夹片对准装置技术领域
本公开涉及过程控制系统。具体地，本公开涉及工业过程中的夹片
(wafer)和法兰。
背景技术
在加工设备中，流体通过管道输送至各个加工元件。管道包括通过
管接头连接在一起的各个管道部。例如传感器和阀的元件可以通过将这
些元件放置在两个管道部的管接头之间而被引入管道中。
在常用的构造中，夹片置于两个管道部之间。夹片包括围绕至少一
个流体流动通道环状地定位的外环。一个或多个孔沿径向方向贯穿该外
环。传感器可以通过该径向孔引入以与流体相互作用和/或管道可以被引
入该径向孔中以引导流体流至安装在管道外部的传感器。此外，孔板、
均速管、其它阻流物或与过程流体相互作用的其它部件可以定位在夹片
环的流体流动通道内。
一些夹片通过将夹片环夹在两个法兰管接头之间而被安装在过程管
道之间，然后两个法兰管接头被螺母和螺柱或螺栓连接在一起。法兰管
接头一般包括焊接至管道的端部上的轴环、与管道的内孔对准的孔、围
绕孔延伸的环状密封部和围绕环状密封部延伸的法兰部。法兰部包括平
面，该平面具有接收用于将管接头连接至另一个管接头的螺柱的多个贯
通孔。环状密封部具有密封面，该密封面被设计为在管接头接合处配合
并且密封在一个或多个其它元件上。
利用夹片的测量装置具有用于它们提供的测量值的规定的精确度等
级。然而，这些精确度等级仅在晶片环相对于相邻的管道部的中心正确
对中时有效。如果夹片环的中心偏离管道部的中心大于规定的偏离中心
允许值，那么测量装置将不能以规定的精度提供测量值。
发明内容
一种用于工业过程组件中的夹片的对准装置，包括：被成形为与夹
片的外表面相配的内表面，包括至少两个凸轮的外表面；和将内表面连
接到外表面的两个端部。两个端部被定位为使得当对准装置定位在夹片
的外表面上时，对准装置围绕夹片延伸超过180度。
在又一实施例中，一种用于输送通过过程管道传输的过程流体的工
业过程组件包括：夹片和对中装置，该对中装置包括接触夹片的内表面。
对中装置通过内表面和夹片之间的接触被向外扩展。
在又一实施例中，一种用于定位在过程控制系统的两个管道法兰之
间的夹片的对准环包括第一部件和第二部件，该第一部件包括凸轮面和
用于接触夹片的内表面，该第二部件包括凸轮面和用于接触夹片的内表
面。第一部件的凸轮面和第二部件的凸轮面能够被定位为使得将两个单
独的力施加给在两个管道法兰之间延伸的螺柱，所述两个单独的力彼此
至少部分地相反。
附图说明
图1是工业过程控制系统的一部分的简化图。
图2是对准部件的透视图。
图3是图1的过程控制系统的一部分的剖视图，且对准部件处于放
松状态。
图4是图1的过程控制系统的一部分的剖视图，且对准部件处于活
动状态。
具体实施方式
图1是过程控制系统的一部分的透视图。在图1中，过程组件101
示出为定位在两个法兰管接头146和148之间，两个法兰管接头146和
148被焊接至输送过程流体的两个管道部104和106的各自端部。法兰
管接头146和148通过例如螺柱134和136的螺柱或螺栓以及例如螺母
138、140、142和144的螺母的连接被保持在一起。
在该实施例中，组件101包括夹片102和对准环或对中装置129。
夹片102包括夹片环112，该夹片环112具有内孔114(如图3和4所示)、
外表面或外周116、中空柱110和安装板108。中空柱110和夹片环112
中的一个或多个导管允许传感器定位在内孔114中和/或在内孔114和安
装板108之间输送流体，该安装板108可以用来确定用于过程流体的过
程变量。过程变量变送器100安装在安装板108上并且测量过程流体的
一个或多个参数以产生用于一个或多个过程变量的值。
过程变量变送器100与控制室105通信以将一个或多个过程变量提
供给控制室105。示例性的过程变量包括压力、温度、流动等级、pH电
导率、浊度、密度、浓度、化学成分等。过程变量变送器100可以通过
使用包括有线通信和无线通信的各种技术与如图所示的电阻105A和电
源105B的控制室105通信。一个常用的有线通信技术使用已知的双线
式过程控制环103，在双线式过程控制环103中，仅一对线被用来传输
信息并且提供电力给变送器100。用于传输信息的一个技术是通过控制
通过过程控制环103的电流在4毫安与20毫安之间。在4-20毫安范围
内的电流值可以映射到过程变量的对应值。示例性的数字通信协议包括
(由叠加在标准4-20mA的模拟信号上的数字通信信号组成的混
合式物理层)、FOUNDATIONTM现场总线(由美国仪表协会在1992年
发布的全数字通信协议)、Profibus通信协议或其它。还可以实施例如包
括根据IEC 62591的的射频通信技术的无线协议。
为了确保过程变量变送器100测量的过程变量精确，夹片环112的
内孔114必须相对于管道部104和106的中心对中。根据各个实施例，
通过使用对中或对准装置129对中夹片环112，在一些实施例中，该对
中或对准装置129由两个对准部件130和132构造而成。在其它实施例
中，对准装置129由对准部件130和132中的一个构造而成。对准部件
130和132围绕夹片环112的外表面116放置，并且接合例如螺柱134
和136的多个螺柱以将夹片环112的中心与管道部104和106的中心对
中或对准。对准部件130和132每一个都是围绕夹片102环状地延伸超
过180度但小于360度的部分环。当围绕外表面116放置时，每一个部
分环都向外伸展以使得每一个对准部件的内表面接合外表面116并且防
止对准部件130和132相对于外表面116沿径向方向移动。
图2提供了对准或对中部件130的透视图。在大多数实施例中，对
准或对中部件132与对准部件130相同，但是当安装在夹片102上时相
对于对准部件130翻转，下文将进一步讨论。
如图2所示，对准部件130为具有内表面200、外表面204和连接
内表面200与外表面204的两个端部206和208的部分圆环。端部206
和208被定位为使得内表面204跨越大于180度的角度202。在图2中，
内表面200为圆形的。在其它实施例中，内表面200可以具有其它形状，
只要内表面200的形状与夹片环112的外表面116的形状的至少一部分
相配。
在该实施例中，外表面204包括凸轮面或凸轮210、212、214、216
和218。每一个凸轮面或简单凸轮都相对于内表面200成角度。凸轮210
通过外表面204的凹面222和弧形面220与凸轮212分隔开。凸轮212
通过弧形面224和凹面226与凸轮214分隔开。凸轮214通过外表面的
凹面凹面234和手柄228与凸轮216分隔开。凸轮216通过弧形面232
和凹面234与凸轮218分隔开。根据一些实施例，凹面222、226和234
具有从各自的弧形面向内延伸的直线部和从直线部延伸至各自的凸轮面
的弯曲部。在这样的实施例中，凹部230具有从手柄228向内延伸的直
线部和从直线部延伸至凸轮面216的弯曲部。手柄228向外延伸超过如
虚线240所示的圆形边界，根据一些实施例弧形面220、224和232沿该
圆形边界延伸。从内表面200的中心268至凹面222、226、230和234
的最内部分的距离270基于给定的法兰尺寸上的最小螺栓圆设置，如图
从中心268至弧形面220、224和232的圆形边界240的距离272基于给
定的法兰尺寸上的最大螺栓圆设置，其中螺栓圆是包括法兰中的每一个
螺栓孔的中心的圆。
根据一些实施例，内表面200的将接触外表面116的部分具有精确
匹配外表面116的标称外径的标称内径或具有小于外表面116的标称外
径的标称内径。这与现有的对准装置的不同，在现有的对准装置中，内
表面200的标称内径被限定为大于外表面116的标称外径，以确保即使
在制造差异的情况下夹片仍将配合在对准装置内。对准装置的内径大于
夹片的外径是不期望的，因为这将在对准装置和夹片之间产生间隙，从
而使得夹片在对中期间易于落入对准装置的内表面的底面而不是定位在
对准装置的中心。因此，对准装置与夹片之间的额外间隙产生可能导致
最终的对准位于可接受公差之外的对准误差。
通过将对准部件的标称内径限定为等于或小于夹片的标称外径，本
文的实施例减小或消除了由对准部件与夹片之间的间隙导致的对准误差。
然而，当对准部件的标称内径被限定为小于夹片的标称外径时，对准部
件、夹片或两者的制造差异可能导致对准部件具有实际上小于夹片的外
径的内径。对准部件130容忍这样的制造差异，因为它可以通过端部206
和208沿方向250和252的向外运动与夹片102的外表面116的接触拉
伸或扩展。因为对准部件130能够被拉伸或扩展，所以间隙将不太可能
存在于夹片102和对准部件130之间。通过消除该间隙，对准部件130
能够使夹片102更好地与管道部104和106的中心对准。
图3提供其中过程变量变送器100被移除的沿图1的线3截取的图
1的组件的视图。在图3中，对准部件130和132处于静止位置中，如
图3所示，在该静止位置中，部件130和132围绕夹片102的外表面116
定位但是不接触任何螺柱或螺栓。在多个实施例中，两个对准部件130
和132都已经被拉伸或扩展以配合在外表面116周围。对准部件130与
对准部件132重叠，该对准部件132相对于对准部件130翻转，以使得
部件130的凸轮面面向不同于部件132的凸轮面的方向并且与部件132
的凸轮面重叠。对准部件132和132每一个都围绕夹片102的外表面116
延伸超过其一半或180度。
在图3的松弛位置中，对准部件130和132的凹面(例如对准部件
130的凹面222、226、230和234和对准部件132的凹面234)分别与法
兰148中的螺柱或螺栓孔300、302、304、306和308对准。法兰148
的孔310、312和314不与对准部件130或对准部件132的任何部分对准。
在一些实施例中，为了充分地对中夹片，对准装置129必须与法兰上的
一半以上的螺栓或螺柱相互作用。在松弛状态中，允许法兰148中的开
口中的螺柱或螺栓落入开口的底部中。因此，螺柱316、318、136、134、
326、324、322和320被示出为抵靠在其各自的开口的底部上。
通过沿方向360和362朝向彼此地移动手柄228，对准部件130和
132可以从图3的静止状态变化为图4中示出的活动状态。随着手柄228
移动，对准部件130和132的每一个上的凸轮面接触螺栓或螺柱并且径
向向外地推动螺栓或螺柱同时朝向夹片102的对中方向移动夹片102。
例如，对准部件130的凸轮面218和对准部件132的凸轮面210分
别接触螺柱134并且分别沿方向400和402提供作用在螺柱134上的力，
以使得所述力部分抵消或彼此抵抗以产生作用在螺柱134上的净径向向
外的力。该径向向外的力将螺柱134定位在径向向外的位置404处。类
似地，对准部件130的凸轮面216和对准部件132的凸轮面212分别沿
方向406和408提供力，以使得所述力部分抵消或彼此抵抗以产生作用
在螺柱136上的净径向向外的力，该径向向外的力将螺柱136定位在径
向向外的位置410处。对准部件130和132的凸轮面214分别沿方向412
和414施加力，以使得该力至少部分抵消或彼此抵抗，从而产生将螺柱
318向外推至径向向外的位置416的净径向向外的力。对准部件130的
凸轮面212和对准部件132的凸轮面216分别沿方向418和420提供力，
以使得该力至少部分抵消或彼此抵抗，从而产生将螺柱316定位在径向
向外的位置421处的净径向向外的力。对准部件130的凸轮面210和对
准部件132的凸轮面218分别沿方向422和424施加力，以使得该力至
少部分抵消或彼此抵抗，从而产生使螺柱320移动至径向向外的位置426
的净径向向外的力。
随着对准部件130和132沿方向360和362移动，对准部件130和
132中每一个的内表面200都沿夹片102的外表面116滑动以使得夹片
不旋转。对准部件130和132沿相反的方向移动有助于防止夹片102旋
转。此外，随着对准部件130和132沿方向360和362移动，夹片102
的位置被改变以使得夹片环112的中心朝向管道部104和106的中心移
动。
对准部件130和132的手柄228被带到一起直至螺柱到达其径向向
外的位置，在该径向向外的位置点处，不再可能使对准部件130和132
的手柄228更靠近地在一起。在该点处，夹片环112的中心对中在管道
部104和106的开口中。
当将夹片102安装在法兰146和148之间时，螺母松套在螺柱上，
同时对准部件130和132处于图3的松弛状态中。然后对准部件130和
132的手柄228被带到一起以将对中装置129置于图4的活动状态。当
对准部件130和132的手柄228不能更靠近地在一起时，拧紧螺柱上的
螺母以固定其位置并且将夹片102的位置固定在法兰146和148之间。
虽然图3和4中使用了两个对准部件，但是在其它实施例中，可以
使用单个对准部件作为对准环129来对准夹片。当仅仅使用对准部件130
时，通过沿方向360移动手柄228，该对准部件从图3所示的松弛状态
移动到图4所示的活动状态。当仅仅使用部件132时，通过沿方向362
移动手柄228，该对准从图3所示的松弛状态变化到图4所示的活动状
态。虽然可以使用单个对准部件，但是具有两个对准部件提供了如下优
点，例如在螺栓或螺柱上提供了更多接触点，在对准装置和夹片之间提
供了更多接触区域，以及允许技术人员能够使用一只手“挤压”两个对
准部件的手柄228在一起同时使用另一只手拧紧法兰螺柱上的螺母。
当下面的尺寸中的任何一个位于其公差范围之外时，传统的对准环
不能完美地对中夹片：对准装置的内径、夹片的外径、螺柱圆(螺柱孔
所沿着延伸的中心的圆形)的直径、螺柱孔的直径和螺柱的直径。实际
上，即使上述所有尺寸都位于公差内，但如果与每一个尺寸的标称测量
值的偏差同时发生或累积，那么传统的对准环仍不能正确地对中夹片。
这对于其中夹片的中心的可允许偏差变得更小但是上述尺寸的公差保持
一样的小尺寸管线尤其如此。上述对准部件130和132以及对准装置129
考虑了上面列举的尺寸的公差，即使上面列举的尺寸落入公差之内但落
于其标称值之外，上述对准部件130和132以及对准装置129仍应该在
理论上完美地对中夹片。
对准部件130和132的尺寸可以被设计为用于不同的管线尺寸和夹
片。单个对准部件或对准装置可以被用于多个ANSI压力等级和多个DIN
压力等级。
虽然对准部件130和132在上文中被描述为分隔的独立部件，但是
在其它实施例中，两个部件通过连接或销和/或将手柄保持在一起的棘轮
或夹钳机构彼此连接。此外，虽然对准部件130和132的整个内表面200
都被描述为接触夹片的外表面116，但是在其它实施例中，内表面200
可以包括突起以使得仅突起接触外表面116同时内表面200的剩余部分
不接触外表面116。
手柄沿部件130和132的形状和位置可以根据需要改变。此外，虽
然在图3和4中连续顺序的螺柱被对准部件接触，但是在其它的实施例
中，一个或多个凸轮面可以从对准环上移除以使得每一个其它的螺柱被
对准部件130和132接触。此外，在其它实施例中，对准部件130和132
被延伸以包括接触附加的螺柱的附加的凸轮面。
虽然在上文中元件已经被示出或描述为单独的实施例，但是上说的
每一个实施例的部分可以与其它实施例的全部或一部分组合。
虽然已经用专用于结构特征和/或方法步骤的语言描述了发明主题，
但是应理解的是，附属的权利要求限定的发明主题不必局限于上述特定
的特征或步骤。而是，上述特定的特征和步骤作为用于实施权利要求的
示例形式被公开。