DE69622742T2

DE69622742T2 - Flüssigkeitsdruckmesssystem für steuerventile

Info

Publication number: DE69622742T2
Application number: DE69622742T
Authority: DE
Inventors: W. Boger
Original assignee: Dresser LLC
Current assignee: Dresser LLC
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1996-10-23
Publication date: 2003-03-13
Anticipated expiration: 2016-10-24
Also published as: EP0864076B1; WO1997021984A2; JP2000501866A; EP0864076A2; DE69622742D1; EP0864076A4; MX9702794A; WO1997021984A3; US5728942A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft Steuerventile; insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Steuerventile, die ein Fluiddruck-Überwachungssystem auf weisen.

HINTERGRUND

In den letzten Jahren ist es für Steuerventil-Hersteller äußerst wichtig geworden, Ventil-Positioniermechanismen zu entwickeln, die sowohl am Ventileinlass als auch am Ventilauslass Fluiddrücke genau erfassen können. Die erfassten Drücke können dann für verschiedene Zwecke verwendet werden, einschließlich des Regelns des Fluidflusses durch das Steuerventil. Somit ist eine genaue Fluiddruckmessung kritisch.
Komplexe Fluidströmungskomponenten wie Wirbel-, sekundäre oder gegenläufige Wirbelströmungen, Grenzschiebtströmungen und/oder Strömungen mit hoher Kerngeschwindigkeit beeinträchtigen die Genauigkeit von Fluiddruckmessungen durch Steuerventile. Dementsprechend kann eine genaue Messung des Fluiddrucks an sowohl dem Einlass als auch dem Auslass eines Steuerventils nur durch Minimieren von denjenigen Komponenten der Fluidströmung erhalten werden, die die Genauigkeit einer Fluiddruckmessung beeinträchtigen.
Daher besteht in der Technik das Bedürfnis, ein System zu schaffen, durch das diejenigen Komponenten einer Fluidströmung minimiert werden, die die Genauigkeit einer Fluiddruckmessung in einem Steuerventil beeinträchtigen, um die Genauigkeit der Fluiddruckmessung zu erhöhen.
US-A-5,255,716 beschreibt einen Gleichrichter zum Herstellen eines flachen Fluidströmungs-Geschwindigkeitsprofil in einem Rohr. Der Gleichrichter umfasst ein Bündel zylindrischer Schläuche, die in dem Rohr angeordnet sind.
US-A-3,736,797 beschreibt die Verwendung eines gekrümmten Venturi zum Erfassen des Druckes in einer Leitung.

ZUSAMMENFASSUNG

Das Fluiddruck-Messsystem für Steuerventile der vorliegende Erfindung minimiert diejenigen Aspekte einer Fluidströmung, die die Genauigkeit einer Fluiddruckmessung in Steuerventilen beeinträchtigen.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Bereitstellen einer Fluiddruckmessung an sowohl dem Einlass als auch dem Auslass eines Steuerventils geschaffen, wobei das Steuerventil konstruiert und ausgestaltet ist, um die Fluiddruckmessung zu verwenden, um einen Fluss zu regeln, wobei das System aufweist:
mindestens eine Fluiddruck-Messvorrichtung;
einen jeweiligen Fluidströmungskonditionierer, der ausgestaltet ist, um sowohl in den Einlass als auch den Auslass des Ventils zu passen;
einen im Wesentlichen kreisförmigen Einlass- und Auslass- Mittelungskanal (42, 82), der im Wesentlichen außerhalb von und stromabwärts von jedem der Fluidströmungskonditionierer angeordnet ist; und
jeweilige Durchgänge, um strömendes Fluid von jedem der im Wesentlichen kreisförmigen Mittelungskanäle zu der Fluiddruck- Messvorrichtung oder einer jeweiligen der Fluiddruck-Messvorrichtungen zu leiten.
In solch einem System wird Fluid, wenn es einmal durch den Fluidflusskonditionierer und in den Mittelungskanal geströmt ist, von dem Mittelungskanal zu einer Fluiddruck-Messvorrichtung geleitet. Auf diese Weise werden diejenigen Komponenten einer Fluidströmung, die eine genaue Druckmessung beeinträchtigen, durch den Fluidströmungskonditionierer entfernt, bevor das Fluid jemals auf seinem Weg zu der Druckmessvorrichtung in den Mittelungskanal eintritt. Ein Fluidströmungskonditionierer ist sowohl an der Einlass- als auch an der Auslassseite des Steuerventils stromaufwärts von dem Strömungsweg in dem Mittelungskanal angeordnet.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein flussregelbares Steuerventil geschaffen, wobei das flussregelbare Steuerventil auf Einlass- und Auslassdrücke reagiert, wobei das flussregelbare Steuerventil aufweist: eine Einlass-Befestigung; eine Auslass-Befestigung; einen Ventilkörper zwischen der Einlass-Befestigung und der Auslass-Befestigung; einen innerhalb der Einlass-Befestigung angeordneten Einlass-Fluidströmungskonditionierer, einen im Wesentlichen außerhalb von und stromabwärts von dem Einlass-Fluidströmungskonditionierer angeordneten, im Wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal; einen innerhalb der Auslass-Befestigung angeordneten Auslass-Fluidströmungskonditionierer, einen im Wesentlichen außerhalb von und stromabwärts von dem Auslass-Fluidströmungskonditionierer angeordneten, im Wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal; einen Durchgang zum Leiten von Fluid aus dem im Wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal heraus; und einen Durchgang zum Leiten von Fluid aus dem im Wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal heraus.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren des Bereitstellens einer Fluiddruckmessung in einem Steuerventil geschaffen, wobei die Fluiddruckmessung durch eine Fluiddruck-Messvorrichtung erfasst wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Konditionieren der Fluidströmung im Wesentlichen am Einlass zu dem Steuerventil; Leiten des konditionierten strömenden Fluids zu einem im Wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal, der außerhalb von und stromabwärts von dem Einlass-Fluidströmungskonditionierer angeordnet ist; Leiten des konditionierten strömenden Fluids von dem im Wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal zu der Fluiddruck-Messvorrichtung; Konditionieren der Fluidströmung im Wesentlichen am Auslass zu dem Steuerventil; Leiten des konditionierten strömenden Fluids zu einem im Wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal, der außerhalb von und stromabwärts von dem Auslass-Fluidströmungskonditionierer angeordnet ist; Leiten des konditionierten strömenden Fluids von dem im Wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal zu der Fluiddruck-Messvorrichtung.
Die Erfindung wird nun lediglich beispielhaft unter besonderer Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen ist:
Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Steuerventils, das das Fluiddruck-Messsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst;
Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ventil-Einlasses;
Fig. 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Ventil-Auslasses;
Fig. 4 eine Stirnansicht des Ventil-Einlasses;
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Steuerventils, das einen externen Verteilerblock auf weist; und
Fig. 6 eine Explosionsdarstellung des in Fig. 5 dargestellten Steuerventils, die die Befestigung des externen Verteilerblocks an einem Flansch des Steuerventils zeigt.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

Durch Bezugnahme auf Fig. 1 ist ersichtlich, dass das verbesserte Fluiddruck-Messsystem 10 der vorliegenden Ausführungsform in Verbindung mit einer Steuerventilanordnung 100 vom Kugeltyp verwendet wird. Während sie zur Verwendung mit einer Steuerventilanordnung 100 vom Kugeltyp dargestellt und beschrieben wird, werden Fachleute verstehen, dass die vorliegende Erfindung mit einer großen Vielfalt unterschiedlicher Typen von Steuerventilen verwendet werden kann.
Die Steuerventilanordnung 100 weist einen Einlassflansch 102 auf, der eine Anzahl axialer Bolzenlöcher 104 hat, um die Steuerventilanordnung 100 mit einem Flansch an einem anderen Ventil oder mit einer Fluidleitung wie etwa einem Rohr, einem Bogenstück oder einem T-Stück (nicht gezeigt) zu verbinden. Eine zentrale Öffnung 106 in dem Einlassflansch 102 erlaubt es Fluid, in das Innere der Steuerventilanordnung 100 zu strömen.
Stromabwärts von dem Einlassflansch 102 ist der Körper 110 der Steuerventilanordnung 100 angeordnet. An dem dem Einlassflansch 102 gegenüberliegenden Ende des Körpers 110 der Steuerventilanordnung 100 befindet sich ein Auslassflansch 112. Ähnlich wie der Einlassflansch 102 weist der Auslassflansch 112 eine Anzahl von Bolzenlöchern 114 auf, die eine zentrale Öffnung 116 umgeben. Es sollte bemerkt werden, dass ein Einlass-Fluidströmungskonditionierer 12 und ein Auslass-Fluidströmungskonditionierer 52 innerhalb der Öffnung 106 bzw. 116 in den Flanschen 102 bzw. 112 angeordnet sind.
In Fig. 2 ist zu sehen, wie das Druck-Messsystem 10 an der Einlassseite der Steuerventilanordnung 100 angeordnet ist. Eine ähnliche Anordnung für die Auslassseite der Steuerventilanordnung 100 ist in Fig. 3 gezeigt. Ein Fluidströmungskonditionierer 12 ist angepasst, um innerhalb der Öffnung 106 montiert zu werden. Wie in Fig. 4 gezeigt, weist der Fluidströmungskonditionierer 12 in der bevorzugten Ausführungsform fünfunddrei ßig Öffnungen 14 innerhalb eines Plattenbereiches 16 auf, der dimensioniert ist, um in die Öffnung 106 in dem Einlassflansch 102 zu passen. Stromabwärts von dem Plattenbereich 16 an der Einlassseite erstreckt sich ein kurzer zylindrischer Abschnitt 18, der sowohl einen radialen Fluidströmungsweg 38 als auch ein entferntes Ende 20 bereitstellt, das den Fluidkonditionierer 12 durch Anstoßen an eine Schulter 39 in dem Steuerventilgehäuse 110 positioniert.
In Fig. 3 ist zu sehen, dass sich an der Auslassseite der Steuerventilanordnung 100 ein zweiter Fluidströmungskonditionierer 52 befindet. Die fünfunddreißig Öffnungen 54 befinden sich in einem Plattenbereich 56, der an eine Schulter 55 in dem Steuerventilgehäuse 110 anstößt. Stromabwärts von dem Plattenbereich 56 erstreckt sich ein kurzer zylindrischer Abschnitt 58, der sowohl einen radialen Strömungsweg 38 als auch ein entferntes Ende 60 mit einem äußeren Rand 62 bereitstellt, um mit der Öffnung 116 in dem Flansch 112 an der Auslassseite der Steuerventilanordnung 100 in Eingriff zu stehen.
Die fünfunddreißig in einem vorbestimmten Muster sowohl in dem Einlass-Fluidströmungskonditionierer 12 als auch in dem Auslass-Fluidströmungskonditionierer 52 angeordneten Öffnungen minimieren diejenigen Fluidströmungskomponenten, die eine genaue Druckmessung beeinträchtigen.
Wie vorher angedeutet, weisen sowohl der kurze zylindrische Abschnitt 18 an der Einlassseite des Ventils 100 als auch der kurze zylindrische Abschnitt 58 an der Auslassseite des Ventils 60 eine Anzahl radialer Fluidströmungswege 38 auf.
Außerhalb der Fluidströmungswege 38 befindet sich sowohl auf der Einlass- als auch auf der Auslassseite des Steuerventils 100 ein Mittelungskanal, in den das strömungskonditionierte Fluid strömt. Die Fluidströmung zu dem Mittelungskanal sowohl auf der Einlass- als auch auf der Auslassseite des Ventils 100 ist im Wesentlichen senkrecht zu der Fluidströmung durch, den Strömungskonditionierer auf jeder Seite des Steuerventils 100.
Strömungskonditioniertes Fluid wird in dem Einlass-Mittelungskanal 42 gesammelt, bevor es zu einer Fluiddruck-Messvorrichtung 48 weiterströmt. Wieder durch Bezugnahme auf Fig. 1 und 2 ist ersichtlich, dass an der Einlassseite Strömungskonditioniertes Fluid durch die in dem kurzen zylindrischen Abschnitt 18 des Strömungskonditionierers 12 gebildeten Fluidströmungswege 38 strömt und von dort durch einen radialen Durchgang 44, der in dem Einlassflansch 102 gebildet ist, zu einem Satz von entweder sich verjüngenden oder geraden Rohrgewinden 46, die in dem Einlassflansch 102 an dem Ende des radialen Durchgangs 44 gebildet sind. Eine solche Anordnung kann sowohl auf der Einlass- als auch auf der Auslassseite der Steuerventilanordnung 100 verwendet werden.
Durch Bezugnahme auf Fig. 1 und 3 ist ersichtlich, dass sich auf der Auslassseite der Steuerventilanordnung 100 eine alternative Anordnung für den Durchgang 84 befindet, der von der Mittelungskammer 82 weg und weiter zu einer Fluiddruck-Messvorrichtung 88 führt. Statt direkt durch den Auslassflansch 112 zu führen, erstreckt sich ein axialer Durchgang 84 von der Mittelungskammer 82. Dieser axiale Durchgang 84 knickt dann in einem rechten Winkel ab und endet an einem Satz von sich verjüngenden oder geraden Rohrgewinden 86, die in dem Ventilkörper 110 gebildet sind. Eine solche Anordnung kann sowohl auf der Einlass- als auch auf der Auslassseite der Steuerventilanordnung 100 verwendet werden.
Wie in Fig. 1 gezeigt, sind jeweilige Leitungen vorhanden, die von den Enden der Durchgänge 44, 84 verlaufen. Diese Leitungen bilden jeweils einen Durchgang 150, 152, der die jeweiligen Durchgänge 44, 84 mit den Druck-Messvorrichtungen 48, 88 verbindet.
In den Fig. 5 und 6 ist noch eine weitere Anordnung einer Steuerventilanordnung 100 gezeigt, die das Fluiddruck- Messsystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Insbesondere ist ein Verteilerblock 60 sowohl an den Einlassflansch 102 als auch den Auslassflansch 112 angeschraubt. Die Fluidströmungskonfiguration von den Mittelungskammern 42 und 82 ist so wie die in Fig. 2 gezeigte. Um eine leckdichte Verbindung zwischen einem oder beiden der Flansche an jedem Ende der Steuerventilanordnung 100 sicherzustellen, kann eine Vielzahl unterschiedlicher Anordnungen von Teilen verwendet werden. In Fig. 6 ist lediglich ein Beispiel einer Teileverbindung gezeigt, die eine kleine Verbindungshülse 62 verwendet, die von zwei O-Ringen 64 umschlossen wird. Ein Ventilverteiler 68 ist dichtend mit dem Verteilerblock 60 verbunden, der zwischen den zwei Flanschen an jedem Ende der Steuerventilanordnung 100 verläuft. Der Verteilerblock 60 bildet Durchgänge, die von den Flanschen 102 bis 112 zu dem Ventilverteiler 68 führen und dadurch die in den Flanschen gebildeten Durchgänge mit dem Differenzdrucktransmitter 69 über den Ventilverteiler verbinden. Ein solcher Durchgang 154, der durch den Verteilerblock gebildet wird, ist in Fig. 6 gezeigt.
Ein Differenzdrucktransmitter 69 kann dichtend mit dem Ventil Verteiler 68 verbunden sein.
Einlass- und Auslassdrücke können durch Schließen der Ventile 66 abgesperrt werden. Ein drittes Ventil 67 kann geöffnet werden, um den Druck zur Kalibrierung zu dem Differenzdrucktransmitter hin auszugleichen.
Durch die vorliegende Erfindung wird ein System zur Fluiddruckmessung an der Einlassseite eines Steuerventils, der Auslassseite eines Steuerventils oder beiden geschaffen.
Während die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung in der vorhergehenden Beschreibung erläutert wurden, werden Fachleute verstehen, dass Änderungen der offenbarten Ausführungs formen möglich sind. Solche Änderungen fallen in den Bereich der angefügten Ansprüche.

Claims

1. System zum Bereitstellen einer Fluiddruckmessung an sowohl dem Einlass als auch dem Auslass eines Steuerventils, wobei das Steuerventil konstruiert und ausgestaltet ist, um die Fluiddruckmessung zu verwenden, um einen Fluss zu regeln, wobei das System aufweist:

mindestens eine Fluiddruck-Messvorrichtung (48, 88; 69);

einen jeweiligen Fluidströmungskonditionierer (12, 52), der ausgestaltet ist, um sowohl in den Einlass (106) als auch den Auslass (116) des Ventils zu passen,

einen im wesentlichen kreisförmigen Einlass- und Auslass- Mittelungskanal (42, 82), der im wesentlichen außerhalb von und stromabwärts von jedem der Fluidströmungskonditionierer (12, 52) angeordnet ist; und

jeweilige Durchgänge (44, 84, 150, 152; 44, 154), um strömendes Fluid von jedem der im wesentlichen kreisförmigen Mittelungskanäle zu der Fluiddruck-Messvorrichtung (69) oder einer jeweiligen der Fluiddruck-Messvorrichtungen zu leiten.

2. System nach Anspruch 1, wobei jeder der Fluidströmungskonditionierer eine Anzahl von in einer axial innerhalb des Steuerventils montierten Platte gebildeten Öffnungen (14, 54) aufweist.

3. System nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Fluidströmung zu jedem der im wesentlichen kreisförmigen Mittelungskanäle (42, 82) durch eine Anzahl von im wesentlichen radial zu der Strömung von Fluid durch das Steuerventil angeordneten Fluidströmungswegen (38) erfolgt.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Bereitstellen einer Druckmessung in einem Steuerventil, das einen Einlass-Befestigungsflansch (102), einen Auslass-Befestigungs flansch (112) und einen Ventilkörper (110) dazwischen auf weist, wobei

der Einlass-Fluidströmungskonditionierer (12) innerhalb des Einlass-Befestigungsflansches (102) angeordnet ist und

der Auslass-Fluidströmungskonditionierer (52) innerhalb des Auslass-Befestigungsflansches (112) angeordnet ist.

5. System nach Anspruch 4, wobei der Durchgang (44) zum Leiten von Fluid von dem im wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal (42) zu der oder einer jeweiligen Druck-Messvorrichtung (48; 69) durch den Ventilkörper verläuft.

6. System nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, wobei der Durchgang (84) zum Leiten von Fluid von dem im wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal (82) zu der oder einer jeweiligen Druck- Messvorrichtung (88; 69) durch den Ventilkörper verläuft.

7. Flussregelbares Steuerventil, wobei das flussregelbare Steuerventil auf Einlass- und Auslassdrücke reagiert, wobei das flussregelbare Steuerventil aufweist:

eine Einlass-Befestigung (102);

eine Auslass-Befestigung (112);

einen Ventilkörper (110) zwischen der Einlass-Befestigung und der Auslass-Befestigung;

einen innerhalb der Einlass-Befestigung (102) angeordneten Einlass-Fluidströmungskonditionierer (12);

einen im wesentlichen außerhalb von und stromabwärts von dem Einlass-Fluidströmungskonditionierer angeordneten, im wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal (42);

einen innerhalb der Auslass-Befestigung (112) angeordneten Auslass-Fluidströmungskonditionierer (52);

einen im wesentlichen außerhalb von und stromabwärts von dem Auslass-Fluidströmungskonditionierer angeordneten, im wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal (82);

einen Durchgang (44) zum Leiten von Fluid aus dem im wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal (42) heraus; und

einen Durchgang (84) zum Leiten von Fluid aus dem im wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal (82) heraus.

8. Steuerventil nach Anspruch 7, wobei der Durchgang (44) zum Leiten von Fluid aus dem im wesentlichen kreisförmigen Einlass- Mittelungskanal heraus durch den Ventilkörper verläuft.

9. Steuerventil nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, wobei der Durchgang (84) zum Leiten von Fluid aus dem im wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal heraus durch den Ventilkörper verläuft.

10. Steuerventil nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der im wesentlichen kreisförmige Einlass-Mittelungskanal (42) durch eine Anzahl von im wesentlichen radialen Strömungswegen (38) gespeist wird.

11. Steuerventil nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei der im wesentlichen kreisförmige Auslass-Mittelungskanal (82) durch eine Anzahl von im wesentlichen radialen Strömungswegen (38) gespeist wird.

12. Steuerventil nach Anspruch 7, das ferner einen Verteilerblock (60) in Fluidverbindung mit dem Durchgang (44) zum Leiten von Fluid aus dem im wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal (42) heraus und dem Durchgang (84) zum Leiten von Fluid aus dem im wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal (82) heraus aufweist.

13. Verfahren des Bereitstellens einer Fluiddruckmessung in einem Steuerventil, wobei die Fluiddruckmessung durch mindestens eine Fluiddruck-Messvorrichtung (48, 88; 69) erfasst wird, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:

Konditionieren der Fluidströmung im wesentlichen am Einlass (106) zu dem Steuerventil;

Leiten des konditionierten strömenden Fluids zu einem im wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal (42), der außerhalb von und stromabwärts von dem Einlass-Fluidströmungskonditionierer angeordnet ist;

Leiten des konditionierten strömenden Fluids von dem im wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal zu der oder einer der Fluiddruck-Messvorrichtungen (48; 69);

Konditionieren der Fluidströmung im wesentlichen am Auslass (116) zu dem Steuerventil;

Leiten des konditionierten strömenden Fluids zu einem im wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal (82), der außerhalb von und stromabwärts von dem Auslass-Fluidströmungskonditionierer angeordnet ist;

Leiten des konditionierten strömenden Fluids von dem im wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal zu der oder einer der Fluiddruck-Messvorrichtungen (88; 69);

14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Fluidströmung zu dem im wesentlichen kreisförmigen Einlass-Mittelungskanal (42) durch eine Anzahl von im wesentlichen radial zu der Strömung von Fluid durch das Steuerventil angeordneten Strömungswegen (38) erfolgt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, wobei die Fluidströmung zu dem im wesentlichen kreisförmigen Auslass-Mittelungskanal (82) durch eine Anzahl von im wesentlichen radial zu der Strömung von Fluid durch das Steuerventil angeordneten Strömungswegen (38) erfolgt.