СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ КОРПУСА С ВИБРАЦИОННЫМ РАСХОДОМЕРОМ Российский патент 2013 года по МПК G01F1/84 

Область техники

Настоящее изобретение относится к вибрационному расходомеру, а более точно, к методам и приборам для соединения корпуса с вибрационным расходомером.

Уровень техники

Описание предшествующего уровня техники

Вибрационные расходомеры, такие как, например, денситометры и измерительные приборы Кориолиса расхода, используются для измерения характеристики протекающих веществ, например, такой как плотность, удельный массовый расход, удельный объемный расход, суммарный массовый расход, температура и другой информации. Вибрационные расходомеры включают в себя один или более трубок, которые могут иметь разнообразные формы, например, такие как прямую, U-образную или неправильные конфигурации.

Одна или более трубок имеют набор режимов естественной вибрации, включая, например, режим простого изгибания, торсионный, радиальный или соединенные режимы. Одну или более трубок приводят в вибрацию с помощью, по меньшей мере, одного привода при резонансной частоте в одном из этих режимов в целях определения характеристики протекающего вещества. Одна или более измерительная электроника передает синусоидальный приводной сигнал на, по меньшей мере, один привод, который обычно является комбинацией магнит/катушка, причем магнит обычно прикреплен к трубке, а катушка прикреплена к монтажной конструкции или к другой трубке. Приводной сигнал заставляет привод вызывать вибрацию в одной или более трубках с частотой привода и в режиме привода. Например, приводной сигнал может быть периодическим электрический током, переданным на катушку.

По меньшей мере, один датчик обнаруживает движение трубок (трубки) и вырабатывает синусоидальный сигнал датчика, характеризующий движение вибрирующей трубки (трубок). Датчик обычно является комбинацией магнит/катушка, причем магнит обычно прикреплен к трубке, а катушка прикреплена к монтажной конструкции или к другой трубке. Сигнал датчика передается на одну или более электронную аппаратуру, и в соответствии с хорошо известными принципами сигнал датчика может быть использован одним или более электронной аппаратурой, чтобы определить характеристику протекающего вещества или отрегулировать приводной сигнал, если это необходимо.

Обычно вибрационные расходомеры снабжены двумя вибрационными трубками, которые вибрируют в противофазе друг к другу для того, чтобы создать сбалансированную по своей природе систему. В результате, вибрации от каждой трубки гасят друг друга таким образом, который предотвращает передачу вибрации или сил крутящего момента на какие-либо соединительные конструкции. Подобным образом, когда используются две вибрационные трубки, вибрации монтажной конструкции гасятся в расходомере, потому что датчики обычно измеряют только относительное движение между расходомерными трубками, при этом наведенные снаружи вибрации стремятся вызывать вибрацию в обеих трубках одинаковым образом. Однако имеются некоторые применения, в которых двойные трубки нежелательны, например, из-за проблем с падениями давления или забиванием. В таких ситуациях может быть желательной система с единичной трубкой.

Какой бы желательной система с единичной трубкой ни была, системы с единичной трубкой представляют по своей природе проблемы дисбаланса. Попытки при решении этой проблемы повлекли за собой использование балансировочной конструкции, например, фиктивной трубки или балансировочного стержня, и использование движения балансировочной конструкции, чтобы сбалансировать систему. Однако, поскольку полная масса трубки, включая текучую среду внутри трубки, изменяется с изменением плотности текучей среды внутри трубки, эти приемы сами по себе имели ограниченный успех при устранении проблем дисбаланса.

На фиг.1 показан вибрационный расходомер типа единичного трубопровода согласно предшествующему уровню техники. Как показано, расходомер включает в себя корпус 103, включающий в себя балансировочный стержень 102. Балансировочный стержень 102 является цилиндрическим и включает в себя трубопровод 101. Трубопровод 101 имеет активный участок 109 и неактивные участки 110, 110', которые ограничены соединительными кольцами 103, 104 равновесной балки 102. Неактивные участки 110, 110' выходят за конечные элементы 107 и 108 корпуса 106 до фланцев (не показано). Трубопровод 101 имеет входной конец 111, соединенный с отверстием в конце 107 корпуса и выходной конец 112, соединенный с отверстием в конце 108 корпуса.

При эксплуатации трубопровод 101 и балансировочный стержень 102 вибрируют с помощью привода D в противофазе. Когда вещество протекает, вибрация трубопровода 101 в этом примере вызывает Кориолисову реакцию в трубопроводе 101, которую обнаруживают измерительные преобразователи LRO, RPO. Фазное смещение между измерительными преобразователями представляет собой информацию, относительно протекающего вещества. Выходной сигнал датчиков скорости передается на схему 125 измерительной электроники посредством проводов 122, 124, которая обрабатывает сигналы, чтобы получить требуемую информацию, принадлежащую протекающему веществу, такую как, например, удельный массовый расход, плотность, вязкость и т.д.

Необходимо, чтобы вибрационный расходомер обеспечивал точную информацию по широкому диапазону эксплуатационных условий, включая вещества различной плотности, температуры и вязкости. Для того чтобы этого достичь, требуется, чтобы расходомер работал стабильно по всему диапазону условий. Для того чтобы достичь этой стабильности требуется, чтобы вибрации расходомера были изолированы от трубопровода и балансировочной системы, потому что наружные к колебательной системе вибрации, либо они наведены вибрациями расходомером, либо другим источником, таким как насос, сообщают дополнительные ускорения протекающему веществу, помимо Кориолисова ускорения, используемого для определения жидкостных характеристик протекающего вещества. Наружная вибрация также переставляет узловые точки (площадь, не испытывающая движения), определяя активную длину трубопровода. Этот эффект трудно компенсировать и он подвержен неизвестным параметрам, таким как жесткость конструкции, к которой измерительное устройство подсоединено. Соответственно, нежелательные вибрации мешают способности расходомера обеспечивать точную выходную информацию относительно протекающего вещества.

В предшествующем уровне техники попытки решения проблем дисбаланса, которые возникают из-за изменений в плотности текучей среды, касаются регулирования соотношения амплитуды вибрации трубопровода относительно амплитуды вибрации системы противовеса. При балансировке конструкции импульс является тем, что балансируют. Импульс представляет собой произведение массы и скорости, а скорость пропорциональна амплитуде вибрации. Если, например, масса трубки (включая текучую среду, расположенную внутри) и масса уравновешивающей конструкции были изначально равными, а затем масса трубки удвоилась (например, как результат повышения плотности в текучей среде внутри трубки), тогда уменьшение амплитуды трубки наполовину восстановит равновесие трубка/система противовеса. На практике, комбинированная амплитуда и конструкции противовеса и трубопровода может управляться измерительной электронной аппаратурой. Соответственно, амплитуда трубки может быть уменьшена до меньшей степени, при этом амплитуда уравновешивающей конструкции может быть увеличена до некоторой степени до тех пор, пока в приведенном выше примере отношение амплитуды противовеса относительно амплитуды трубопровода не составит 2:1.

Традиционный способ изменения соотношения амплитуды заключается в изолировании вибрационной конструкции с помощью очень мягкой (http://multitran.ru/c/m.exe?t=3179049_2_1) опоры. Идея заключается в том, что вибрационная конструкция, изолированная в пространстве, является всегда сбалансированной. Например, если пружина соединяет две равные массы в пространстве, так что когда комплект вибрирует со смещением фаз друг друга, массы вибрируют с одинаковой амплитудой, тогда пружина имеет неподвижную узловую точку посередине между массами. Если одну массу увеличили, и массы снова привели в вибрацию, амплитуда вибрации увеличенной массы автоматически уменьшается, при этом амплитуда вибрации другой массы автоматически увеличивается, чтобы оставить импульс сбалансированным. Однако, как следствие, новое положение узловой точки находится ближе к большей массе. Вибрационная конструкция вибрационного расходомера является подобной, при этом перемещение узловой точки является проблемой по подобным причинам.

Вибрационная конструкция вибрационного расходомера является подобной, и смещение узла представляет проблему.

Конструкции расходомера, известные из уровня техники, в которых используются измерители с единственной самобалансирующей трубкой, похожей на камертон, в которой один участок является активным участком расходомерной трубки, второй участок является балансировочной конструкцией, а ручка представляет собой неактивные участки расходомерной трубки, соединяющие активную конструкцию к корпусу. В данной конфигурации, добавление массы к одному участку камертона уменьшит его амплитуду и увеличит амплитуду другого участка. Узел, который ранее был на стыке двух участков и ручки, перемещается вверх участка с увеличенной массой. В результате, ручка вибрирует с участком меньшей массы. Если вибрирующая ручка закреплена жестко, частота колебаний возрастает, тогда как если она закреплена свободно, то частота падает. Это и является проблемой расходомеров.

Для расходомера по фиг.1, вибрационная система включает в себя балансировочный стержень 102 и активный участок 101 трубки, которые вибрируют в противофазе. Концы балансировочного стержня 102 и концы трубки 101 соединены соединительными кольцами 103, 104. Неактивные участки трубки 110, 110' проходят без опоры от соединительных колец 103, 104 к концам 107, 108 корпуса. Эти неактивные участки трубки относятся к ручке камертона. Они являются необходимыми и они являются не опорными, потому что они являются мягкими опорами, которые обеспечивают возможность изменения амплитуды в зависимости от амплитуды. Однако они вибрируют как ручка камертона когда плотность флюида изменяется. Это является нежелательным, поскольку может вызвать вибрацию корпуса 103 и фланцев 106. Поскольку амплитуда вибрации корпуса 103 и фланцев 106 зависит от жесткости конструкции, на которой измерительное устройство смонтировано, ошибка вызванная неизвестной магнитудой в измерении расхода может иметь место.

В традиционных способах регулировка амплитуды имеет значительный существенный недостаток, заключающийся в том, что она приводит к перестановке неподвижных узловых точек, которые находятся вдоль оси вибрационной конструкции. Область между узлами задает активную длину трубки. Активная длина влияет на чувствительность измерения. Если узлы перемещают наружу к концам корпуса, активная длина увеличивается. В прошлом неактивные участки трубки изгибаются как часть колебания и это изгибное перемещение сообщает ускорение Кориолиса флюиду. Дополнительное ускорение Кориолиса либо прибавляют, либо извлекают из чувствительности расходомера. В связи с тем, что жесткость, с которой расходомер прикреплен к трубопроводу, влияет на значение дополнительного ускорения Кориолиса, не существует способа компенсации перемещения узлов. Это перемещение узлов в дальнейшем снижает чувствительность измерения.

Существует, однако, одна из форм перемещения узла, которая не изменяет чувствительность расходомера. Если неактивные участки расходомерной трубки будут вынуждены вращаться вокруг своей оси, узлы смогут двигаться вверх и вниз относительно осей без изменения ускорения Кориолиса жидкости. Это вызвано тем, что так называемый неактивный участок трубопровода должен изгибаться, для того, чтобы создать ускорение Кориолиса в жидкости. Отсутствие изгиба трубки означает отсутствие изменений в чувствительности, несмотря на перемещение узлов. До сих пор, однако, этот принцип не был использован в измерениях потока Кориолиса. Следовательно, существует необходимость в уровне техники в системе, которая могла соединять расходомерную трубку к ее корпусу, таким образом, чтобы трубка оставалась свободной для вращения вокруг своей оси, но была существенно избавлена от изменения активной длины трубки. Данное изобретение решает эту и другие проблемы и обеспечивает http://multitran.ru/c/m.exe?t=3882243_2_1.

Сущность изобретения

В соответствии с вариантом осуществления изобретения предложен вибрационный расходомер. Вибрационный расходомер содержит трубопровод потока. Трубопровод потока включает в себя первый концевой участок и второй концевой участок. Вибрационный расходомер также включает в себя корпус, окружающий, по меньшей мере, участок трубопровода потока. Вибрационный расходомер содержит в себе первое соединение корпуса. Первое соединение корпуса включает в себя первый участок, соединенный с первым концевым участком канала потока. Первое соединение корпуса также включает в себя один и более деформируемых элементов, которые располагаются радиально от первого участка и которые соединены с корпусом так, что первый концевой участок вращается относительно оси трубопровода потока.

Соединение корпуса с вибрационным расходомером предусмотрено в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Соединение корпуса содержит первый участок, адаптированный для соединения по меньшей мере с участком трубопровода потока. Соединение корпуса также содержит один или более деформируемых элементов. Деформируемые элементы проходят радиально от первого участка и адаптированы для соединения с корпусом.

Способ для балансировки вибрационного расходомера предложен в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Расходомер включает в себя трубопровод потока с первым концевым участком и вторым концевым участком; и корпус, окружающий, по меньшей мере, участок трубопровода потока. Способ содержит этап из соединения первого участка соединения корпуса с первым концевым участком трубопровода потока. Способ также содержит этап соединения одного или более деформируемых элементов, которые проходят от первого участка первого соединения корпуса так, что первый концевой участок может вращаться вокруг оси трубопровода.

Аспекты изобретения

В соответствии с одним аспектом изобретения, вибрационный расходомер содержит: трубопровод потока, включающий в себя первый концевой участок и второй концевой участок; корпус, окружающий, по меньшей мере, участок трубопровода потока; первое соединение корпуса, включающее в себя: первый участок, соединенный с первым концевым участком трубопровода потока; и один или более деформируемых элементов, проходящих радиально от первого участка и соединенных с корпусом так, что первый концевой участок может вращаться вокруг оси трубопровода потока.

Предпочтительно, вибрационной расходомер дополнительно содержит: второе соединение корпуса, включающее в себя: первый участок, соединенный со вторым концевым участком трубопровода; одного или более деформируемых элементов, проходящих радиально от первого участка и соединенных с корпусом так, что второй концевой участок может вращаться вокруг оси трубопровода.

Предпочтительно, вибрационный расходомер дополнительно состоит из: базы, соединенной с трубопроводом и приводным элементом, причем база выполнена с возможностью переключения между режимами, оставаться в основном неподвижной или двигаться в основном в фазе с трубопроводом или двигаться в основном в фазе с приводным элементом для того, чтобы балансировать движения трубопровода и приводного элемента.

Предпочтительно, вибрационный расходомер дополнительно содержит: пару соединений, которые соединяют базу с концевым участком трубопровода; и пару фланцев, соединенных с трубопроводом, причем первый и второй соединитель корпуса поддерживают трубопровод между фланцами и соединениями.

Предпочтительно, один или более деформируемых элементов были адаптированы для ограничения движения трубопровода потока в направлении, параллельном плоскости деформируемых элементов и в направлении параллельном оси вращения трубопровода потока, но обеспечивая возможность трубопроводу потока вращаться вокруг оси вращения.

Предпочтительно, один или более деформируемых элементов были разделены друг от друга углом α, причем угол α менее чем 180°.

Предпочтительно, первый участок содержит центральную ступицу, адаптированный для приема, по меньшей мере, участок концевого участка трубопровода потока.

Согласно другому аспекту изобретения, соединение корпуса для вибрационного расходомера содержит: первый участок, адаптированный для соединения, по меньшей мере, с участком трубопровода; и один или более деформируемых элементов, проходящих радиально от первого участка и адаптированные для соединения с корпусом.

Предпочтительно, один или более деформируемых элементов разделены друг от друга углом α, причем угол α менее чем 180°. Предпочтительно, деформируемый элемент одного или более деформируемых элементов сконфигурирован для сопротивления движению в плоскости деформируемого элемента и частично деформировался при движении в направлении перпендикулярном плоскости.

Предпочтительно, первый участок содержит центральную ступицу, адаптированную для приема, по меньшей мере, участка концевого участка трубопровода потока.

Согласно другому аспекту варианта осуществления изобретения, способ для балансировки вибрационного расходомера включает в себя трубопровод потока с первым концевым участком и вторым концевым участком; и корпус, окружающий, по меньшей мере, участок трубопровода потока, причем способ содержит этапы, на которых: соединяют первый участок первого соединения корпуса с первым концевым участком трубопровода потока; соединяют один или более деформируемых элементов, которые проходят от первого участка первого соединения корпуса, с корпусом, так, что первый концевой участок может вращаться вокруг оси трубопровода.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы, на которых: соединяют первый участок второго соединения корпуса со вторым концевым участком трубопровода потока; и соединяют один или более деформируемых элементов, которые проходят от первого участка второго соединения корпуса так, что второй концевой участок может вращаться вокруг оси трубопровода.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы, на которых: соединяют базу с трубопроводом и приводным элементом, причем база выполнена с возможностью переключения между режимами, оставаться в основном неподвижной или двигаться в основном в фазе с трубопроводом или двигаться в основном в фазе с приводным элементом для того, чтобы балансировать движения трубопровода и приводного элемента.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы, на которых: соединяют базу с первым и вторым концевым участком трубопровода, используя пару соединений, и

соединяют пару фланцев с трубопроводом так, что первый и второй соединитель корпуса поддерживают трубопровод между фланцами и соединениями.

Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы, на которых: используют первое соединение корпуса для ограничения движения трубопровода потока в направлении, параллельном плоскости деформируемых элементов и в направлении параллельном оси вращения трубопровода потока, но обеспечивая возможность трубопроводу потока вращаться вокруг оси вращения.

Предпочтительно, один или более деформируемых элементов были разделены друг от друга углом α, причем угол α менее чем 180°.

Предпочтительно, первый участок содержит центральную ступицу, адаптированный для приема, по меньшей мере, участка концевого участка трубопровода потока.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 показывает расходомер из уровня техники с единственной трубкой.

Фиг.2 показывает частичный разрез расходомера, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.3 показывает увеличенный вид соединения корпуса, в соответствии с вариантом осуществления изобретения.

Фиг.4 показывает увеличенный вид соединения корпуса, в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

Подробное описание изобретения

Фиг.2-4 и последующее описание, представляет конкретные примеры, показывают специалистам в данной области, как осуществить и использовать лучшим образом данное изобретение.

Специалистам будут понятны варианты из этих примеров, которые подпадают под объем изобретения. Специалистам понятно, что описанные ниже признаки могут быть скомбинированы различными путями, чтобы создать многочисленные варианты изобретения. В результате изобретение не ограничено описанными ниже конкретными примерами, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.

Фиг.2 показывает частичный разрез расходомера 205, согласно варианту осуществления изобретения. Вибрационный расходомер 205 показан в виде расходомера Кориолиса, содержит узел 206 датчика и балансировочную конструкцию 208.

Одна или более измерительная электроника 207 соединена с узлом 206 датчика посредством проводов 110, 111, 111', чтобы измерять характеристику протекающего вещества, например, такую как плотность, удельный массовый расход, удельный объемный расход, общий расход, температуру и другую информацию. Измерительная электроника 207 может передавать информацию пользователю или другому процессору посредством кабеля 26.

Узел датчика 206 включает в себя трубопровод 210, который определяет путь потока для приема протекающего вещества. Трубопровод 210 может быть изогнут, как показано, или может быть выполнен любой другой формы, такой как прямая конфигурация или неправильная конфигурация. Когда узел 206 датчика вставлен в систему труб, по которой проходит протекающее вещество, вещество входит в узел 206 датчика через впускной фланец (не показан), затем оно протекает через трубопровод 210, где измеряют характеристику протекающего вещества. После этого протекающее вещество выходит из трубопровода 210 и проходит через выпускной фланец (не показан). Специалистам понятно, что трубопровод 210 может быть соединен с фланцами, такими как фланцы 106, показанные на фиг.1, посредством целого многообразия соответствующих средств. В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения трубопровод 210 снабжен концевыми участками 211, 212, которые продолжаются в целом от соединителей 270, 271 и соединены с фланцами на своих наружных концах.

Узел 206 датчика по настоящему примеру включает в себя, по меньшей мере, один привод 220. Привод 220 включает в себя первый участок 220А, соединенный с приводным элементом 250 балансировочной конструкции 208, и второй участок 220В, соединенный с трубопроводом 210. Первый и второй участки 220А, 220В могут соответствовать, например, приводной катушке 220А и приводному магниту 220В. В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения привод 220 предпочтительно приводит в действие в противофазе приводной элемент 250 и трубопровод 210. Как показано на фиг.3, приводной элемент 250 и трубопровод 210 приводятся в действие предпочтительно вокруг оси Х изгиба, которая образована частично с помощью соединителей 270, 271. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения ось Х изгиба соответствует оси вход-выход трубы. Приводной элемент 250 изгибается от основания 260 и таким образом не имеет неподвижной оси изгиба. Привод 220 может содержать одно из многих хорошо известных приспособлений, например, включая и не ограничиваясь, пьезоэлектрические элементы или электромагнитные приспособления катушка/магнит.

Как показано на фиг.2, узел 206 датчика включает в себя, по меньшей мере, один измерительный преобразователь и в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения показан снабженным двумя измерительными преобразователями 230, 231. Согласно одному аспекту настоящего изобретения, измерительные преобразователи 230, 231 измеряют движение трубопровода 210. В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения измерительные преобразователи 230, 231 включают в себя первый участок, расположенный на соответствующих рычагах 280, 281 измерительных преобразователей, и второй участок, расположенный на трубопроводе 210. Измерительные преобразователи (датчики) могут содержать одно из многих хорошо известных приспособлений, например, включая и не ограничиваясь, пьезоэлектрические элементы, емкостные элементы или электромагнитное устройство катушка/магнит. Поэтому, подобно приводу 220, первый участок измерительного преобразователя может содержать катушку измерительного преобразователя, тогда как второй участок измерительного преобразователя может содержать магнит измерительного преобразователя. Специалистам будет понятно, что движение трубопровода 210 зависит от определенных характеристик протекающего вещества, например, удельного массового расхода или плотности протекающего через трубопровод 210 вещества.

Специалистам будет понятно, что одна или более измерительная электроника 207 принимает сигналы измерительного преобразователя с измерительных преобразователей 230, 231 и передает приводной сигнал на привод 220. Одна или более измерительная электроника 207 может измерять характеристику протекающего вещества, например, такую как плотность, удельный массовый расход, удельный объемный расход, суммарный расход, температуру и другую информацию. Одна или более измерительная электроника 207 может также принимать один или более других сигналов, например, от одного или более температурных датчиков (не показано), и одного или более датчиков давления (не показаны), и использовать эту информацию для измерения характеристики протекающего вещества. Специалистам будет понятно, что количество и тип датчиков будут зависеть от конкретной измеряемой характеристики.

Как показано на Фиг.2, узел 206 датчика может включать в себя корпус 300. Корпус 300 может быть предусмотрен с целью окружения и защиты, по меньшей мере, участка трубопровода 210 потока. Узел 206 датчика может также включать в себя соединения корпуса 290, 290', которые могут быть предусмотрены для соединения корпуса 300 с трубопроводом 205. Соединения корпуса 290, 290' включают в себя первый участок 295, 295', соединенный с трубопроводом 210 и второй участок 296, 296', соединенный с корпусом 300. Как показано, соединения корпуса 290, 290' являются предпочтительно единственными конструкциями, поддерживающими трубопровод 210, находящийся между фланцами и соединениями 270, 271. Следует отметить, что хотя соединения корпуса 290, 290' показаны в соединении с расходомером 205, соединения корпуса могут быть реализованы в расходомерах известного уровня техники, в которых отсутствует балансировочная конструкция 208, показанная на Фиг.2. Например, соединения корпуса 290, 290' могут быть реализованы в известном из уровня техники расходомере 100, показанного на Фиг.1.

Согласно одному аспекту настоящего варианта осуществления изобретения, соединения корпуса 290, 290' преимущественно сконфигурированы для обеспечения поддержки для вибрационной системы, которая является жесткой в осевом и поперечном движении и остается мягкой в крутящем перемещении. В результате, согласно варианту осуществления изобретения, соединения корпуса 290, 290' могут в основном, поддерживать длину трубопровода потока. Это может быть осуществлено посредством обеспечения соединений корпуса 290, 290' деформируемыми элементами 292, 292' 293, 293' 294, 294', например такими, которые расширяются радиально относительно оси концевых участков 211, 212 трубопровода 210. Хотя три деформируемых элемента 292, 292' 293, 293', 294, 294' приведены в варианте осуществления, должно быть понятно, что любое количество деформируемых элементов может быть использовано и определенное количество деформируемых элементов не должны ограничивать объем настоящего изобретения. Деформируемые элементы 292, 292' 293, 293', 294, 294' могут быть соединены с трубопроводом 210 любым способом, включая, например, первый участок 295, 295', который может представлять собой центральную ступицу 295, 295', соединенную с трубопроводом 210 как показано в представленном варианте. Согласно варианту осуществления изобретения, центральная ступица 295, 295' может быть адаптирована для приема, по меньшей мере, участка трубопровода 210. В частности, центральная ступица 295, 295' может быть адаптирована для приема концевых участков 211, 212 трубопровода 210 потока.

Жесткие поступательные и мягкие крутящие соединения соединений 290, 290' корпуса обеспечивают, по меньшей мере, две функции. Во-первых, ограничивая крутящее перемещение концевых участков 211, 212, соединения корпуса 290, 290' связывают узлы с осями концевых участков. В то же время, узлы могут переместиться по оси концевых участков, движение концевых участков трубы ограничено соединениями корпуса вращением вокруг их осей. Соединения корпуса, таким образом, ограничивают ошибки измерений, связанных с перемещением узлов. Во-вторых, предоставив концевым участкам 211, 212 возможность свободного вращения, вибрационная конструкция торсионно поддерживается в очень мягкой форме. Мягкое торсионное крепление обеспечивает возможность изменения отношения амплитуд трубопровода 210 и балансировочной конструкции 208 в зависимости от плотности жидкости, обеспечивает возможность автобалансировки конструкции данного изобретения. Сочетание этих двух особенностей позволяет сохранить активную длину трубопровода потока, несмотря на изменения в плотности жидкости. Функционирование соединений 290, 290' корпуса разъяснено более детально ниже.

Фиг.3 показывает увеличенный вид соединения 290 корпуса соединенного с трубопроводом 210 и корпусом 300 в соответствии с вариантом осуществления изобретения. Хотя обсуждение ниже ограничивается соединением 290 корпуса, должно быть понятно, что соединение 290' корпуса функционирует в соответствии с теми же принципами, следовательно, отдельное обсуждения функционирования соединения 290' корпуса опускается. Некоторые из компонентов расходомера 205 были удалены из Фиг.3 для упрощения фигуры. Например, соединитель 270 и балансировочная конструкция 208, не показаны на Фиг.3. Следует отметить, что во время функционирования, концевой участок 211 трубопровода 210 может выходить из корпуса 300 и соединения 290 корпуса, будет дополнительно проиллюстрировано. Хотя фигура упрощена, нужно учитывать, что во время функционирования компоненты, показанные на Фиг.2, но не показанные на Фиг.3 и 4, как правило, имеют место. Более того, на Фиг.3 и 4 показаны только часть трубопровода 210 и корпуса 300, соединенного с соединением 290 корпуса. Следует отметить, что корпус 300 во время функционирования может в основном полностью окружать вибрирующую расходомерную трубку 210, как показано на Фиг.2. Как видно, соединение 290 корпуса соединяет расходомерную трубку 210 и, в частности, концевой участок 211 расходомерной трубки 210 с корпусом 300. Преимущественно, соединение 290 корпуса поддерживает трубопровод 210 в нужном положении по отношению к корпусу 300 с использованием одного или нескольких деформируемых элементов 292, 293, 294.

Согласно варианту осуществления изобретения, первый участок 295 соединения 290 корпуса адаптирован для приема, по меньшей мере, участка трубопровода 210 потока. В частности, первый участок 295 адаптирован для приема, по меньшей мере, участка концевого участка 211 трубопровода 210 потока. Первый участок 295 может быть соединен с концевым участком 211 различными способами, включая, без ограничения, пайку, склеивание, сварку, склейку, механическое крепление и т.д. В приведенном варианте, первый участок 295 представляет собой центральную ступицу 295, однако, следует отметить, что другие конфигурации также предусмотрены. Например, в других вариантах осуществления, деформируемые элементы 292, 293, 294 могут быть соединены непосредственно с концевым участком 211 и с концами деформируемых элементов 292, 293, 294, содержащих первый участок 295. В вариантах, где первый участок 29 представляет из себя центральную ступицу 295, центральная ступица 295 может включать в себя отверстие 341, адаптирована для приема, по меньшей мере, участка концевого участка 211.

В варианте, показанном на Фиг.3, каждый деформируемый элемент 292, 293, 294 отделен от следующего деформируемого элемента 292, 293, 294 углом α. Следует отметить, что угол α может составлять около 90°, как показано на Фиг. 2, или может составлять некоторый угол, отличный от 90°, как на Фиг.3 и 4. В частности, выбранный α угол может также зависеть от количества деформируемых элементов предусмотренных в конкретном соединении 290 корпуса. Соответственно, следует иметь в виду, что конкретный угол α разделяющий деформируемые элементы 292, 293, 294 не должен ограничивать объем настоящего изобретения. Однако следует также учитывать, что если угол α составляет около 180° и соединение 290 корпуса содержит только один или два деформируемых элемента, то способность деформируемого элемента ограничивать поступательное движение может быть существенно уменьшена. Это связано с тем, что при наличии только двух противостоящих деформируемых элементов, вращение не было бы только таким типом движения, которое было бы перпендикулярно к плоскости обоих деформируемых элементов. Скорее всего, трубопровод 210 потока мог бы перемещать значительное количество, которое могло бы неблагоприятно позволить концевым участкам изгибаться и ухудшить точность расходомера. Ориентация деформируемых элементов имеет важное значение для определения того, влияет ли поступательное движение на измерения. Например, в варианте осуществления, показанном на Фиг.2, если деформируемый элемент 293 бы был удален, то концевой участок 211 свободно перемещался бы в вертикальном направлении, потому что плоскости деформируемых элементов 292, 294 по существу, параллельны. Поэтому, концы 211, 212 трубы могут изгибаться в вертикальной плоскости и прикладывать дополнительные силы Кориолиса к текучей среде. Однако, это вертикальное перемещение не может повлиять на измерения, потому что измерительные преобразователи 230, 231 не измеряют перемещение в этом направлении. Напротив, если соединение 290 корпуса, показанное на Фиг.2 вращалось бы примерно на 90° и деформируемый элемент 293 был бы удален, то параллельные деформируемые элементы 292, 294 могли бы обеспечить возможность изгиба концов 211, 212 трубы в горизонтальной плоскости. Так как сигнал от измерительных преобразователей 230, 231 позволяет измерить перемещение в этом направлении, горизонтальный перевод концов 211, 212 трубы может повлиять на точность измерения, создавая дополнительные силы Кориолиса. Однако, введение третьего деформируемого элемента 293 это горизонтальное перемещение может быть существенно устранено. В противоположность этому, с конфигурацией, показанной на Фиг.3 и 4, где деформируемые элементы 292, 294 разделены углом менее 180°, третий деформируемый элемент 293 может быть удален, и соединение 290 корпуса может сохранить свою функциональность.

Согласно варианту осуществления изобретения, с центральной ступицей 295, связанной с трубопроводом 210 потока и деформируемыми элементами 292, 293, 294, проходящими радиально от центральной ступицы 295 и соединенными с корпусом 300, трубопровод 210 может быть прочно закреплен на месте по отношению к корпусу 300. Это связано с тем, что один деформируемый элемент может по существу предотвратить параллельное перемещение концевого участка 211 трубопровода 210 к плоскости деформируемого элемента. Это связано с тем, что такое движение потребует от деформируемого элемента растяжения или сжатия. Возьмем, к примеру, деформируемый элемент 293, практически вертикальный на Фиг.3 с плоскостью 340, которая проходит к концевому участку 211 в иллюстративных целях. Деформируемый элемент 293 может существенно предотвратить перемещение в вертикальном направлении концевого участка 211, как показано на Фиг.3, так как нисходящее перемещение потребует от деформируемого элемента 293 сжатия, а восходящее перемещение потребует от деформируемого элемента 293 растяжения. Как правило, сил, приложенных к концевым участкам 211, 212 трубопровода 210 потока не достаточно много, чтобы преодолеть силу деформируемых элементов, чтобы растянуть или сжать деформируемые элементы. Следует отметить, что конкретные направление, описанные выше, соответствуют направлениям, показанным на Фиг.3 и, следовательно, применимость ориентации «вверх» и «вниз» будет зависеть от определенной ориентации расходомера после установки.

Кроме того, деформируемые элементы 292, 292', 293, 293', 294, 294', могут существенно предотвратить перемещение в осевом направлении концевых участков 211, 212 от перемещения концевых участков 211, 212. Чтобы осуществить движение в этом направлении, потребуется преодолеть силы сцепления между деформируемыми элементами 292, 292', 293, 293', 294, 294' и корпусом 300 или между трубопроводом 210 и центральной ступицей 295, 295', или между центральной ступицей 295, 295' и деформируемыми элементами 292, 292', 293, 293', 294, 294'. В некоторых вариантах деформируемые элементы 292, 292', 293, 293', 294, 294' удерживаются с помощью трения, однако в других вариантах, соединения 290, 290' корпуса могут быть соединены с использованием дополнительных методов, таких как пайка, склеивание, сварка, склеивание, механическое соединение и т.д. Поэтому, в этих вариантах осуществления, для того, чтобы трубопровод 210 перемещался в осевом направлении концевых участков 211, 212, т.е. параллельно оси X, а также параллельно плоскости деформируемых элементов 292, 292', 293, 293', 294, 294', потребуется сила, которая могла бы преодолеть силу, связывающую соединения 290, 290' корпуса, с концевыми участками 211, 212 и корпусом 300. Часто, вибрационные силы испытываемые расходомером 205, не достаточно велики, чтобы преодолеть эти силы сцепления.

Имея более чем один деформируемый элемент р отстоящий на угол от первого деформируемого элемента, дополнительные деформируемые элементы могут также по существу предотвратить параллельное перемещение трубопровода 210 к плоскости дополнительных деформируемых элементов. Таким образом, параллельное перемещение трубопровода 210 к плоскости деформируемых элементов 292, 292', 293, 293', 294, 294' по существу предотвращено. Кроме того, деформируемые элементы 292, 292', 293, 293', 294, 294' могут по существу предотвратить перемещение трубопровода 210 в осевом направлении трубопровода 210. Однако, трубопровод 210 может свободно перемещаться перпендикулярно к деформируемым элементам, т.е. вращаться вокруг оси X трубопровода. Это возможно, благодаря эластичности деформируемых элементов 292, 292', 293, 293', 294, 294'. Это показано далее на Фиг.4.

На Фиг.4 показано увеличенное изображение соединения 290 корпуса, согласно варианту осуществления изобретения. В показанном варианте концевой участок 211 трубопровода 210 вращается в направлении против часовой стрелки. Для ясности величина вращения была сильно преувеличена. Поскольку центральная ступица связана с концевым участком 211, центральная ступица также поворачивается. Это вращение может быть связано с изменением плотности жидкости, например. Так как деформируемые элементы 292, 293, 294 связаны как с центральной ступицей 295, так и с корпусом 300, деформируемые элементы 292, 293, 294 являются частично деформированными из-за вращения центральной ступицы 295. Согласно варианту осуществления изобретения, деформируемые элементы 292, 293, 294 могут быть сделаны например, из тонкого листового металла. Это может обеспечить достаточную прочность вдоль плоскости деформируемого элемента с достаточной гибкостью, что позволит концевому участку 211 трубопровода 210 вращаться. Следует отметить, что деформируемые элементы 292, 293, 294 могут быть сделаны из других материалов, таких как некоторые полимеры. Специалисты в данной области техники легко подберут другие подходящие материалы и, следовательно, конкретные примеры никоим образом не должны ограничивать объем данного изобретения. Следует отметить, что деформируемые элементы 292, 292', 293, 293', 294, 294' могут быть сделаны так, что они будут эластичными, так чтобы вернуться в свою первоначальную форму после того как концевые участки 211, 212 и первый участок центральной ступицы 295, 295' возвратятся в их исходное положение. Эта упругая деформация позволяет деформируемым элементам 292, 292', 293, 293', 294, 294' обеспечить вращение центральной ступицы 295, 295' и, соответственно, трубопровода 210 потока в обоих направлениях.

Деформация деформируемых элементов 292, 293, 294 обеспечивает ряд преимуществ. Одним из преимуществ является то, что концевой участок 211 трубопровода 210 потока может вращаться из-за изменения плотности жидкости, например. Согласно варианту осуществления изобретения, расходомер 205 может быть сконфигурирован так, что узел расположен на стыке трубопровода 210 и балансирующей конструкции 208 с жидкостью, плотностью около 1 г/см³. Если более плотная жидкость течет через трубопровод 210 потока, чем изначально сбалансированная, то амплитуда вибрации трубопровода будет уменьшаться, в то время как в балансирующей конструкции 208 амплитуда колебаний будет увеличиваться. Эти изменения в амплитуде колебаний позволяют расходомеру 205 остаться сбалансированным, несмотря на изменение плотности жидкости. В этой ситуации, концевые участки 211, 212 будут вращаться с балансирующей конструкцией 208 и узлы будут двигаться вдоль оси концевых участков 211, 212. В расходомерах предыдущего уровня техники это перемещение узла вызывает ошибки измерений, поскольку концевые участки могли бы изгибаться. Однако, в настоящем изобретении, перемещение узла не создает ошибок измерений, потому что движение в концевых участках 211, 212 ограничивается чисто вращательными движениями. Согласно варианту осуществления изобретения, это движение узла не повлияет на активную длину трубопровода потока, потому что чистое вращение трубопровода 210 вокруг своей оси не создает силы Кориолиса. И наоборот, если плотность жидкости снизится, амплитуда вибрационного расходомера будет возрастать, и амплитуда вибрации балансирующей конструкции будет снижаться, чтобы вновь восстановить баланс расходомера. В этой ситуации, концевые участки 211, 212 вместо этого будут вращаться с трубопроводом 210 потока, а не с балансирующей конструкцией 208. Таким образом, может быть понятно, что соединения 290, 290' корпуса могут ограничить перемещение концевых участков 211, 212 трубопровода 210 потока к повороту вокруг оси X. Это ограничение перемещения обеспечивается условиями мягкого вращательного крепления, предусмотренного соединениями 290, 290 корпуса. Для того, чтобы трубопровод 210 и балансирующее устройство 208 скорректировали свои отношения амплитуд самобалансировкой, они должны быть установлены в очень мягкие крепления. Мягкие крепления предшествующего уровня техники не ограничивали перемещение вращательным перемещением, как в настоящем изобретении. Таким образом, перемещение узла могло бы повлиять на характеристики измерений. В соответствии с настоящим изобретением, активный участок трубопровода 210 и балансирующей конструкции 208 сконструированы так, что вибрирующая конструкция сбалансирована практически на всех поступательных направлениях с жидкостью плотностью около 1 г/см³. Когда жидкость изменяет плотность, поступательные силы малы, и перемещения легко подавляются массой корпуса 300 посредством деформируемых элементов 292, 292', 293, 293', 294, 294'. Другие существенные перемещения, порождаемые изменения плотности представляют собой вращение концевых участков 211, 212. Концевые участки 211, 212, также связаны с фланцами (не показано). Таким образом, концевые участки 211, 212 содержат в себе длинную торсионную пружину, проходящую от активного участка трубопровода 210 потока до поверхности фланца. Длина этой пружины позволяет достаточно мягко закрепить устройства так, чтобы вибрационная конструкция, была по существу самосбалансированной. Ее длина позволяет также сравнительно снизить крутящий момент, который передается на фланцы от вибрирующего трубопровода 210.

Подробные описания вышеприведенных вариантов осуществления настоящего изобретения не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления настоящего изобретения, задуманных изобретателями, которые имеются в пределах объема изобретения. Несомненно, специалисты в данной области техники поймут, что некоторые элементы из выше описанных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть различным образом скомбинированы или устранены, чтобы создать дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения, при этом подобные дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения подпадают под объем и идеи изобретения. Для специалистов также очевидно, что вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть скомбинированы в целом или частично, чтобы создать дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения в пределах объема и замыслов изобретения.

Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления и примеры настоящего изобретения были описаны здесь в целях иллюстрации, различные эквивалентные модификации возможны внутри объема изобретения, как будет понятно специалистам в данной области техники. Приведенные здесь идеи могут быть применены к другим вариантам осуществления настоящего изобретения, помимо описанных выше и показанных на сопровождающих чертежах. Соответственно, объем изобретения определяется сопровождающей формулой изобретения.

Вибрационный расходомер (205) состоит из трубопровода (210), содержащего первый концевой участок (211) и второй концевой участок (212). Вибрационный расходомер (205) затем подсоединяют к корпусу (300), который окружает, по меньшей мере, участок трубопровода (210). Вибрационный расходомер (205) также включает в себя первое соединение (290) корпуса. Первое соединение (290) корпуса содержит первый участок (205), соединенный с первым концевым участком (211) трубопровода (210) и один или более деформируемых элементов (292, 293, 294), проходящих радиально от первого участка (295) и соединенных с корпусом (300) так, что один или более деформируемых элементов (292, 293, 294) адаптированы для ограничения перемещения трубопровода (210) потока в направлении, параллельном плоскости деформируемых элементов (292, 293, 294), и в направлении, параллельном оси (X) вращения трубопровода (210) потока, но обеспечивая возможность трубопроводу потока вращаться вокруг оси вращения (X). Технический результат - улучшение балансировки расходомера, несмотря на изменение плотности текучей среды, протекающей через трубопровод потока. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вибрационный расходомер (205), содержащий: трубопровод (210) потока, включающий в себя первый концевой участок (211) и второй концевой участок (212); корпус (300), окружающий, по меньшей мере, участок трубопровода (210) потока; первое соединение (290) корпуса, включающее в себя:
первый участок (295), связанный с первым концевым участком (211) трубопровода (210) потока, и
один или более деформируемых элементов (292, 293, 294), проходящих радиально от первого участка (295) и соединенных с корпусом (300) так, что один или более деформируемых элементов (292, 293, 294) адаптированы для ограничения перемещения трубопровода (210) потока в направлении, параллельном плоскости деформируемых элементов (292, 293, 294), и в направлении, параллельном оси (X) вращения трубопровода (210) потока, но обеспечивая возможность трубопроводу потока вращаться вокруг оси вращения (X).

2. Вибрационный расходомер (205) по п.1, дополнительно содержащий: второе соединение (290') корпуса, включающее в себя:
первый участок (295'), соединенный с вторым концевым участком (212) трубопровода (210) потока, и
один или более деформируемых элементов (292', 293', 294'), проходящих радиально от первого участка (295') и соединенных с корпусом (300) так, что второй концевой участок (212) может вращаться вокруг оси (X) трубопровода.

3. Вибрационный расходомер (205) по п.2, дополнительно содержащий: базу (260), соединенную с трубопроводом (210) и приводным элементом (250), причем база выполнена с возможностью переключения между режимами: оставаться в основном неподвижной или двигаться в основном в фазе с трубопроводом или двигаться в основном в фазе с приводным элементом для того, чтобы балансировать движения трубопровода и приводного элемента.

4. Вибрационный расходомер (205) по п.3, дополнительно содержащий: пару соединителей (270, 271), которые соединяют базу (260) с концевыми участками (211,212) трубопровода (210); и
пару фланцев (106), соединенных с трубопроводом (210), причем первое и второе соединение (290, 290') корпуса поддерживают трубопровод между фланцами и соединителями (270, 271).

5. Вибрационный расходомер (205) по п.1, в котором в случае использования более одного деформируемого элемента (292, 293, 294) они разделены друг от друга углом α, причем угол α менее чем 180°.

6. Вибрационный расходомер (205) по п.1, в котором первый участок (295) содержит центральную ступицу, адаптированную для приема, по меньшей мере, участка концевого участка (211) трубопровода (210) потока.

7. Соединение (290) корпуса для вибрационного расходомера (205) содержащее:
первый участок (295), адаптированный для соединения, по меньшей мере, с частью трубопровода; и
один или более деформируемых элементов (292, 293, 294), проходящих радиально от первого участка (295) и адаптированных для соединения с корпусом (300), и сконфигурирован для сопротивления движению в плоскости деформируемого элемента и частично деформировался при движении в направлении, перпендикулярном плоскости.

8. Соединение (290) корпуса по п.7, в котором в случае использования более одного деформируемого элемента (292, 293, 294) они разделены друг от друга углом α, причем угол α менее чем 180°.

9. Соединение (290) корпуса по п.7, в котором первый участок содержит центральную ступицу, адаптированную для приема, по меньшей мере, участка концевого участка (211) трубопровода (210) потока.

10. Способ для балансировки вибрационного расходомера, включающего в себя трубопровод потока с первым концевым участком и вторым концевым участком; и корпус, окружающий, по меньшей мере, участок трубопровода потока, причем способ содержит этапы, на которых:
соединяют первый участок первого соединения корпуса с первым концевым участком трубопровода потока; и
соединяют один или более деформируемых элементов, которые проходят от первого участка первого соединения корпуса, с корпусом так, что первый концевой участок может вращаться вокруг оси трубопровода и,
используют первое соединение корпуса для ограничения движения трубопровода потока в направлении, параллельном плоскости деформируемых элементов, и в направлении, параллельном оси вращения трубопровода потока, но обеспечивая возможность трубопроводу потока вращаться вокруг оси вращения.

11. Способ по п.10, дополнительно содержащий этапы, на которых:
соединяют первый участок второго соединения корпуса со вторым концевым участком трубопровода потока; и
соединяют один или более деформируемых элементов, которые проходят от первого участка второго соединения корпуса так, что второй концевой участок может вращаться вокруг оси трубопровода.

12. Способ по п.11, дополнительно содержащий этапы, на которых:
соединяют базу с трубопроводом и приводным элементом, причем база выполнена с возможностью переключения между режимами: оставаться в основном неподвижной или двигаться в основном в фазе с трубопроводом или двигаться в основном в фазе с приводным элементом для того, чтобы балансировать движения трубопровода и приводного элемента.

13. Способ по п.12, дополнительно содержащий этапы, на которых:
соединяют базу с первым и вторым концевым участками трубопровода, используя пару соединителей, и
соединяют пару фланцев с трубопроводом так, что первое и второе соединения корпуса поддерживают трубопровод между фланцами и соединителями.

14. Способ по п.10, в котором в случае использования более одного деформируемого элемента (292, 293, 294) они разделены друг от друга углом α, причем угол α менее чем 180°.

15. Способ по п.10, в котором первый участок содержит центральную ступицу, адаптированную для приема, по меньшей мере, части концевого участка трубопровода потока.