ВИБРАЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ, ВКЛЮЧАЮЩИЙ В СЕБЯ ЗАДЕМПФИРОВАННУЮ ДЕТАЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЯ Российский патент 2014 года по МПК G01F1/84 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к вибрационным измерителям и, более конкретно, к детали вибрационного измерителя с демпфирующим материалом, нанесенным на поверхность детали измерителя.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Вибрационные измерители, такие как, например, денситометры, объемные расходомеры и расходомеры Кориолиса, используются для измерения одного или нескольких параметров веществ, таких как, например, плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температура, и для измерения других параметров. Вибрационные измерители включают в себя один или несколько трубопроводов, которые могут иметь разнообразные формы, например, трубопроводы могут быть прямыми, U-образными или иметь неправильные конфигурации.

Один или несколько трубопроводов имеют набор собственных колебательных мод, включая, например, простые изгибные, крутильные, радиальные и связанные моды. Один или несколько трубопроводов колеблются посредством, по меньшей мере, одного привода на резонансной частоте на одной из этих мод, далее обозначаемых как приводная мода, с целью определения параметров вещества. Один или несколько электронных измерителей передают синусоидальный приводной сигнал, по меньшей мере, на один привод, который обычно представляет собой комбинацию магнит/катушка, причем магнит обычно прикрепляется к трубопроводу, а катушка прикрепляется к монтажной конструкции или к другому трубопроводу. Приводной сигнал заставляет привод возбуждать колебания одного или нескольких трубопроводов на приводной частоте приводной моды. Приводной сигнал может быть, например, периодическим электрическим током, подаваемым на катушку.

Один или несколько измерительных преобразователей регистрируют движение трубопровода(-ов) и создают сигнал тензометрического преобразователя, отображающий движение колеблющегося трубопровода(-ов). Измерительный преобразователь обычно представляет собой комбинацию магнит/катушка, с магнитом, обычно прикрепляемым к одному трубопроводу, и катушкой, прикрепляемой к монтажной конструкции или к другому трубопроводу. Сигнал тензометрического преобразователя передается на одно или несколько электронных устройств; и в соответствии с хорошо известными положениями сигнал тензометрического преобразователя может быть использован одним или несколькими электронными устройствами для определения параметров вещества или для регулировки приводного сигнала, если это необходимо.

Как правило, в дополнение к трубопроводам вибрационные измерители также имеют одну или несколько деталей измерителя, например кожух, основание, фланцы, и т.д. Хотя по существу все дополнительные детали измерителя могут создать проблемы измерения вследствие различных их колебательных характеристик, колебательные характеристики кожуха обычно наиболее существенны и приводят к наиболее значимым проблемам при измерениях. Поэтому, хотя в нижеследующем рассмотрении в центре внимания оказывается именно кожух, подобные же вибрационные проблемы и решения применимы к другим деталям измерителя. Проблемы измерения, связанные с различными деталями измерителя, возникают вследствие трудности разделения колебаний, связанных с трубопроводами, от колебаний, связанных с деталью измерителя, такой как кожух. Это так потому, что подобно трубопроводам, кожух также имеет одну или нескольких собственных колебательных мод, включая, например, простые изгибные, крутильные, радиальные и поперечные моды. Конкретная частота, при которой индуцируется колебательная мода, обычно зависит от множества факторов, например от материала, используемого для формирования кожуха, толщины кожуха, температуры, давления и т.д. Колебательные силы, создаваемые приводом или возникающие от других источников в технологической системе, например от насосов, могут заставить кожух колебаться на одной из ее собственных мод. Трудно получить точное измерение параметра вещества в ситуациях, когда используемая для привода одного или нескольких трубопроводов частота приводной моды соответствует частоте, которая приводит к колебаниям кожуха на одной из его собственных колебательных мод. Это так потому, что колебательная мода кожуха может интерферировать с колебаниями трубопроводов, что может приводить к ошибочным измерениям.

В технике предшествующего уровня предпринимались многочисленные попытки отделить частоты, при которых индуцируется колебательная мода кожуха, от колебательной моды трубопроводов. Эти частоты могут содержать собственные резонансные частоты различных колебательных мод кожуха и заполненных флюидом трубопроводов. Например, кожух может быть сделан очень жестким и/или массивным, чтобы уменьшить частоты, которые индуцируют различные колебательные моды вдали от ожидаемой приводной моды трубопроводов. Оба этих варианта имеют серьезные недостатки. Увеличение массы и/или жесткости кожуха приводит к сложностям и затруднениям при производстве, это увеличивает стоимость и делает затруднительным монтаж вибрационного измерителя. Один конкретный подход техники предшествующего уровня при увеличении массы кожуха состоял в том, чтобы приварить металлические массы к имеющемуся кожуху. При этом подходе не достаточно рассеивается энергия колебаний, чтобы понизить резонансные частоты кожуха. Кроме того, этот подход часто оказывается дорогостоящим и приводит к неприглядному кожуху.

Другой подход техники предшествующего уровня состоял в том, чтобы модифицировать форму кожуха. Такая попытка техники предшествующего уровня описана в PCT Публикации WO/2009/078880, которая включена здесь посредством ссылки. Публикация '880 раскрывает общий U-образный кожух, который имеет сечение в форме овала. Имеющее форму овала сечение увеличивает частоту, требуемую для индуцирования мод колебаний, до значения выше частоты приводной моды. Хотя показанная в публикации '880 конфигурация и предоставляет приемлемые результаты в ограниченных ситуациях, технология оказывается дорогостоящей и трудоемкой. Кроме того, решение оказывается непрактичным для существующих вибрационных измерителей. Фактически публикация '880 предполагает полностью новый кожух и не обращена к проблемам, связанным с существующими кожухами. Кроме того, множество измерительных кожухов требуют определенной формы и размера в соответствии с заказом клиента или диктуется существующей конфигурацией трубы, например. Другая проблема предложенного в публикации '880 подхода состоит в том, что частота, необходимая для индуцирования колебательных мод кожуха, выше ожидаемой приводной частоты. Поэтому частотный диапазон, доступный для приводной моды, строго ограничен.

Настоящее изобретение преодолевает эти и другие проблемы, и достигается преимущество в данной области техники. Настоящее изобретение предоставляет вибрационный измеритель с демпфированными деталями измерителя. Резонансные частоты демпфированных деталей измерителя снижены и далеко отнесены от резонансных частот трубопроводов. Следовательно, приводная мода вибрационного измерителя не индуцирует моду колебаний в демпфированных деталях измерителя.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Вибрационный измеритель предоставляется в соответствии с вариантом реализации изобретения. Вибрационный измеритель включает в себя один или несколько трубопроводов, включающих в себя колеблющийся участок и неколеблющийся участок, и привод, присоединенный к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированный для возбуждения колебаний участка трубопровода на одной или нескольких приводных частотах. В соответствии с вариантом реализации изобретения один или несколько измерительных преобразователей присоединяются к трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и конфигурируются для регистрации движения колеблющегося участка трубопровода. Вибрационный измеритель также включает в себя одну или несколько деталей измерителя, исключая колеблющийся участок трубопроводов, привод и измерительные преобразователи. Демпфирующий материал наносится, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или нескольких резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот.

В соответствии с вариантом реализации изобретения предоставляется способ формирования вибрационного измерителя, включающего в себя один или несколько трубопроводов, включающих в себя колеблющийся участок и неколеблющийся участок. Способ содержит этапы присоединения привода к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов, причем привода, сконфигурированного для возбуждения колебаний колеблющегося участка трубопровода на одной или нескольких приводных частотах, и присоединения одного или нескольких измерительных преобразователей к трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов, причем одного или нескольких измерительных преобразователей, сконфигурированных для регистрации движения колеблющегося участка трубопровода. В соответствии с вариантом реализации изобретения способ дополнительно содержит этап предоставления одной или нескольких деталей измерителя, исключая колеблющийся участок трубопроводов, привод и измерительные преобразователи. В соответствии с вариантом реализации изобретения способ дополнительно содержит этап нанесения демпфирующего материала, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя до значения, ниже одной или нескольких приводных частот.

ОБЪЕКТЫ

В соответствии с объектом изобретения вибрационный измеритель содержит:

один или несколько трубопроводов, включающих в себя колеблющийся участок и неколеблющийся участок;

привод, присоединенный к трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированный для возбуждения колебаний колеблющегося участка трубопровода на одной или нескольких приводных частотах;

один или несколько измерительных преобразователей, присоединенных к трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированные для регистрации движения колеблющегося участка трубопровода;

одна или несколько деталей измерителя, исключая колеблющийся участок трубопроводов, привод и измерительные преобразователи; и

демпфирующий материал, нанесенный, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот.

Предпочтительно деталь измерителя имеет первую толщину T_1, и демпфирующий материал имеет вторую толщину T₂, меньшую первой толщины T₁.

Предпочтительно, деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит кожух, который по существу окружает один или несколько трубопроводов, привод и один или несколько измерительных преобразователей.

Предпочтительно вибрационный измеритель дополнительно содержит основание, присоединенное к кожуху, и уплотняющий элемент, обеспечивающий по существу флюидонепроницаемое уплотнение между кожухом и основанием.

Предпочтительно вибрационный измеритель дополнительно содержит один или несколько фиксаторов, сформированных в кожухе и приспособленных для приема механического крепежа.

Предпочтительно деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит основание, присоединенное к одному или нескольким трубопроводам.

Предпочтительно другая деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит монтажный блок, присоединенный к основанию.

Предпочтительно деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит неколеблющийся участок трубопроводов.

В соответствии с другим объектом изобретения способ формирования вибрационного измерителя, включающего в себя один или несколько трубопроводов, включающих в себя колеблющийся участок и неколеблющийся участок, содержит этапы:

присоединения привода к трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов, привод, конфигурируемый для возбуждения колебаний колеблющегося участка трубопровода на одной или нескольких приводных частотах;

присоединения одного или нескольких измерительных преобразователей к трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов, одного или нескольких измерительных преобразователей, конфигурируемых для регистрации движения колеблющегося участка трубопровода;

предоставления одной или нескольких деталей измерителя, исключая колеблющийся участок трубопроводов, привод и измерительные преобразователи; и

нанесения демпфирующего материала, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот.

Предпочтительно деталь измерителя содержит первую толщину T₁, и причем этап нанесения демпфирующего материала содержит нанесение демпфирующего материала со второй толщиной T₂, меньшей первой толщины.

Предпочтительно деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит кожух, и причем способ дополнительно содержит этап по существу окружения одного или нескольких трубопроводов, привода и одного или нескольких измерительных преобразователей кожухом.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этапы присоединения основания к кожуху и помещения по существу флюидонепроницаемого уплотнения между кожухом и основанием.

Предпочтительно способ дополнительно содержит этап формирования одного или нескольких фиксаторов в кожухе, которые приспособлены для приема механического крепежа.

Предпочтительно деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит основание, и причем способ дополнительно содержит этап присоединения основания к одному или нескольким трубопроводам.

Предпочтительно другая деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит монтажный блок, и причем способ дополнительно содержит этап присоединения монтажного блока к основанию.

Предпочтительно деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит неколеблющийся участок трубопроводов.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает вибрационный измеритель в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг.2 - вибрационный измеритель, включающий в себя кожух в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг.3 - вид сечения вибрационного измерителя с демпфирующим материалом, нанесенным на поверхность кожуха в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг.4 - вибрационный измеритель в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.

Фиг.5 - вид сечения вибрационного измерителя в соответствии с другим вариантом реализации изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Чертежи на фиг.1-5 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. С целью пояснения принципов изобретения некоторые обычные объекты были упрощены или опущены. Специалисты в данной области техники увидят возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема изобретения. Специалисты в данной области техники увидят, что описанные ниже признаки могут быть различным образом объединены, образуя многочисленные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но только формулой и ее эквивалентами.

На фиг.1 показан вибрационный измеритель 5, как измеритель, содержащий сборку 10 датчика и один или несколько электронных измерителей 20. Вибрационный измеритель 5 может содержать расходомер Кориолиса, объемный расходомер, денситометр и т.д. Электронный измеритель 20 соединен со сборкой 10 датчика с помощью кабельного соединения 100 для измерения параметров вещества, например плотности флюида, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры, и для получения другой информации по каналу 26.

Сборка 10 датчика настоящего примера включает в себя пару фланцев 101, 101'; манифольды 102, 102'; привод 104; измерительные преобразователи 105, 105'; и трубопроводы 103A, 103B. Привод 104 и измерительные преобразователи 105, 105' присоединены к трубопроводам 103A и 103B. Привод 104 показан прикрепленным к трубопроводам 103A, 103B в положении, где привод 104 может возбуждать колебания участка трубопроводов 103A, 103B на приводной моде. Следует отметить, что могут быть другие участки трубопроводов 103A, 103B, которые не колеблются или колеблются нежелательно (см. фиг.5). Измерительные преобразователи 105, 105' прикреплены к трубопроводам 103A, 103B для регистрации движения трубопроводов 103A, 103B. Поэтому в вибрационных измерителях представляет интерес колебание колеблющегося участка трубопроводов 103A, 103B. В нижеследующем описании детали вибрационного измерителя 5, за исключением колеблющегося участка трубопроводов 103A, 103B, привода 104 и измерительных преобразователей 105, 105', могут быть сгруппированы как детали измерителя, которые также могут иметь нежелательные колебания, интерферирующие с колебанием трубопроводов 103A, 103B.

Для специалистов в данной области техники следует отметить, что в объем настоящего изобретения входит использование рассматриваемых принципов вместе с любым типом вибрационного измерителя, включая в себя вибрационные измерители, не имеющие возможностей измерения расходомера Кориолиса. Примерами таких устройств являются вибрационные денситометры, объемные расходомеры и т.д.

Фланцы 101, 101' настоящего примера соединены с манифольдами 102, 102'. Манифольды 102, 102' настоящего примера прикреплены к противоположным концам разделителя (проставки) 106. Разделитель 106 поддерживает расстояние между манифольдами 102, 102' для предотвращения нежелательных колебаний в трубопроводах 103A, 103B. Когда сборка 10 датчика вставляется в трубопроводную магистраль (не показана), которая переносит вещество, вещество входит в сборку 10 датчика через фланец 101, проходит через впускной манифольд 102, где общее количество материала направляется к трубопроводам 103A, 103B протекает через трубопроводы 103A, 103B, и назад в выпускной манифольд 102', где оно выходит из сборки 10 датчика через фланец 101'.

В соответствии с вариантом реализации изобретения приводная мода может быть, например, первой несинфазной изгибной модой, и трубопроводы 103A и 103B могут быть отобраны и соответственно установлены на впускной манифольд 102 и выпускной манифольд 102' так, чтобы иметь по существу одно и то же массовое распределение, моменты инерции, и упругие модули относительно изгибных осей X и X' соответственно. Как показано, трубопроводы 103A, 103B вытянуты внешне от манифольдов 102, 102', по существу, параллельно. Хотя трубопроводы 103A, 103B показаны как имеющие общую U-образную форму, в рамках настоящего изобретения возможны другие формы трубопроводов 103A, 103B, например прямой формы, или неправильной формы. Кроме того, в рамках настоящего изобретения возможно использование других мод в качестве приводной моды, отличных от первой несинфазной изгибной моды.

В настоящем примере, в котором приводная мода содержит первую несинфазную изгибную моду, колеблющийся участок трубопроводов 103A, 103B может возбуждаться приводом 104 на резонансной частоте первой несинфазной изгибной моды в противоположных направлениях относительно их соответственных изгибных осей X и X'. Привод 104 может содержать одну из многих известных конструкций, например, магнит смонтированный на трубопроводе 103A, и противостоящую индукционную катушку, смонтированную на трубопроводе 103B. Переменный ток может проходить через противостоящую катушку, заставляя оба трубопровода 103A, 103B осциллировать. Подходящий приводной сигнал может быть подан одним или несколькими электронными измерителями 20 через соединительный кабель 110 на привод 104. Следует отметить, что, хотя рассмотрение относится к двум трубопроводам 103A, 103B, в других вариантах реализации может быть предоставлен только один единственный трубопровод.

В соответствии с вариантом реализации изобретения один или несколько электронных измерителей 20 производят приводной сигнал и передают его на привод 104 через соединительный кабель 110, что вынуждает привод 104 возбуждать колебания участка трубопроводов 103A, 103B. В рамках настоящего изобретения оказывается возможным создать множественные приводные сигналы для множественных приводов. Один или несколько электронных измерителей 20 могут обрабатывать левый и правый сигналы скорости от измерительных преобразователей 105, 105', чтобы рассчитать характеристику вещества, например массовый расход. Канал 26 предоставляет входное и выходное средство, которое позволяет одному или нескольким электронным измерителям 20 взаимодействовать с оператором, как это хорошо известно в данной области техники. Объяснение схемотехники одного или нескольких электронных измерителей 20 не необходимо, чтобы понять настоящее изобретение, и опущено для краткости данного описания. Следует отметить, что описание фиг.1 предоставляется исключительно как пример работы одного возможного вибрационного измерителя и не должно служить ограничению принципов настоящего изобретения.

На фиг.2 показан вибрационный измеритель 5 в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. В соответствии с показанным на фиг.2 вариантом реализации вибрационный измеритель 5 включает в себя кожух 200. Кожух 200 может быть предоставлен в виде двух или нескольких частей и сварен или иным образом однократно соединен на месте. Кожух 200 может быть предоставлен для покрытия трубопроводов 103A, 103B, привода 104 и измерительных преобразователей 105, 105'. Как можно видеть, кожух 200 может защитить трубопроводы 103A, 103B, привод 104 и измерительные преобразователи 105, 105', как хорошо известно в данной области техники. Кожух 200 может обеспечить взрывозащитный барьер. В соответствии с вариантом реализации изобретения кожух 200 может включать в себя место разрыва при взрыве, которое предназначено для разрыва при заданном давлении, чтобы безопасно выпустить газы из кожуха в определенном направлении.

Хотя кожухи техники предшествующего уровня подвержены возбуждению колебаний на одной или на нескольких колебательных модах вследствие перекрытия между приводной модой и резонансной частотой кожуха, кожух 200 настоящего изобретения задемпфирован так, что частоты, требуемые для возбуждения различных колебательных мод кожуха 200, оказываются существенно пониженными и далеко отделенными от частоты приводной моды.

На Фиг.3 показан вид сечения вибрационного измерителя 5, включающего в себя кожух 200 в соответствии с вариантом реализации изобретения. Как показано на фиг.3, кожух 200 может быть присоединен к манифольдам 102, 102' через пластины 303, 304 соответственно. Поскольку манифольды 102, 102' также присоединены к трубопроводам 103A, 103B, то колебания кожуха 200 легко могут быть спровоцированы трубопроводами 103A, 103B и могут мешать измерениям измерителя. Кожух 200 может быть присоединен к пластинам 303, 304 в соответствии с известными способами, включающими в себя сварку, пайку твердым припоем, склеивание, связывание клейким веществом, механический крепеж и т.д. Конкретный используемый способ для присоединения кожуха 200 к пластинам 303, 304 не важен для целей настоящего изобретения. Также на фиг.3 показаны отверстия 305, 305', приспособленные для приема соединительных кабелей 100 от привода 104 и от измерительных преобразователей 105, 105', которые соединяются с электронным измерителем 20. Альтернативно отверстия для соединительных кабелей 100 могут быть сформированы непосредственно в кожухе 200. Соединительные кабели 100 не показаны на фиг.3 для упрощения чертежа.

Как кратко рассмотрено выше, одна из проблем, связанных с колебаниями деталей измерителя, например с колебаниями кожуха 200, состоит в том, что резонансная частота кожуха 200 может быть по существу близкой к резонансной частоте заполненных флюидом трубопроводов 103A, 103B. Следовательно, приводная мода, используемая для возбуждения колебаний колеблющегося участка трубопроводов, 103A, 103B может индуцировать моду колебаний в одной или нескольких деталях измерителя, которая может интерферировать с желаемыми колебаниями колеблющегося участка трубопроводов 103A, 103B. Интерференция колебаний, вызванная кожухом 200, обычно больше, чем интерференция, вызванная другими деталями измерителя, вследствие относительно большой площади поверхности кожуха 200. Потенциальное перекрытие обычно вызвано тем, что трубопроводы 103A, 103B и кожух 200 обычно изготавливаются из подобных материалов. Например, трубопроводы 103A, 103B обычно изготавливаются из металлического материала, например из титана или из нержавеющей стали, и кожух 200 обычно изготавливается из подобного же металлического материала. Каждая колебательная мода кожуха 200 создается в некотором диапазоне частот. Кроме того, как известно в данной области техники, частота приводной моды трубопроводов 103A, 103B может варьироваться во времени вследствие изменений температуры или плотности флюида, например. Следовательно, приводная мода может индуцировать моду колебаний в кожухе 200 только при определенных плотностях флюида.

В соответствии с вариантом реализации изобретения потенциальное перекрытие частоты приводной моды и частоты, которая может индуцировать моду колебаний в детали измерителя, за исключением колеблющегося участка трубопроводов 103A, 103B, по существу, уменьшено. Настоящее изобретение может включать в себя демпфирующий материал 310, нанесенный, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя. В показанном на фиг.3 примере демпфирующий материал 310 наносится только на кожух 200; однако следует отметить, что демпфирующий материал 310 может быть нанесен на другие детали измерителя, используя подобные же методики (см. фиг.4 и 5 и сопровождающее обсуждение). Хотя демпфирующий материал 310 показан нанесенным и на внешнюю, и на внутреннюю поверхности кожуха 200, следует отметить, что демпфирующий материал 310 может быть нанесен только на одну из поверхностей кожуха 200. Кроме того, демпфирующий материал 310 может быть нанесен только на участок поверхности кожуха 200. Следует отметить, что толщина демпфирующего материала 310 сильно преувеличена на чертежах для ясности, и обычно демпфирующий материал 310 содержит тонкий слой и может быть с трудом отличим от детали измерителя, на которую нанесен демпфирующий материал 310. Например, кожух 200 имеет толщину T₁, и демпфирующий материал 310 имеет толщину T₂. Хотя это и не показано в масштабе на чертежах, во многих вариантах реализации толщина T₁ будет больше, чем толщина T₂. Однако следует отметить, что в других вариантах реализации толщина T₁ кожуха 200 может быть меньше, чем толщина T₂ демпфирующего материала 310. В соответствии с вариантом реализации изобретения демпфирующий материал 310 может быть нанесен на деталь измерителя так, что демпфирующий материал 310 становится неотъемлемой частью детали измерителя. Демпфирующий материал 310 может быть нанесен на кожух 200 с использованием разнообразных методик, включающих в себя, но без ограничения, распыление, нанесение кистью, приклеивание, спекание, порошковое покрытие, напыление из газовой фазы, механическое закрепление, или подгонка трением, например эластичной кожи. Демпфирующий материал в виде эластичной кожи может быть запрессован и нанесен обертыванием вокруг, по меньшей мере, участка кожуха 200. Предпочтительно, независимо от используемого способа нанесения демпфирующего материала 310 демпфирующий материал 310, по существу, соответствует форме и текстуре детали измерителя.

В других вариантах реализации демпфирующий материал 310 может содержать ламинат или покрытие, которое наносится на внешнюю поверхность кожуха 200. Ламинированный демпфирующий материал 310 может содержать один или несколько слоев пластикового материала, прикрепленных к кожуху 200 или друг к другу с использованием клейкого вещества. Одно из преимуществ настоящего изобретения относительно попыток техники предшествующего уровня состоит в том, что демпфирующий материал 310 может быть нанесен на имеющийся кожух 200 на вибрационном измерителе 5, который уже собран. Альтернативно демпфирующий материал 310 может быть нанесен на кожух 200 до присоединения кожуха 200 к пластинам 303, 304. Это позволяет нанести демпфирующий материал 310 на внутреннюю поверхность кожуха 200, как показано на фиг.3. Демпфирующий материал 310 также может быть нанесен на деталь измерителя как тонкий слой, который не занимает существенное пространство, как в решениях техники предшествующего уровня, когда к кожуху привариваются большие массы.

В соответствии с вариантом реализации изобретения демпфирующий материал 310 содержит материал, который отличается от материала, используемого для формирования кожуха 200. В соответствии с вариантом реализации изобретения демпфирующий материал 310 содержит материал, который отличается от материала, используемого для формирования трубопроводов 103A, 103B. Предпочтительно демпфирующий материал 310 содержит материал, который имеет лучшие характеристики демпфирования колебаний, чем кожух 200. Например, если кожух 200 содержит металл, демпфирующий материал 310 может содержать пластик, каучук, углеволокно, стекловолокно, графит, стекло, древесину и т.д. Как известно в данной области техники, демпфирование колебаний представляет собой преобразование механической энергии (колебаний) в тепловую энергию. Тепло, возникающее вследствие демпфирования колебаний, выделяется механической системой в окружающую среду. Хотя демпфирование может быть охарактеризовано различным образом, одна конкретная характеристика демпфирования колебаний представляет собой так называемый коэффициент потерь при демпфировании, η. Компонента коэффициента потерь при демпфировании, η, может быть выражена следующим образом:

η=D/2πW, (1)

где:

η - коэффициент потерь при демпфировании;

D - энергия, рассеянная на единицу объема за цикл; и

W - максимальная энергия деформации, сохраняемая в течение цикла.

Как можно видеть, больший коэффициент потерь при демпфировании реализуется в материалах, имеющих большую рассеиваемую энергию на единицу объема за цикл, или меньшую максимальную энергию деформации, сохраняемую в течение цикла. Коэффициенты потерь при демпфировании для разнообразных материалов доступны в справочных таблицах, на диаграммах, на графиках и т.д. Альтернативно коэффициент потерь при демпфировании конкретного материала может быть определен экспериментально. Поэтому в соответствии с одним вариантом реализации изобретения демпфирующий материал 310 может быть выбран так, что демпфирующий материал 310 будет иметь меньший коэффициент потерь при демпфировании, чем материал, используемый для формирования трубопроводов 103А, 103В и/или кожуха 200, например. Как отмечено выше, во многих ситуациях кожух 200, а также и трубопроводы 103А, 103В, сформированы из металла. Поэтому один из подходящих материалов для демпфирующего материала 310 может содержать пластик/полимер. Обычно большинство металлов имеет коэффициент потерь при демпфировании приблизительно порядка 0,001. И напротив, пластики/полимеры имеют коэффициент потерь при демпфировании в пределах 0,01-2,0. Поэтому нанесением демпфирующего материала 310, по меньшей мере, на участок кожуха 200, характеристики демпфирования колебаний могут быть от 10 и до 2000 раз выше, чем для одного кожуха 200. Преимущественно с демпфирующим материалом 310, нанесенным, по меньшей мере, на участок поверхности кожуха 200, различные частоты, требуемые для индуцирования моды колебаний в кожухе 200, по существу, уменьшаются, тогда как частота приводной моды остается, по существу, незатронутой. Это приводит к разделению частот между частотами, которые индуцируют моду колебаний в кожухе 200, и приводной частотой, которая индуцирует приводную моду колебаний в трубопроводах 103A, 103B.

В соответствии с вариантом реализации изобретения демпфирующий материал 310 наносится на одну или на несколько деталей измерителя, например на кожух 200, так, что разделение частот между частотой, которая индуцирует моду колебаний в детали измерителя, и частотой приводной моды составляет больше чем 1 Гц. Более предпочтительно разделение частот больше чем 3-5 Гц исходя из ожидаемых плотностей флюида. В некоторых вариантах реализации демпфирующий материал 310 может быть нанесен на кожух 200, чтобы поддержать достаточное разделение частот в диапазоне плотностей флюидов. Например, демпфирующий материал 310 может быть нанесен на поверхность кожуха 200, чтобы понизить резонансные частоты кожуха 200 до уровня, который остается ниже частоты приводной моды даже во время многофазного потока. Степень разделения частот может быть отрегулирована исходя из толщины и/или конкретного материала, используемого для демпфирующего материала 310.

На Фиг.4 показано подетальное изображение вибрационного измерителя 5 в соответствии с другим вариантом реализации изобретения. В показанном на фиг.4 варианте реализации трубопроводы 103A, 103B присоединены к основанию 440. На фиг.5 показан вид сечения вибрационного измерителя 5 из фиг.4 в сборе.

В соответствии с вариантом реализации изобретения вибрационный измеритель 5 может включать в себя одну или несколько стягивающих скоб 470. Одна или несколько стягивающих скоб 470 предоставляются для облегчения задания изгибных осей, как описано выше. С помещенными стягивающими скобами 470 трубопроводы 103A, 103B отчетливо разделены на колеблющийся участок 471 и неколеблющийся участок 472. Как объяснено выше, колеблющийся участок 471 трубопроводов 103A, 103B содержит участок трубопроводов 103A, 103B, который колеблется желательным образом благодаря приводу 104. И напротив, неколеблющийся участок 472 может колебаться вследствие колебаний колеблющегося участка 471 трубопроводов 103A, 103B, но нежелательным образом, то есть колебание неколеблющегося участка 472 трубопроводов 103A, 103B является непреднамеренным. Основание 440 может заменить проставку 106, предоставляемую в описанных ранее вариантах реализации. В соответствии с вариантом реализации изобретения основание 440 дополнительно присоединено к монтажным блокам 441A, 441B. Монтажные блоки 441A, 441B могут предоставить средство для прикрепления основания 440 к технологической линии (не показана) или манифольду (не показан). В соответствии с вариантом реализации изобретения демпфирующий материал 310 может быть нанесен на основание 440, на монтажные блоки 441A, 441B, на неколеблющийся участок 472 трубопроводов 103A, 103B или на все детали измерителя, как показано на фиг.5. Демпфирующий материал 310 может, поэтому, понизить собственные резонансные частоты основания 440, неколеблющегося участка 472 трубопроводов 103A, 103B и/или монтажных блоков 441A, 441B так, что приводная мода не индуцирует колебательный отклик в основании 440, в неколеблющемся участке 472 трубопроводов 103A, 103B или в монтажных блоках 441A, 441B.

В соответствии с вариантом реализации изобретения кожух 200 может быть присоединен к основанию 440. В соответствии с вариантом реализации на фиг.4 и 5 демпфирующий материал 310 по существу полностью покрывает кожух 200. Следовательно, кожух 200 не может быть сварен, как это возможно в предыдущих вариантах реализации. Поэтому кожух 200 на фиг.4 и 5 включает в себя множество фиксаторов 460. Фиксаторы 460 предоставляются для размещения механического крепежа (не показано). Механический крепеж может быть установлен в пределах фиксаторов 460 и входить в отверстия 461, сформированные в основании 440, и в отверстия 462, сформированные в монтажных блоках 441A, 441B. В соответствии с вариантом реализации изобретения механический крепеж может содержать U-образные болты, например, которые устанавливаются поверх кожуха 200.

В соответствии с вариантом реализации изобретения вибрационный измеритель 5 может также включать в себя уплотняющий элемент 450, располагаемый между основанием 440 и кожухом 200. Уплотняющий элемент 450 может содержать резиновое О-образное кольцо, например. В соответствии с вариантом реализации изобретения уплотняющий элемент 450 может быть предоставлен для дополнительного предотвращения нежелательных колебаний кожуха 200 от трубопроводов 103A, 103B. Кроме того, уплотняющий элемент 450 может предоставить, по существу, флюидонепроницаемое уплотнение между кожухом 200 и основанием 440.

Настоящее изобретение, как описано выше, предоставляет вибрационный измеритель 5 и способ изготовления вибрационного измерителя 5 с одной или несколькими деталями измерителя, которые имеют демпфирующий материал 310, нанесенный, по меньшей мере, на участок их поверхности. Хотя рассмотрение в основном относится к кожуху 200, следует отметить, что кожух 200 используется просто как пример детали измерителя, которая может обеспечить преимущество при нанесении демпфирующего материала 310. Поэтому специалисты в данной области техники легко увидят, что различные другие детали измерителя, за исключением колеблющегося участка 471 трубопроводов 103A, 103B, привода 104 и измерительных преобразователей 105, 105', могут обеспечить преимущество при нанесении демпфирующего материала 310. Как рассмотрено выше, в отличие от больших масс, которые привариваются к кожуху, демпфирующий материал 310 настоящего изобретения может быть нанесен как тонкий слой, имеющий толщину, меньше, чем толщина детали измерителя, как рассмотрено выше. Кроме того, демпфирующий материал 310 предпочтительно выбирается так, что одна или несколько резонансных частот детали измерителя понижаются после нанесения демпфирующего материала 310. Преимущественно то, что демпфирующий материал 310 может отделить одну или несколько частот, которые индуцируют моду колебаний в детали измерителя от частоты приводной моды колеблющегося участка трубопроводов 103A, 103B. Поэтому ошибки измерения, вызванные перекрытием частот, могут быть по существу уменьшены или устранены.

Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не представляют собой исчерпывающие описания всех вариантов реализации, рассматриваемых авторами как находящиеся в пределах объема притязаний изобретения. Действительно, специалисты в данной области техники увидят, что некоторые элементы вышеописанных вариантов реализации могут быть по-разному объединены или исключены, чтобы создать дополнительные варианты реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и принципов изобретения. Специалистам в данной области техники также будет очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены полностью или частично, чтобы создать дополнительные варианты реализации в пределах объема притязаний и принципов изобретения.

Таким образом, хотя конкретные варианты реализации и соответствующие примеры изобретения описаны здесь в целях иллюстрации, различные эквивалентные модификации возможны в пределах объема притязаний изобретения, как должно быть видно специалистам в данной области техники. Предоставленные здесь принципы могут быть применены к другим вибрационным системам, а не только именно к вариантам реализации, описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах. Соответственно, объем притязаний изобретения должен быть определен из нижеследующей формулы.

Вибрационный измеритель (5) включает в себя один или несколько трубопроводов (103A, 103B), включающих в себя колеблющийся участок (471) и неколеблющийся участок (472), и привод (104), присоединенный к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов (103A, 103B) и сконфигурированный для возбуждения колебаний колеблющегося участка (471) трубопровода на одной или нескольких приводных частотах. Вибрационный измеритель (5) также включает в себя один или несколько измерительных преобразователей (105, 105'), присоединенных к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов (103A, 103B) и сконфигурированных для регистрации движения трубопровода. Одна или несколько деталей измерителя, исключая колеблющийся участок (471) трубопроводов (103A, 103B), привод (104) и измерительные преобразователи (105, 105'), снабжены демпфирующим материалом (310), нанесенным, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот. Технический результат - повышение точности вибрационного измерителя. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Вибрационный измеритель (5), содержащий:
один или несколько трубопроводов (103A, 103B), включающих в себя колеблющийся участок (471) и неколеблющийся участок (472);
привод (104), присоединенный к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов (103A, 103B) и сконфигурированный для возбуждения колебаний колеблющегося участка (471) трубопровода на одной или нескольких приводных частотах;
один или несколько измерительных преобразователей (105, 105'), присоединенных к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов (103A, 103B) и сконфигурированных для регистрации движения колеблющегося участка (471) трубопровода;
одну или несколько деталей измерителя, исключая колеблющийся участок (471) трубопроводов (103A, 103B), привод (104) и измерительные преобразователи (105, 105'); и
демпфирующий материал (310), нанесенный, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот.

2. Вибрационный измеритель (5) по п.1, причем деталь измерителя имеет первую толщину T₁ и демпфирующий материал (310) имеет вторую толщину T₂, меньшую первой толщины T₁.

3. Вибрационный измеритель (5) по п.1, причем деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит кожух (200), который по существу окружает один или несколько трубопроводов (103A, 103B), привод (104) и один или несколько измерительных преобразователей (105, 105').

4. Вибрационный измеритель (5) по п.3, дополнительно содержащий основание (440), присоединенное к кожуху (200), и уплотняющий элемент (450), обеспечивающий по существу флюидонепроницаемое уплотнение между кожухом (200) и основанием (440).

5. Вибрационный измеритель (5) по п.3, дополнительно содержащий один или несколько фиксаторов (460), сформированных в кожухе (200) и приспособленных для приема механического крепежа.

6. Вибрационный измеритель (5) по п.1, причем деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит основание (440), присоединенное к одному или нескольким трубопроводам (103A, 103B).

7. Вибрационный измеритель (5) по п.6, причем другая деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит монтажный блок (441A, 441B), присоединенный к основанию (440).

8. Вибрационный измеритель (5) по п.1, причем деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит неколеблющийся участок трубопровода одного или нескольких трубопроводов (103A, 103B).

9. Способ формирования вибрационного измерителя, включающего в себя один или несколько трубопроводов, включающих в себя колеблющийся участок и неколеблющийся участок, содержащий этапы:
присоединения привода к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов, причем привод, конфигурируемый для возбуждения колебаний колеблющегося участка трубопровода на одной или нескольких приводных частотах;
присоединения одного или нескольких измерительных преобразователей к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов, одного или нескольких измерительных преобразователей, конфигурируемых для регистрации движения колеблющегося участка трубопровода;
предоставления одной или нескольких деталей измерителя, исключая колеблющийся участок трубопроводов, привод и измерительные преобразователи; и
нанесения демпфирующего материала, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот.

10. Способ по п.9, причем деталь измерителя содержит первую толщину T₁, и причем этап нанесения демпфирующего материала содержит нанесение демпфирующего материала со второй толщиной T₂, меньшей первой толщины.

11. Способ по п.9, причем деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит кожух, и причем способ дополнительно содержит этап, по существу. окружения одного или нескольких трубопроводов, привода и одного или нескольких измерительных преобразователей кожухом.

12. Способ по п.11, дополнительно содержащий этапы присоединения основания к кожуху и помещения по существу флюидонепроницаемого уплотнения между кожухом и основанием.

13. Способ по п.11, дополнительно содержащий этап формирования одного или нескольких фиксаторов в кожухе, которые приспособлены для приема механического крепежа.

14. Способ по п.9, причем деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит основание, и причем способ дополнительно содержит этап присоединения основания к одному или нескольким трубопроводам.

15. Способ по п.14, причем другая деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит монтажный блок, и причем способ дополнительно содержит этап присоединения монтажного блока к основанию.

16. Способ по п.9, причем деталь измерителя, из одной или нескольких деталей измерителя, содержит неколеблющийся участок трубопровода для одного или нескольких трубопроводов.