Патент на изобретение №2279040

(54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ВИБРАЦИОННОГО ТИПА ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

(57) Реферат:

Изобретения предназначены для приборов массового расхода, основанных на эффекте Кориолиса. Измерительная труба для протекания среды, изготовленная, например, из титана, стали или циркония, через трубные сегменты сообщена с трубопроводом. Труба с возможностью крутильных колебаний закреплена на держателе, который посредством переходников зафиксирован на трубных сегментах. Для исключения взаимного проворота держателя и измерительной трубы, в т. числе и в условиях термических расширений, в переходниках выполнены пазы с двумя упорными кромками, контактирующими с соответствующими трубными сегментами, которые размещены в отверстиях переходников, и проходящими в направлении оси колебаний измерительной трубы. Изобретения увеличивают срок службы измерительного прибора. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к чувствительному элементу вибрационного типа для измерительных приборов. Прежде всего, оно касается фиксирования измерительных труб чувствительного элемента этого типа, в частности чувствительного элемента для измерения массового расхода, работающего по принципу Кориолиса, в держателе, предназначенном для крепления измерительной трубы.

В таких линейных (“in-Line”) чувствительных элементах, служащих для измерения движущейся в трубопроводе текучей среды, в принципе предусматриваются лишь две разновидности труб, а именно, с одной стороны, прямые измерительные трубы и, с другой стороны, произвольно изогнутые или даже извилистые измерительные трубы в виде петель, среди которых предпочтительными являются U-образные трубы. Так, например, в US-A 4127028, US-A 4524610, US-A 4768384, US-A 4793191, US-A 4823614, US-A 5253533, US-A 5610342, US-A 6006609 или в предварительно неопубликованной собственной европейской заявке 01112546.5 описаны чувствительные элементы вибрационного типа, в частности для создания в текучих средах кориолисовых сил, зависящих от массового расхода, и/или для создания сил трения, зависящих от вязкости, содержащие

– как минимум одну по меньшей мере периодически вибрирующую измерительную трубу для текучей среды, имеющую впускной и выпускной концы, которая для протекания в ней текучей среды сообщается через первый трубный сегмент, входящий во впускной конец, и через второй трубный сегмент, входящий в выпускной конец, с присоединенным трубопроводом и в процессе работы совершает механические колебания относительно воображаемой оси колебаний, соединяющей оба трубных сегмента, а также

– держатель для крепления измерительной трубы с возможностью колебаний, зафиксированный посредством первого переходника на первом трубном сегменте и посредством второго переходника – на втором трубном сегменте.

В кориолисовых чувствительных элементах, служащих, в частности, для измерения массового расхода, в обеих разновидностях труб с целью обеспечения симметрии в большинстве случаев используются две прямые измерительные трубы или соответствующие петли измерительных труб, которые в нерабочем положении проходят в двух параллельных плоскостях параллельно друг другу и через которые также преимущественно параллельно протекает текучая среда. В отношении одного из двух вариантов с двумя параллельными прямыми трубами в качестве примера можно сослаться на US-A 4768384, US-A 4793191 и US-A 5610342, а по другому варианту с двумя параллельными, в частности, идентично выполненными U-образными петлями труб можно сослаться, например, на US-A 4127028.

Наряду с вышеописанными типами работающих по принципу Кориолиса воспринимающих элементов с двойной установкой измерительных труб с некоторых пор на рынке утвердился другой тип воспринимающего элемента с использованием только одной прямой или изогнутой измерительной трубы. Такие воспринимающие элементы описаны, например, в US-A 4524610, US-A 4823614, US-A 5253533, US-A 6006609 или в предварительно неопубликованной европейской патентной заявке 01112546.5.

Кроме того, в US-A 4823614 описано, что соответствующий конец одной измерительной трубы вставлен в соответствующее отверстие переходника, находящегося со стороны впуска или выпуска, и зафиксирован в нем с торцевой или обратной стороны сваркой, пайкой или твердой пайкой, что на некоторых фигурах видно по наплывам материала. Переходники зафиксированы, в свою очередь, в наружном держателе.

В вышеприведенном патенте US-A 5610342 указывается, что подача тепла, необходимая в процессе упомянутой сварки, пайки или твердой пайки, оставляет в местах скрепления измерительных труб с переходниками после их охлаждения напряженное механическое состояние, которое может приводить к коррозионному растрескиванию, в частности, при измерении расхода текучих сред, с большей или меньшей интенсивностью разъедающих материал измерительной трубы. С целью как можно более полного устранения такой опасности – вызываемого напряжением коррозионного растрескивания измерительных труб кориолисовых воспринимающих элементов для измерения массового расхода, – в US-A 5610342 предложен усовершенствованный способ фиксирования измерительных труб в переходниках, в котором каждый конец измерительной трубы вставляется в соответствующее отверстие переходника, находящегося со стороны впуска или выпуска, и посредством развальцовочного инструмента, введенного в конец, спрессовывается с внутренней стенкой отверстия без подвода тепла. Пригодный для этого способа развальцовочный инструмент описан, например, в US-A 4090382 и предназначен для закрепления труб бойлеров или теплообменников.

Однако исследования воспринимающих элементов, изготовленных указанным способом, показали, что обычно разные характеристики расширения вышеупомянутых переходников и закрепленной в каждом из них измерительной трубы могут приводить к тому, что зажимные усилия, действующие на измерительную трубу со стороны переходников, при колебаниях температуры, в частности при возможных термических ударах, возникновение которых возможно, например, при регулярном проведении мероприятий по очистке с использованием предельно горячих промывочных жидкостей, могут опускаться ниже критического значения. Это, в свою очередь, может означать обусловленную термическими расширениями потерю механического контакта между переходником и измерительной трубой, созданного развальцовкой, в результате чего держатель становится способным к провороту относительно измерительной трубы вокруг упомянутой выше оси колебаний. В случае проворота держателя, который нельзя с уверенностью исключить особенно в тех воспринимающих элементах, чьи измерительные трубы в процессе работы совершают еще и крутильные колебания вокруг оси колебаний, замена всего измерительного прибора является практически неизбежной.

Ввиду описанных выше недостатков уровня техники задача изобретения заключается в таком усовершенствовании воспринимающих элементов указанного типа, чтобы при сохранении преимуществ, полученных за счет развальцовки измерительных труб при изготовлении воспринимающих элементов, в значительной степени обеспечивалось бы исключение проворота держателя и измерительной трубы даже в условиях термических расширений.

Для решения указанной задачи предложенный в изобретении воспринимающий элемент вибрационного типа, используемый в измерительных приборах, в частности, для создания в текучих средах кориолисовых сил, зависящих от массового расхода, и/или для создания сил трения, зависящих от вязкости, содержит

– как минимум одну по меньшей мере периодически вибрирующую измерительную трубу для текучей среды, имеющую впускной и выпускной концы, которая для протекания текучей среды сообщается с присоединенным трубопроводом через первый трубный сегмент, входящий во впускной конец, и через второй трубный сегмент, входящий в выпускной конец и в процессе работы совершает механические колебания относительно воображаемой оси колебаний, соединяющей оба трубных сегмента, а также

– держатель для крепления измерительной трубы с возможностью колебаний, зафиксированный посредством первого переходника на первом трубном сегменте и посредством второго переходника – на втором трубном сегменте,

– при этом по меньшей мере один из двух переходников имеет упор с первой упорной кромкой, частично контактирующей с соответствующим трубным сегментом и проходящей по меньшей мере на отдельных участках в направлении оси колебаний.

Согласно первой предпочтительной форме выполнения предложенного в изобретении воспринимающего элемента упор имеет вторую упорную кромку, частично контактирующую с соответствующим трубным сегментом и проходящую по меньшей мере на отдельных участках в направлении оси колебаний.

Согласно второй предпочтительной форме выполнения предложенного в изобретении воспринимающего элемента упор выполнен в виде паза, по меньшей мере частично заполненного материалом соответствующего трубного сегмента.

Изобретение и предпочтительные варианты его осуществления более подробно поясняются ниже с помощью чертежей, на которых

фиг.1 показывает схематически в перспективе частичный разрез существенной для изобретения детали примера выполнения воспринимающего элемента для измерения массового расхода с по меньшей мере одной измерительной трубой;

фиг.2 – схематически в перспективе частичный разрез примера выполнения паза, служащего упором для надежного против проворота крепления измерительной трубы согласно фиг.1;

фиг.3 – паз согласно фиг.2, вид спереди;

фиг.4 – схематически технологическую стадию при изготовлении воспринимающего элемента для измерения массового расхода согласно фиг.1.

Для изобретения важными являются, в частности, показанные на фиг.1 детали воспринимающих элементов вибрационного типа, например воспринимающего элемента для измерения массового расхода, который работает по принципу Кориолиса, остальные же их детали, также необходимые для полного функционирования, для лучшей наглядности не показаны; и с учетом этого приведены ссылки на упомянутые документы из уровня техники.

Первый прямой трубный сегмент 11, входящий во впускной конец измерительной трубы 1, показанной на чертеже частично и вибрирующей в процессе работы, размещен в отверстии 21А первого переходника 21, а второй прямой трубный сегмент 12, входящий в выпускной конец измерительной трубы 1, вставлен в отверстие 22А второго переходника 22. Переходники 21, 22 вместе с по меньшей мере одной боковой несущей пластиной 23 образуют держатель 2, зажимающий по меньшей мере одну измерительную трубу 1 с возможностью колебаний. Указанный держатель 2 может иметь коробчатую или цилиндрическую форму, а также может быть выполнен, в частности, в виде несущей трубы, огибающей измерительную трубу 1.

Измерительная труба 1 во время работы вставлена в трубопровод, по которому протекает измеряемая текучая среда, например жидкость или газ, для чего могут быть использованы, например, фланцы или винтовые соединения и т.д. В результате этого измеряемая текучая среда течет также и через измерительную трубу 1.

Для создания реактивных сил, приводящих в движение текучую среду, например кориолисовых сил, соотнесенных с массовым расходом, или сил трения, соотнесенных с вязкостью, измерительной трубе 1 в процессе работы сообщают вибрации, при этом оба трубных сегмента 11, 12 по меньшей мере в определенных долях совершают крутильные колебания вокруг воображаемой оси колебаний S, соединяющей оба трубных сегмента 11, 12. Для регистрации вибраций измерительной трубы 1 и формирования соответствующих им вибрационных сигналов вблизи измерительной трубы 1 способом, известным специалисту, могут быть установлены датчики колебаний (не показаны).

Для предотвращения проворота держателя относительно трубных сегментов 11, 12 и, следовательно, относительно измерительной трубы 1, в частности, в таком воспринимающем элементе, который в широких пределах подвергается температурным колебаниям, согласно изобретению по меньшей мере один из двух переходников 21, 22, в данном случае, например, переходник 21, имеет упор 3; разумеется, что и другой переходник 22, в том числе и в дополнение к упору 3, может быть снабжен таким упором.

Упор 3 включает, как показано на фиг.2, по меньше мере одну частично контактирующую с трубным сегментом 11 и проходящую, по меньшей мере, на отдельных участках в направлении оси колебаний S упорную кромку 31, сформированную сообразно соответствующему отверстию 21А. Упорная кромка 31, как показано на фиг.2, может практически полностью проходить через отверстие 21А; однако она может простираться и лишь по небольшому участку отверстия 21А.

Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения упор 3 включает вторую упорную кромку 32, предпочтительно выполненную так и установленную в отверстии 21А таким образом, что упор 3 представляет собой паз, по меньшей мере, частично заполненный материалом стенки соответствующего трубного сегмента 11 (см. фиг.3).

Однако упорная кромка 32 может быть также выполнена и расположена, например, так, что упором 3 служит выступ, по меньшей мере частично окруженный материалом стенки трубного сегмента 11.

Для измерительных труб, которые используются в подобных воспринимающих элементах и изготавливаются, например, из титана, высококачественной стали или циркония и у которых толщина стенок обычно составляет от 0,5 до 2 мм, достаточной оказалась, например, глубина паза около 0,2 мм при ширине паза от 0,5 до 2 мм.

Упор 3 выполняется предпочтительно с помощью протяжки или прошивки в предварительно подготовленном отверстии 21А. Разумеется, что для изготовления упора 3 могут применяться и другие известные специалисту способы металлообработки, такие как, например, фрезерование или выдавливание.

Как показано на фиг.4, для установления механической связи между измерительной трубой 1 и держателем 2 трубный сегмент 11 вкладывают в переходник 21, а трубный сегмент 12 – в переходник 22. После позиционирования трубного сегмента 11 в переходнике 21 во внутренний канал трубного сегмента 11, как это схематически показано на фигуре, по меньшей мере, частично вводят развальцовочный инструмент 6. На переднем в направлении ввода конце развальцовочный инструмент 6 несет сепаратор 61 с распределенными по его круговой боковой поверхности роликами 62, вставленными в соответствующие отверстия.

Центральный круг, по которому движутся ролики 62 при вращении развальцовочного инструмента 6, имеет радиус, который может регулироваться посредством плунжера 63, перемещаемого в направлении ввода. Путем увеличения этого радиуса по сравнению с радиусом, с которым развальцовочный инструмент 6 вводится во внутренний канал трубного сегмента 11 вначале, последний может частями прижиматься к внутренней стенке отверстия 21А.

Таким способом трубный сегмент 11 спрессовывается с внутренней стенкой соответствующего отверстия 21А без подвода тепла. В результате происходит незначительное течение материала трубного сегмента 11 и благодаря этому весьма прочное в этих местах, в частности и в зоне расположения упора, механическое соединение между трубным сегментом 11 и переходником 21. Прижимное усилие, создаваемое развальцовочным инструментом 6, а также форму и величину упора необходимо при этом согласовывать друг с другом так, чтобы в зоне упора 3 течению подвергалось достаточное количество материала трубного сегмента 11 (см. в этой связи также фиг.3).

В результате вышеописанных пластических деформаций трубного сегмента 11 отчасти происходит незначительное утонение толщины его стенки, что приводит, с одной стороны, к механическому сжимающему напряжению в продольном направлении трубного сегмента 11, в последующем кратко называемому осевым напряжением, поскольку сегмент незначительно удлиняется. С другой стороны, внутри отверстия 21А также возникает механическое сжимающее напряжение в радиальном направлении, в последующем кратко называемое радиальным напряжением. Радиальное напряжение объясняется тем, что во время спрессовывания трубный сегмент 11 деформируется пластически, а переходник 21, имеющий по сравнению с толщиной стенки трубного сегмента 11 намного большую толщину, подвергается в основном лишь упругой деформации, и что поэтому после спрессовывания переходник 21 оказывает радиальное усилие, направленное к внутреннему каналу трубного сегмента 11.

Радиальное напряжение позволяет, в первую очередь, практически полностью избежать коррозионного растрескивания, часто возникающего, например, в воспринимающих элементах измерительных приборов с припаянной или приваренной к держателю измерительной трубой. В гораздо меньшей степени этому способствует также и осевое напряжение. В воспринимающих элементах, по меньшей мере, с двумя измерительными трубами спрессовывание может быть весьма полезным и для оптимальной динамической балансировки измерительных труб (см. в этой связи также US-A 5610342).

Существенное достоинство изобретения следут усматривать в том, что наряду с сохранением преимуществ описанного в US-A 5610342 способа изготовления воспринимающих элементов, когда измерительную трубу 1 щадящим образом фиксируют на держателе 2, отказываясь от сварных или паяных соединений и, следовательно, избегая тепловых напряжений, можно весьма просто достигнуть значительного улучшения прочности, и, в частности, стойкости механического соединения между измерительной трубой 1 и держателем 2.

Формула изобретения

1. Чувствительный элемент вибрационного типа для измерительных приборов, в частности для создания в текучих средах кориолисовых сил, зависящих от массового расхода, и/или для создания сил трения, зависящих от вязкости, содержащий по меньшей мере, одну периодически вибрирующую измерительную трубу (1) для текучей среды, имеющую впускной и выпускной концы, которая для обеспечения протекания текучей среды сообщена с присоединенным трубопроводом через первый трубный сегмент (11), входящий во впускной конец, и через второй трубный сегмент (12), входящий в выпускной конец, и выполненный с возможностью обеспечения в процессе работы механических колебаний относительно воображаемой оси колебаний (S), соединяющей оба трубных сегмента (11, 12), причем предусмотрен держатель (2) для крепления измерительной трубы (1) с возможностью колебаний, зафиксированный посредством первого переходника (21) на первом трубном сегменте (11) и посредством второго переходника (22) – на втором трубном сегменте (12), при этом по меньшей мере один из двух переходников (21, 22) имеет упор (3) с первой упорной кромкой (31), частично контактирующей с соответствующим трубным сегментом (11) или (12) и проходящей по меньшей мере на отдельных участках в направлении оси колебаний (S).

2. Чувствительный элемент по п.1, отличающийся тем, что упор (3) имеет вторую упорную кромку (32), частично контактирующую с соответствующим трубным сегментом (11) или (12) и проходящую, по меньшей мере, на отдельных участках в направлении оси колебаний.

3. Чувствительный элемент по п.1 или 2, отличающийся тем, что измерительная труба (1) в процессе работы, по меньшей мере, в определенных долях совершает крутильные колебания вокруг оси колебаний (S).

4. Чувствительный элемент вибрационного типа для измерительных приборов, в частности для измерительных приборов, в частности для создания в текучих средах кориолисовых сил, зависящих от массового расхода, и/или для создания сил трения, зависящих от вязкости, содержащий, по меньшей мере, одну периодически вибрирующую измерительную трубу (1) для текучей среды, при этом измерительная труба (1) для обеспечения протекания текучей среды сообщена с присоединенным трубопроводом через первый трубный сегмент (11), входящий во впускной конец, и через второй трубный сегмент (12), входящий в выпускной конец, и в процессе работы совершает механические колебания относительно воображаемой оси (S), соединяющей оба трубных сегмента (12), а также содержащий держатель (2) для крепления измерительной трубы (1) с возможностью колебаний, зафиксированный посредством первого переходника (21) на первом трубном сегменте (11) и посредством второго переходника (22) – на втором трубном сегменте (12), причем, по меньшей мере, один из двух переходников (21, 22) имеет упор (3) с первой упорной кромкой (31), контактирующей с соответствующим трубным сегментом (11) или (12) и проходящей по меньшей мере на отдельных участках в направлении оси колебаний (S), и со второй упорной кромкой (32), контактирующей с соответствующим трубным сегментом (11) или (12) и проходящей, по меньшей мере, на отдельных участках в направлении оси колебаний, и причем первая и вторая упорные кромки (31, 32) образованы посредством паза, по меньшей мере, частично заполненного материалом соответствующего трубного сегмента (11) или (12).

5. Чувствительный элемент по п.4, отличающийся тем, что измерительная труба (1) в процессе работы, по меньшей мере, в определенных долях совершает крутильные колебания вокруг оси колебаний (S).

РИСУНКИ