JP2017530360A - 自動調芯ウエハー型プロセス計器 - Google Patents

Abstract

上流フランジ管と下流フランジ管の間に搭載するためのウエハー型のボディを有するプロセス計器は、流路と、ボディに接続されたトランスミッタと、ボディに固定された第１及び第２のエンドプレートを有している。第１のエンドプレートは、上流フランジ管と下流フランジ管の間を延びる複数のねじ付きファスナーと係合するための第１のカムのセットを有している。第２エンドプレートは、複数のねじ付きファスナーと係合するための第２のカムのセットを有し、これにより第１のカムのセット及び第２のカムのセットは、上流フランジ管及び下流フランジ管に関して流路を芯出しする。【選択図】図１Ｂ

Description

本発明は、一般的には流体プロセシングに関し、特にプロセス計器に関する。具体的には、本発明は、フローラインに設置されるウエハー型機器の芯出しに関する。

プロセス計器は、広範囲にわたる流体ハンドリングシステムにおいて用いられている。本発明は流量計測機器との関連で説明されるが、本発明は他の型式のウエハー型プロセス計器にも適用され得ると解すべきである。流量計測機器は、管路内のプロセスフローの流量または分量を監視し制御するために用いられ、容積式流量計や電磁流量計など、多数の用途に適した多くのバリエーションがある。様々な型式の計器が、それらが設置されるシステムに基づく技術を採用している。例えば、電磁流量計は、フローライン中での可動部品の使用が理想的でない、または、実用的でない場合に有利である。本発明は電磁流量計との関連で説明されるが、本発明は他の型式の流量計にも適用され得ると解すべきである。

標準流量計は、それぞれが端フランジを有する上流管と下流管の間に挿入される。管の間に機器を固定するため、従来の流量計は各端部にフランジを備えており、各フランジは、管の端フランジのボルト穴と整列するボルト穴の円形列を備えている。流量計のフランジは、流量計の流路が管路の流路に関して芯出しされることを保証するが、フランジ付きの流量計は比較的大きく高価である。さらに、既存のフランジ付きパイプラインには多くのボルト穴パターンがあり得るため、フランジ付き流量計は異なるボルト穴の円形列を有している必要がある。コストを低減し設置を平易にするための１つの解決策は、流量計のボディからフランジを除去することである。フランジレスまたはウエハー型の流量計は、フランジにボルト穴の円形列がないことにより、金と時間の節約になるが、これらの流量計は、局所的な乱流や不正確な計量値を引き起こす芯ずれの問題を抱えている。

流量計の芯出しの問題を解決する現状の方法は、設置工程の間、パイプフランジと流量計のボディの間にカム装置を設置することを含む。そのようなデバイスは、上流パイプと下流パイプの間のギャップを埋めるに用いられる既存のハードウェアを利用している。流量計のボディに関してカム装置を回転させることにより、ボルトはボルト穴の内部で端の位置へ押しやられ、これにより、計器の流路がフローラインに関して芯出しされる。既存の芯出し装置の例が、特許文献１及び特許文献２に開示されている。

米国特許第４３４５４６４号明細書 米国特許第５６３２６３２号明細書

これらの機器は、様々なボルト穴パターンを有するフランジ結合されたパイプラインに設置されたウエハー型の流量計を芯出しするために用いることができるが、付加的なハードウェアは、製造及び設置の両方の観点から問題がある。付加的な機器はコスト効率が低く時間のかかるものであるだけでなく、パイプ端部の間で流量計を密封するために必要なカムスリーブまたはリング、ガスケットなどの付加的なハードウェアは、効率的に設置できないか、または、 不用意に廃棄される可能性がある。

上流フランジ管と下流フランジ管の間に搭載するためのウエハー型のボディを有するプロセス計器は、流路と、ボディに接続されたトランスミッタと、ボディに固定された第１及び第２のエンドプレートを有している。第１のエンドプレートは、上流フランジ管と下流フランジ管の間を延びる複数のねじ付きファスナーと係合するための第１のカムのセットを有している。第２エンドプレートは、前記複数のねじ付きファスナーと係合するための第２のカムのセットを有し、これにより第１のカムのセット及び第２のカムのセットは、上流フランジ管及び下流フランジ管に関して流路を芯出しする。

プロセス計器のウエハー型ボディを上流フランジ管と下流フランジ管の間で芯出しするための方法は、複数のねじ付きファスナーを上流フランジ管及び下流フランジ管の複数の対応する穴に挿入するステップと、ウエハー型ボディの上流端に固定された第１のエンドプレート上の第１のカムのセットと、ウエハー型ボディの下流端に固定された第２のエンドプレート上の第２のカムのセットとが、複数のねじ付きファスナーと係合するように、プロセス計器のウエハー型ボディを、上流フランジ管と下流フランジ管との間で位置決めするステップと、を含む。

ウエハー型流量計の分解図である。 図１Ａのウエハー型流量計の透視図である。 上流フランジ管と下流フランジ管の間に位置付けられたウエハー型流量計の平面図である。 上流フランジ管と下流フランジ管の間に設置された図２Ａのウエハー型流量計の平面図である。 ４個の穴及び緩んだ位置にある複数のねじ付きファスナーを備えるパイプフランジと芯出しされたウエハー型流量計のエンドプレートの透視図である。 ねじ付きファスナーが外側限界位置にある、図３Ａのパイプフランジと芯出しされたエンドプレートの透視図である。 ８個の穴及び緩んだ位置にある複数のねじ付きファスナーを備えるパイプフランジと芯出しされたウエハー型流量計のエンドプレートの透視図である。 ねじ付きファスナーが外側限界位置にある、図４Ａのパイプフランジと芯出しされたエンドプレートの透視図である。 電磁流量計のウエハー型フローチューブとトランスミッターハウジングの間に取り付けられたフレキシブルネックの分解図である。 図５Ａの流量計の透視図である。

図１Ａは、ウエハー型プロセス計器（流量計）１０の分解図、図１Ｂは、ウエハー型流量計１０の透視図である。流量計１０は、計器流路１２、流量計ボディ（またはフローチューブ）１４、トランスミッタ（またはリモートジャンクションボックス）１６、ネック１８、ラッパー２０、電装部品２２、エンドプレート２４及びカム２６を含んでいる。図１Ａ〜１Ｂに示された実施形態において、流量計１０は、電磁流量計である。他の実施形態において、流量計１０は、他の速度型流量計、容積型流量計及び質量流量計を含むがそれらに限定されない如何なる型式の流量計であってもよい。他の実施形態において、流量計１０は、パイプライン中に搭載されたウエハー型を用いる如何なる型式のプロセス計器であってもよい。

計器流路１２は、流量計ボディ１４を通過する流れを案内する管路を形成する。トランスミッタ１６は、ネック１８によって流量計ボディ１４に接続されている。ラッパー２０は、互いに結合して流量計ボディ１４の外側筒体ないしハウジングを形成する２個の弓形の半体である。（界磁コイルや電極といった）電装部品２２は、必要に応じて計器流路１２に接続され、ラッパー２０によって形成される筒体の内部に収容され得る。エンドプレート２４は、ラッパー２０によって形成される筒体の各端部に結合される。エンドプレート２４は、流量計ボディ１４から径方向外向きに延びる一連の等間隔に配置されたカム２６を有している。カム２６は、弓形であって、所望の角度を形成すべく、流量計ボディ１４から外方へ延びるにしたがって大きくなっていてよい（図３〜４で詳述する）。

流量計１０は、計器流路１２の周りでラッパー２０を互いに溶接して流量計ボディ１４を形成することにより組み立てられる。トラスミッタ１６は、ネック１８によって流量計ボディ１４に接続されることができ、ネック１８は、トランスミッタ１６の再配置を可能とするためにフレキシブルであってよい（図５において詳述する）。エンドプレート２４は、その後、流量計ボディ１４の筒体の両側に溶接されることができる。このようにして、流量計１０の部品は、同一の素材から切り出されて溶接され、流量計１０の電装部品２２のための単一の漏れのないハウジングとなる。さらに、流量計ボディ１４及びエンドプレート２４は、大きさ及びボルト穴パターンの異なるパイプラインに適合するよう、様々な大きさ及び形状に切り出されてよい。

図２Ａは、上流側フランジ管２８と下流側フランジ管３０の間に位置付けられたウエハー型流量計１０の平面図である。図２Ｂは、上流側フランジ管２８と下流側フランジ管３０の間に設置されたウエハー型流量計１０の平面図である。上流側フランジ管２８及び下流側フランジ管３０は、フランジ３２及び管流路３４を含んでいる。フランジ３２は、ねじ付きファスナー４０を受容する下側穴３６及び上側穴３８を含み、ねじ付きファスナー４０にはナット４２を受容すべくねじが切られている。簡潔にするため、図２Ａ〜２Ｂでは、それぞれのフランジ３２に１つの下側穴３６及び１つの上側穴３８のみが示されている。フランジ３２が有する下側穴３６及び上側穴３８は、如何なる個数でもよい。ねじ付きファスナー４０が上流側フランジ管２８と下流側フランジ管３０の間にわたって延びており、ナット４２と協働して流量計１０をしっかりと位置決めしている。

ねじ付きファスナー４０は、下側穴３６に配置され、ナット４２で留められることにより、上流側フランジ管２８と下流側フランジ管３０の予備的な結合を形成することができる。その後、流量計１０が、エンドプレート２４がフランジ３２と面一になるよう、上流側フランジ管２８と下流側フランジ管３０の間に設置され得る。その後、ねじ付きファスナー４０が上側穴３８に配置され、ナット４２で留められ得る。ナット４２は、計器流路１２を管流路３４と芯出しするために、流量計１０が所望の位置へ回転されることを許容しつつ、流量計１０が上流側フランジ管２８と下流側フランジ管３０の間に吊り下がるように締め付けられ得る（図３〜４で詳述する）。流量計１０が所望の位置へ回転された後、ナット４２を締め付けることができ、これにより、流量計１０は上流側フランジ管２８と下流側フランジ管３０の間に固定され、エンドプレート２４とフランジ３２の間には漏れのないシールが形成される。ネック１８は、流量計１０の回転に引き続き必要に応じて、トランスミッタ１６が読み取れるよう、調整可能とすることができる。このようにして、流量計１０の設置は、計器流路１２と管流路３４を芯出しし、流量計１０とフランジ３２の間の漏れのないシールを作り出すための既存のハードウェアの利用を含み、追加的なハードウェアを不要にする。

図３〜４は、本発明の、様々なフランジボルト穴パターンとの適合性を示している。簡単のため、流量計１０の１つのエンドプレート２４が、フランジ３２と共に示されている。図３Ａは、４個の穴及び緩んだ位置にある複数のねじ付きファスナーを備えるパイプフランジと芯出しされたウエハー型流量計のエンドプレートの透視図である。図３Ｂは、ねじ付きファスナーが外側限界位置にある、図３Ａのパイプフランジと芯出しされたエンドプレートの透視図である。図４Ａは、８個の穴及び緩んだ位置にある複数のねじ付きファスナーを備えるパイプフランジと芯出しされたウエハー型流量計のエンドプレートの透視図である。図４Ｂは、ねじ付きファスナーが外側限界位置にある、図４Ａのパイプフランジと芯出しされたエンドプレートの透視図である。

フランジ３２は、下側穴３６及び上側穴３８を有している。図３に示された実施形態では、フランジ３２は、２個の下側穴３６と２個の上側穴３８を有している。図４に示された実施形態では、フランジ３２は、４個の下側穴３６と４個の上側穴３８を有している。他の実施形態では、フランジ３２は、如何なる個数の下側穴３６及び上側穴３８を有していてもよい。エンドプレート２４は、径方向外方へ延びる、等間隔に配置されたカム２６を有している。

図３Ａ及び図４Ａでは、ねじ付きファスナー４０が、フランジ３２の下側穴３６及び上側穴３８に緩く保持されている。下側穴３６及び上側穴３８は、流量計１０の両側において管フランジ３２の結合を容易にすべく初めに取り付けられた時にねじ付きファスナー４０がわずかな遊びを有するような大きさとされている。図３Ｂ及び図４Ｂでは、ねじ付きファスナー４０は、フランジ３２の下側穴３６及び上側穴３８の外側限界位置へ押し付けられている。

流量計１０が回転されると、エンドプレート２４のカム２６はねじ付きファスナー４０と係合する。カム２６の円弧状の表面がねじ付きファスナー４０に押し付けられ、それにより、流量計１０は、ねじ付きファスナー４０がフランジ３２の下側穴３６及び上側穴３８の外側限界位置に達するまで回転することができる。カム２６の円弧状の表面は、様々な角度で、エンドプレート２４から径方向外方へ延びることができる。所要の角度は、フランジ３２の下側穴３６及び上側穴３８の数によって異なる。このようにして、様々な角度で径方向外方へ延びるカム２６を備える様々なエンドプレート２４が、フランジ３２のボルト穴パターンに応じて流量計１０に結合され得る。こうしてカム２６は、ねじ付きファスナー４０が外側限界位置まで押し付けられ、計器流路１２が管流路３４と芯出しされるまで流量計１０が回転することを可能にする。

図５Ａは、ウエハー型流量計１０に取り付けられたフレキシブルネック４４の分解図、図５Ｂは、フレキシブルネック４４の透視図である。フレキシブルネック４４は、回転可能セグメント４６を含んでいる。回転可能セグメント４６は、他の回転可能セグメント４６またはトランスミッタ１６とのシール可能な係合のための稜部４８を含んでいる。

フレキシブルネック４４は、流量計１０の流量計ボディ１４から延び、トランスミッタ１６のハウジングを流量計ボディ１４に接続している。流量計ボディ１４とトランスミッタ１６の間の電気接続は、フレキシブルネック４４を通じて延びるワイヤ（図示せず）によって為されている。フレキシブルネック４４は、所望の長さ及び柔軟性を得るために、如何なる個数の回転可能セグメント４６を有していてもよい。それぞれの回転可能セグメント４６は、一方の端部に、それ自体を他の回転可能セグメント４６に連結する稜部４８を有している。回転可能セグメント４６は、一方の側が他方の側よりも短い略円筒状である。したがって、回転可能セグメント４６をねじると、フレキシブルネック４４は、如何なる数の位置にもねじられ得る。このようにして、流量計ボディ１４及びカム２６を有するエンドプレート２４の回転によって、計器流路１２が管流路３４と芯出しされた後、トランスミッタ１６は最適な方向に再配置され得る。

本発明を例示的な実施形態を参照して説明してきたが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、様々は変更を施すことができ、また、その構成要素を均等物と置換することができることを、当業者は理解するであろう。さらに、本発明の教示に対して、その本質的な趣旨を逸脱しない範囲で、特定の状況または材料に適合させるために、多くの変更が施され得る。したがって、本発明は開示された特定の実施形態に限定されず、添付の請求項の範囲に含まれるすべての実施形態を含むことが意図されている。

Claims (15)

1. プロセス計器であって、
   上流フランジ管と下流フランジ管の間に搭載するための、流路を有するウエハー型のボディと、
   前記流路を通過するプロセス流体のパラメータを計測するための前記プロセス計器のボディに接続されたトランスミッタと、
   前記ボディに固定された第１のエンドプレートであって、前記上流フランジ管と前記下流フランジ管の間を延びる複数のねじ付きファスナーと係合するための第１のカムのセットを有する前記第１のエンドプレートと、
   前記ボディに固定された第２エンドプレートであって、前記複数のねじ付きファスナーと係合するための第２のカムのセットを有する前記第２エンドプレートと、を備え、
   前記第１のカムのセット及び前記第２のカムのセットと前記複数のねじ付きファスナーとの係合が、前記流路を前記上流フランジ管及び前記下流フランジ管に関して芯出しする、ことを特徴とするプロセス計器。
2. 前記第１のカムのセット及び前記第２のカムのセットはそれぞれ複数のカム面を備え、前記第１のカムのセットのカム面の数は、前記第２のカムのセットのカム面の数に等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス計器。
3. 前記第１のカムのセットと前記第２のカムのセットは整列している、ことを特徴とする請求項２に記載のプロセス計器。
4. 前記カム面の数は少なくとも４である、ことを特徴とする請求項３に記載のプロセス計器。
5. 前記少なくとも４つのカム面のそれぞれ、前記流量計のボディから弓形の角度で延びている、ことを特徴とする請求項４に記載のプロセス計器。
6. 前記少なくとも４つのカム面は、これと同数の前記複数のねじ付きファスナーを、複数の対応する穴の中で外側限界位置まで押し付けるために、当該複数のねじ付きファスナーと接線方向に係合し、前記複数の対応する穴は、上流管フランジ及び下流管フランジに配置されている、ことを特徴とする請求項５に記載のプロセス計器。
7. 前記トランスミッタは、再配置可能なネックによって前記ボディに結合されている、ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス計器。
8. 前記再配置可能なネックは、一連の回転可能セグメントによって構成され、当該回転可能セグメントは、漏れのない回転を容易にするために、オスとメスの端部から構成されている、ことを特徴とする請求項７に記載のプロセス計器。
9. 流量計である、ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス計器。
10. 前記ボディは電磁流量計のフローチューブを備える、ことを特徴とする請求項９に記載のプロセス計器。
11. プロセス計器のウエハー型ボディを上流フランジ管と下流フランジ管の間で芯出しするための方法であって、
    複数のねじ付きファスナーを前記上流フランジ管及び前記下流フランジ管の複数の対応する穴に挿入するステップと、
    前記ウエハー型ボディの上流端に固定された第１のエンドプレート上の第１のカムのセットと、前記ウエハー型ボディの下流端に固定された第２のエンドプレート上の第２のカムのセットとが、前記複数のねじ付きファスナーと係合するように、前記プロセス計器の前記ウエハー型ボディを、前記上流フランジ管と前記下流フランジ管との間で位置決めするステップと、を含むことを特徴とする方法。
12. 前記複数のねじ付きファスナーを前記複数の対応する穴に挿入するステップは、第１段階及び第２段階から成り、
    第１段階は、前記ウエハー型流量計を前記上流フランジ管と前記下流フランジ管の間に設置する前に終了し、
    第２段階は、前記ウエハー型ボディを前記上流フランジ管と前記下流フランジ管の間に設置した後に終了する、
    ことを特徴とする請求項１１に記載のプロセス計器のウエハー型ボディを芯出しするための方法。
13. 前記第１段階は、前記複数のねじ付きファスナーのうち少なくとも２つを複数の下側穴位置に挿入することを含み、
    前記第２段階は、前記複数のねじ付きファスナーのうち少なくとも２つを複数の上側穴位置に挿入することを含む、
    請求項１２に記載のプロセス計器のウエハー型ボディを芯出しするための方法。
14. 前記ウエハー型ボディを位置決めするステップは、前記第１のカムのセット及び前記第２のカムのセットが前記複数のねじ付きファスナーを前記複数の対応する穴の中で外側限界位置まで押し付けるように、前記ウエハー型ボディを回転させることを含む、請求項１１に記載のプロセス計器のウエハー型ボディを芯出しするための方法。
15. トランスミッタを前記ウエハー型ボディに結合する再配置可能なネックを調整し、それにより前記トランスミッタの向きを調整するステップをさらに含む、請求項１１に記載のプロセス計器のウエハー型ボディを芯出しするための方法。

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