрагмы. Диафрагму 200 съемно устанавливают между парой компрессионных колец 110. В данном варианте осуществления диафрагма 200 является, в общем, тонким или плоским диском и включает в себя в общем выполненный кольцевым или дискообразным корпус 202, имеющий лицевые переднюю и заднюю поверхности 204, радиально наружную цилиндрическую поверхность 206, и центрально расположенную апертуру 208, проходящую вдоль оси (относительно горизонтальной линии 88) сквозь него. Как дополнительно описано ниже в данном документе, компрессионные кольца 110 соединяют с диафрагмой 200 посредством сцепления с радиально наружным участком лицевых поверхностей 204 вблизи наружной цилиндрической поверхности 206. Более конкретно, каждое компрессионное кольцо 110 включает в себя кольцевое эластомерное уплотнительное кольцо 150, сформованное на нем, для создания кольцевого уплотнения между каждым компрессионным кольцом 110 и соответствующей лицевой поверхностью 204 диафрагмы 200. В данном варианте осуществления уплотнительное кольцо 150 выполнено из формованного эластомерного материала, такого как фторэластомер (FKM). В других вариантах осуществления уплотнительное кольцо 150 может содержать другие формованные эластомерные составы, такие как гидрированный бутадиен-нитрильный каучук (HNBR). Кроме того, уплотнительные кольца 150 компрессионных колец 110 также образуют кольцевое уплотнение на установочных поверхностях 58 трубчатого элемента 54 для дросселирования сообщения по текучей среде между нижней камерой 20 и каналом 62 потока. В данном устройстве весь поток текучей среды, проходящий через канал 62 потока, направляется через апертуру 208 диафрагмы 200.
[29] Диафрагма 200 надежно удерживается и выставляется по оси между компрессионными кольцами 110 с помощью одного или нескольких крепежных элементов или зажимов 132, которые фиксируют наружные радиальные участки каждого компрессионного кольца 110 к противоположному или стыкуемому компрессионному кольцу 110, при этом скрепляя узел 100 диафрагмы. Дополнительно, каждый зажим 132 скрепляет компрессионные кольца 110 и диафрагму 200 так, что узел 100 диафрагмы можно было установить в держателе 70 диафрагмы и смонтировать в креплении 10 диафрагмы.
[30] Отверстие 208 диафрагмы выполняют в диафрагме 200 станочной обработкой. Отверстие 208 диафрагмы имеет диаметр меньше диаметра прохода 62 крепления 10 диафрагмы. Благодаря этому, поток текучей среды из зоны 66 выше по потоку в зону 64 ниже по потоку дросселируют с помощью относительно малого диаметра отверстия 208 диафрагмы. В результате, давление текучей среды выше по потоку от диафрагмы 200 больше давления текучей среды ниже по потоку от диафрагмы 200. Небольшие лючки доступа к давлению или точки отбора давления (не показано) могут быть предусмотрены на каждой стороне диафрагмы 200 для обеспечения измерения перепадов давления на диафрагме 200. Измеренные перепады давления можно затем применять для вычисления расхода текучей среды через крепление 10 диафрагмы, показанное на фиг. 1.
[31] Как показано на фиг. 5А, 5В и 6, в данном варианте осуществления компрессионное кольцо 110, в общем, включает в себя кольцевой корпус 112 с обращенной внутрь поверхностью 114, обращенной наружу поверхностью 116, внутренней цилиндрической поверхностью 118 и наружной, в общем, цилиндрической поверхностью 120. Внутренняя цилиндрическая поверхность 118 корпуса 112 включает в себя первый кольцевой канал или выемку 122, которая проходит вдоль оси (относительно горизонтальной линии 88) в обращенной внутрь поверхности 114. Первая кольцевая выемка 122 проходит радиально от внутренней поверхности 118, образуя кольцевую закраину 124 вблизи наружной поверхности 120. Внутренняя цилиндрическая поверхность 118 дополнительно включает в себя кольцевую расточку или канавку 126 между внутренней поверхностью 118 и наружной поверхностью 120, которая проходит вдоль оси (относительной горизонтально линии 88) в первую кольцевую выемку 122. Корпус 112 также включает в себя наружную кольцевую канавку 128, которая проходит вдоль оси в обращенную наружу поверхность 116. Канавка 126 внутренней поверхности, по существу, радиально совмещена (т.е., имеет по существу, одинаковый диаметр) с канавкой 128 наружной поверхности и образована парой кольцевых закраин 127 (показано на фиг. 7А). Корпус 112 дополнительно включает в себя множество разнесенных по окружности нагнетательных окон 130, которые проходят вдоль оси между канавкой 126 внутренней поверхности и канавкой 128 наружной поверхности для обеспечения сообщения по текучей среде между канавками 126 и 128. В данном варианте осуществления, корпус 112 включает в себя шесть нагнетательных окон 130, разнесенных по окружности с угловыми интервалами приблизительно 60 градусов. Вместе с тем, в других вариантах осуществления корпус 112 каждого компрессионного кольца 110 может включать в себя отличающееся число нагнетательных окон 130 разнесенных с отличающимися интервалами по окружности.
[32] Корпус 112 также включает в себя множество разнесенных по окружности дугообразных канавок 129, проходящих радиально, в общем, в цилиндрическую наружную поверхность 120 и аксиально между обращенной внутрь поверхностью 114 и обращенной наружу поверхностью 116. В данном варианте осуществления компрессионное кольцо 110 содержит четыре разнесенных по окружности дугообразных канавки 129, расположенные с угловыми интервалами приблизительно 90 градусов; вместе с тем, в других вариантах осуществления компрессионное кольцо 110 может содержать другое число канавок 129, где канавки 129 не разнесены на равные расстояния. В данном варианте осуществления дугообразные канавки 129 проходят радиально через кольцевую закраину 124 и в первую кольцевую выемку 122. Дугообразные канавки 129 выполнены с возможностью обеспечения узлу 100 диафрагмы возможности вставления в центральное отверстие 76 держателя 70 диафрагмы. Конкретно, дугообразные канавки 129 принимают зубцы 84 держателя 70 диафрагмы, когда узел 100 диафрагмы вставляют в центральное отверстие 76, как показано на фиг. 3. Прием зубцов 84 в соответствующий дугообразные канавки 129 устанавливает узел 100 диафрагмы в крепление 10 диафрагмы так, что узел 100 диафрагмы расположен коаксиально с центральной осью 60 осевого канала 62 потока.
[33] Каждое компрессионное кольцо 110 включает в себя пару разнесенных по окружности зажимов или рычажков 132, проходящих вдоль оси (относительно горизонтальной линии 88) от обращенной внутрь поверхности 114 для соединения с парой разнесенных по окружности, дугообразных сцепляющихся с зажимами сегментов или выемок 140, которые проходят радиально в наружную цилиндрическую поверхность 120. В данном варианте осуществления каждое компрессионное кольцо 110 включает в себя два зажима 132, отнесенных друг от друга на угловые интервалы приблизительно 180 градусов, и два сцепляющихся с зажимами сегмента 140, разнесенных с угловыми интервалами приблизительно 180 градусов, где каждый зажим 132 смещен по окружности приблизительно на 90 градусов от сцепляющего с зажимом сегмента 140; вместе с тем, в других вариантах осуществления компрессионное кольцо 110 может включать в себя другое число зажимов 132 и сцепляющихся с зажимами сегментов 140, разнесенных по окружности с отличающимися интервалами. Каждый зажим 132 компрессионного кольца 110 выполнен с возможностью съемного сцепления или соединения с соответствующим сцепляющимся с зажимом сегментом 140 противоположного или стыкуемого компрессионного кольца 110. Другими словами, два зажима 132 первого компрессионного кольца 110 принимаются и соединяются с двумя сцепляющимися с зажимами сегментами 140 второго или противоположного компрессионного кольца 110. Данным способом два противоположных или стыкуемых компрессионных кольца 110 можно соединять вокруг принимаемой диафрагмы 200 для образования узла диафрагмы, как показано на фиг. 4.
[34] В варианте осуществления, показанном на фиг. 5А, 5В и 6, каждый зажим 132, в общем, выступает аксиально от обращенной внутрь поверхности 114 и включает в себя проходящий радиально крючок или фиксатор 134 на своем наконечнике. Дополнительно, дугообразная канавка 135, совмещаемая по периметру с зажимом 132, выполнена в компрессионном кольце 110 и образована дугообразными внутренними поверхностями 137. Каждый дугообразный сцепляющийся с зажимом сегмент 140 включает в себя первую дугообразную канавку 142, проходящую в наружную цилиндрическую поверхность 120 корпуса 112 между обращенной внутрь поверхностью 114 и обращенной наружу поверхностью 116. Сцепляющийся с зажимом сегмент 140 также включает в себя вторую дугообразную канавку 142, проходящую в наружную цилиндрический поверхность 120 корпуса 112 и проходящую вдоль оси (относительно горизонтальной линии 88) от обращенной наружу поверхности 116, образующей кольцевую закраину 146, вдоль оси между первой канавкой 142 и второй канавкой 144. В данном устройстве, когда зажим 132 занимает блокированное положение (показано на фиг. 7А и 7В) наружная поверхность первой канавки 142 расположена вблизи внутренней поверхности 136 зажима 132, и наконечник 138 фиксатора 134 расположен вблизи второй канавки 144.
[35] Как показано на фиг. 5А-7В, в данном варианте осуществления зажим 132 выполнен за одно целое с компрессионным кольцом 110, и фиксатор 134 выполнен за одно целое с зажимом 132. Также в данном варианте осуществления фиксатор 134, на виде сечения, в общем, имеет форму крючка. Вместе с тем, в других вариантах осуществления (отдельно не проиллюстрированы), фиксатор 134 может иметь любую подходящую геометрию, обеспечивающую разъемное сцепление с компрессионным кольцом 110. В данном устройстве зажим 132 эффективно выдвинут от обращенной внутрь поверхности 114 компрессионного кольца 110. В результате, зажим 132 ведет себя, как упругая пружина при изгибе относительно компрессионного кольца 110. Таким образом, когда зажим 132 изгибается в направлении стрелки 139, зажим 132 генерирует возвращающую силу, в общем, в направлении стрелки 141. Данный упругий характер зажима 132 помогает поддерживать зажим 132 в "блокированном положении", показанном на фиг. 7А и 7В. Множество пружинных зажимов 132, таким образом, применяют для скрепления вместе или разблокирования компрессионных колец 110 и диафрагмы 200.
[36] В некоторых вариантах осуществления компрессионные кольца 110 получают литьем под давлением из политетрафторэтилена, иначе известного как (PTFE), или другого аналогичного материала, известного в промышленности. В других вариантах осуществления компрессионные кольца 110 можно получить литьем под давлением из других термопластичных материалов, таких как полиоксиметилен (РОМ) или полиэфирэфиркетон (PEEK). Литье под давлением компрессионных колец 110 обеспечивает уменьшенную стоимость изготовления в сравнении с изготовлением, связанным со станочной обработкой данных частей из прутково заготовки. В дополнение к уменьшенной стоимости изготовления, литье под давлением обеспечивает изготовление компрессионных колец 110 со строгими допусками, что уменьшает возможность протечки и/или самопроизвольной разборки, при манипуляциях с держателем диафрагмы, удерживающим узел диафрагмы, включающий в себя компрессионные кольца 110, либо при удалении или установке узла диафрагмы в крепление диафрагмы. Политетрафторэтилен является особенно подходящим для случаев воздействия высококоррозионных текучих сред. Кроме того, упругая работа политетрафторэтилена обеспечивает надежный блокирующий механизм в виде зажимов 132 для узла 100 диафрагмы, даже после многократной сборки, разборки и повторной сборки узла 100 диафрагмы.
[37] В варианте осуществления, показанном на фиг. 7А и 7В, каждое компрессионное кольцо 110 включает в себя уплотнительное кольцо 150, сформованное на нем, для уплотнения к диафрагме 200 и установочным поверхностям 58 трубчатого элемента 54. Во время производства формования материал, образующий уплотнительное кольцо 150 можно подавать или нагнетать через нагнетательные окна 130 компрессионного кольца 110 для выполнения уплотнительного кольца 150. Таким образом, в процессе формования получают уплотнительное кольцо 150, сформованное на компрессионном кольце 110 и, в общем, включающее в себя наружное кольцевое уплотнение 152 и внутреннее кольцевое уплотнение 170, соединенные с образованием единого целого посредством множества проходящих вдоль оси (относительно горизонтальной линии 88) связей 180. Наружное кольцевое уплотнение 152, в общем, включает в себя обращенную наружу поверхность 154, обращенную внутрь поверхность 156, радиально наружный конец 158 и радиально внутренний конец 160. Радиально наружный конец 158 наружного кольцевого уплотнения 152 имеет диаметр близкий, но немного меньше диаметра внутренней поверхности 137 дугообразной канавки 135, и радиально внутренний конец 160 имеет диаметр, по существу, одинаковый с диаметром внутренней поверхности 118 компрессионного кольца 110.
[38] В данном варианте осуществления внутреннее кольцевое уплотнение 170 расположено в канавке 126 внутренней поверхности корпуса 112 и включает в себя кольцевую уплотнительную поверхность 172 для сцепления с лицевой поверхностью 204 диафрагмы 200. Внутреннее кольцевое уплотнение 170 захвачено в канавке 126 внутренней поверхности посредством кольцевых закраин 127. В данном устройстве кольцевые закраины 127 внутренней поверхности канавка 126 могут прикладывать сжимающую силу на внутреннее кольцевое уплотнение 170 и, в свою очередь, прикладывать силу давления между лицевой поверхностью 204 диафрагмы 200 и кольцевой уплотнительной поверхностью 172 внутреннего кольцевого уплотнения 170.
[39] Как показано на фиг. 5А-7В, компрессионные кольца 110 являются идентичными. В данном варианте осуществления узел 100 диафрагмы, включающий в себя идентичные первые компрессионные кольца 110 и прилагаемые уплотнительные кольца 150, является реверсивным. Реверсивный узел диафрагмы можно вставлять в держатель 70 диафрагмы с любым из компрессионных колец 110, обращенным вверх по потоку, т.е. любое из двух компрессионных колец 110 может быть смежным с зоной 66 выше по потоку. Конкретно, когда компрессионное кольцо 110, находящееся в контакте с держателем 70 диафрагмы, становится изношенным вследствие абразионного износа, обусловленного повторяющейся установкой и удалением из держателя 70 диафрагмы, узел 100 диафрагмы может быть повернут на сто и восемьдесят градусов так, что другое компрессионное кольцо 110 входит в контакт с держателем 70 диафрагмы вместо него. Таким образом, эксплуатационный ресурс реверсивного узла диафрагмы может быть увеличен с существенным превышением ресурса обычного однонаправленного узла диафрагмы. Кроме того, такой разворот не влияет на точность измерений давления и вычисленные по ним расходы текучей среды.
[40] Узел 100 диафрагмы может быть собран, как показано на фиг. 7А и 7В с помощью установки диафрагмы 200 между первым и вторым, не соединенными компрессионными кольцами 110, и последующего соединения компрессионных колец 110 посредством зажимов 132. В данной собранной конфигурации узел 100 диафрагмы можно успешно устанавливать в крепление 10 диафрагмы и удалять из него. В частности, диафрагма 200 может быть радиально выставлена по горизонтальной линии 88 относительно пары компрессионных колец 110 так, что наружная радиальная кромка диафрагмы 200 расположена в первой кольцевой выемке 122 каждого компрессионного кольца 110, с наружной цилиндрической поверхностью 206, расположенной вблизи кольцевых закраин 124. В данном положении два зажима 132 первого компрессионного кольца 110 можно быть съемно соединить (например, вручную) или зафиксировать в соответствующих сцепляющихся с зажимами сегментах 140, при этом съемно соединяя первое компрессионное кольцо 110 со вторым компрессионным кольцом 110 с диафрагмой 200, расположенной между ними.
[41] Когда узел 100 диафрагмы собран с первым и вторым компрессионными кольцами 110, съемно соединенными вместе с диафрагмой 200, захваченной между ними, узел 100 диафрагмы может быть вставлен в держатель 70 диафрагмы. При указанной установке выступы 123, разнесенные по окружности наружной поверхности каждого компрессионного кольца 110, обеспечивают плотный вход узла 100 диафрагмы в держатель 70 диафрагмы, исключая или ограничивая перемещение узла 100 диафрагмы в держателе 70 диафрагмы, в том числе вращение узла 100 диафрагмы вокруг горизонтальной линии 88. Выступы 123 проходят радиально наружу от наружной поверхности 120 и могут иметь много разных форм, в том числе формы, проиллюстрированные на фиг. 6., также, выступы 123 могут быть расположены с равными интервалами по окружности наружной поверхности 120 компрессионных колец 110 в некоторых вариантах осуществления, но расположены с не равными интервалами в других.
[42] Также в собранной конфигурации показанной на фиг. 7А и 7В, проходящий вдоль оси зазор с расстоянием D2 (показан на фиг. 7А) расположен между наружным кольцевым уплотнением 152 каждого уплотнительного кольца 150. Расстояние D2 между соответствующими наружными кольцевыми уплотнениями 152 больше расстояния D1 между соответствующими кольцевыми установочными поверхностями 58 трубчатого элемента 54. Таким образом, когда собранный узел 100 диафрагмы расположен в креплении 10 диафрагмы, как показано на фиг. 1, сжимающая сила может быть приложена к лицевым поверхностям 204 диафрагмы 200 для создания кольцевого уплотнения между уплотнительной поверхностью 172 уплотнительного кольца 150 каждого компрессионного кольца 110 и каждой лицевой поверхностью 204 диафрагмы 200.
[43] Конкретно, поскольку расстояние D2 между наружными кольцевыми уплотнениями 152 собранного узла 100 диафрагмы больше расстояния D1 между кольцевыми установочными поверхностями 58, кольцевые установочные поверхности 58 прикладывают сжимающую силу на наружные кольцевые уплотнения 152, которая передается на внутреннее кольцевое уплотнение 170 соответствующих компрессионных колец 110, обуславливая физическое сцепление внутренних кольцевых уплотнений 170 с соответствующими первой и второй лицевыми поверхностями 204 диафрагмы 200. В ответ на физическое сцепление внутренних кольцевых уплотнений 170 на лицевых поверхностях 204 диафрагмы 200, кольцевые закраины 127 каждой канавки 126 внутренней поверхности также действуют на внутренние кольцевые уплотнения 170, при этом прижимая кольцевую уплотнительную поверхность 172 каждого внутреннего кольцевого уплотнения 170 для обеспечения непроницаемого для текучей среды уплотнения между кольцевыми уплотнительными поверхностями 172 и лицевыми поверхностями 204 диафрагмы 200. Кроме того, сцепление между каждым наружным кольцевым уплотнением 152 и соответствующей кольцевой установочной поверхностью 58 создает кольцевое уплотнение между каждым наружным кольцевым уплотнением 152 и контактирующей с ним кольцевой установочной поверхностью 58. Указанным способом дросселируют сообщение по текучей среде между нижней камерой 20 и каналом 62 потока.
[44] Хотя показаны и описаны являющиеся примером варианты осуществления, их модификации могут быть выполнены специалистом в данной области техники без отхода от объема или идей данного документа. Варианты осуществления, описанные в данном документе, являются только примерами и не налагают ограничений. Многочисленные вариации и модификации систем и устройства являются возможными и должны становиться понятными специалисту в данной области, если полностью понятно приведенное выше раскрытие. Например, относительные размеры различных частей, материалы, из которых различные части изготовлены, и другие параметры можно варьировать. Кроме того, хотя отверстия в держателях диафрагмы показаны, как круги, они могут включать в себя другие формы, такие как овалы или квадраты. Соответственно, следует интерпретировать приведенную ниже формулу изобретения, как охватывающий все такие вариации и модификации.
1. Узел диафрагмы для измерения расхода текучей среды, содержащий:
множество кольцевых элементов, каждый из которых имеет обращенную внутрь поверхность, содержащую первую кольцевую выемку, проходящую в ней; и
множество внутренних кольцевых уплотнений, при этом внутреннее кольцевое уплотнение из указанного множества выполнено накладным формованием на первой кольцевой выемке каждого из множества кольцевых элементов для уплотнения с лицевой поверхностью диафрагмы, захваченной между множеством кольцевых элементов.
2. Узел диафрагмы по п. 1, в котором каждый кольцевой элемент содержит пластмассовый материал, а каждое внутреннее кольцевое уплотнение содержит эластомерный материал.
3. Узел диафрагмы по п. 1, в котором каждый кольцевой элемент содержит обращенную наружу поверхность, имеющую вторую кольцевую выемку, проходящую в ней, и наружное кольцевое уплотнение, выполненное накладным формованием на второй кольцевой выемке.
4. Узел диафрагмы по п. 3, в котором каждый кольцевой элемент содержит множество разнесенных по окружности окон, проходящих между первой кольцевой выемкой и второй кольцевой выемкой.
5. Узел диафрагмы по п. 4, также содержащий эластомерный элемент, расположенный в каждом окне с соединением внутреннего кольцевого уплотнения с наружным кольцевым уплотнением.
6. Узел диафрагмы по п. 5, в котором внутреннее кольцевое уплотнение, наружное кольцевое уплотнение и каждый эластомерный элемент, расположенный в каждом окне каждого кольцевого элемента, выполнены накладным формованием на кольцевом элементе.
7. Узел диафрагмы по п. 1, в котором первая кольцевая выемка каждого кольцевого элемента содержит пару противоположных кольцевых закраин для прижатия внутреннего кольцевого уплотнения к лицевой поверхности диафрагмы, захваченной между множеством кольцевых элементов.
8. Узел диафрагмы по п. 1, в котором соединение первого из множества кольцевых элементов со вторым из множества кольцевых элементов с диафрагмой, расположенной между ними, обеспечивает прижатие внутреннего кольцевого уплотнения кольцевых элементов к лицевым поверхностям диафрагмы.
9. Узел диафрагмы для измерения расхода текучей среды, содержащий:
множество кольцевых элементов, каждый из которых содержит обращенную наружу поверхность и обращенную внутрь поверхность, при этом обращенная наружу поверхность содержит первую кольцевую выемку, проходящую в ней, обращенная внутрь поверхность содержит вторую кольцевую выемку, проходящую в ней, а каждый из кольцевых элементов содержит множество окон, проходящих между первой кольцевой выемкой и второй кольцевой выемкой; и
множество уплотнительных колец, каждое из которых выполнено формованием на одном из множества кольцевых элементов, при этом каждое уплотнительное кольцо содержит внутреннее кольцевое уплотнение для уплотнения с лицевой поверхностью диафрагмы, захваченной между множеством кольцевых элементов.
10. Узел диафрагмы по п. 9, в котором каждое уплотнительное кольцо выполняют накладным формованием на каждом кольцевом элементе.
11. Узел диафрагмы по п. 9, в котором каждый кольцевой элемент содержит пластмассовый материал и каждое уплотнительное кольцо содержит эластомерный материал.
12. Узел диафрагмы по п. 9, в котором уплотнительное кольцо содержит наружное кольцевое уплотнение, расположенное во второй кольцевой выемке каждого кольцевого элемента.
13. Узел диафрагмы по п. 12, в котором каждое уплотнительное кольцо содержит эластомерный элемент, проходящий через окно каждого кольцевого элемента.
14. Узел диафрагмы по п. 9, в котором первая кольцевая выемка каждого кольцевого элемента содержит пару противоположных кольцевых закраин для прижатия внутреннего кольцевого уплотнения к лицевой поверхности диафрагмы, захваченной между множеством кольцевых элементов.
15. Узел диафрагмы по п. 9, в котором соединение первого из множества кольцевых элементов со вторым из множества кольцевых элементов с диафрагмой, расположенной между ними, обеспечивает прижатие внутреннего кольцевого уплотнения кольцевых элементов к лицевым поверхностям диафрагмы.
16. Крепление диафрагмы для измерения расхода текучей среды, содержащее:
трубчатый корпус, имеющий сквозной проход; и
узел диафрагмы, съемно расположенный в трубчатом корпусе поперек сквозного прохода, при этом узел диафрагмы, содержит:
диафрагму, расположенную между парой кольцевых элементов;
при этом каждый кольцевой элемент содержит обращенную внутрь поверхность, содержащую первую кольцевую выемку, проходящую в ней; и
каждый кольцевой элемент содержит внутреннее кольцевое уплотнение, выполненное накладным формованием на первой кольцевой выемке кольцевого элемента для уплотнения с лицевой поверхностью диафрагмы.
17. Крепление диафрагмы по п. 16, в котором каждый кольцевой элемент содержит обращенную наружу поверхность, содержащую вторую кольцевую выемку, проходящую в ней, и наружное кольцевое уплотнение, выполненное накладным формованием на второй кольцевой выемке.
18. Крепление диафрагмы по п. 17, в котором каждый кольцевой элемент содержит множество разнесенных по окружности окон, проходящих между первой кольцевой выемкой и второй кольцевой выемкой.
19. Крепление диафрагмы по п. 16, также содержащее эластомерный элемент, расположенный в каждом окне с соединением внутреннего кольцевого уплотнения с наружным кольцевым уплотнением.
20. Крепление диафрагмы по п. 16, в котором трубчатый корпус содержит пару установочных поверхностей, а каждый кольцевой элемент содержит наружное кольцевое уплотнение, и при этом расстояние между наружными кольцевыми уплотнениями узла диафрагмы больше расстояния между парой кольцевых установочных поверхностей трубчатого корпуса.
