CN100443862C - 科里奥利流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种科里奥利流量计，其包括：一流量管(103)；一大体平行于上述流量管的纵向轴线取向的平衡杆(102)；结合于上述流量管的相对近端部分的上述平衡杆的第一和第二端(410a、410b)；一包含上述平衡杆和上述流量管的壳体(101)；将上述平衡杆的上述第一和第二端结合于上述壳体的一内壁(105)的壳体连接杆装置(412a、412b、412c和412d)；至少一位于上述壳体连接杆装置的面外弯头(401)，其用以使上述壳体连接杆装置的有效尺寸能随着上述流量管和上述壳体间的热差变化。

Description

科里奥利流量计
技术领域
本发明涉及一直管科里奥利(Coriolis)流量计，具体地说，涉及一为直管科里奥利流量计提供降低的热应力的壳体连接杆。
背景技术
已知当流量计处于在流量计的一部件内或不同部件间产生温差的状况时，直管科里奥利流量计内部的元件易受应力。这些温差可使一部件膨胀或收缩并且损坏其自身或损坏其它的与膨胀/收缩部件连接的其它部件。例如，流量管的膨胀/收缩量与流量管连接的流量计元件的膨胀/收缩量不同可胁迫流量管超出其允许变形的限制。这样，如果流量管相对壳体和其端法兰膨胀过量，流量管会弯扭。相反地，如果流量管相对壳体端法兰收缩过量，其会破裂或裂缝或产生并永久地变形。
试图做过将与科里奥利流量计的流量管热/收缩膨胀相关的问题最小化。一解决方案是采用具有相似膨胀系数的材料以便所有元件的膨胀/收缩都均匀。另一解决方案是采用预应力的流量管从而其在长度上变化适度而不产生过度的内部应力。另一解决方案是在流量管附近采用波纹管从而流量管在长度上变化而不产生应力。另一解决方案是在流量管内设置弯管从而长度变化可被包含弯管的流量管片段吸收。另一解决方案是滑动地将流量管安装于壳体端。这些解决方案减少了相对于与流量管连接的流量计的元件与因热导致流量管长度变化相关的问题。然而，这些解决方案还没有解决流量管内的热致直径的变化的问题。这些直径变化可在包括将流量计壳体连接于包括流量管及其外围平衡杆的流量计的震动元件的其它科里奥利流量计元件内造成应力。
已知使用壳体连接杆将流量管的震动端节点连接于流量管壳体。这样做可防止端节点在不平衡的条件下震动过度。端节点的过度震动是不利的，因为其导致仪表的流动敏感性的变化，通过将支杆结合于一被横向地取向于流量管的震动方向和流量管的轴线方向的连接杆来防止支杆(端节点位于其中)的不利的震动偏转。壳体连接杆的一端连接于壳体内壁；而其另一端连接于支杆或平衡杆的一端。现有技术的壳体连接杆是一相对地薄的平面板叶弹性部件，其在扭转模式下是柔性的而且在期望的震动接点不会抑制流量管和平衡杆的旋转。然而，在不平衡状态，壳体连接杆防止端节点沿驱动方向移动。各连接杆刚性地将端节点结合于较大质量的壳体防止其相应的端节点移动。从而，壳体连接杆提高了测量较高或较低而不是正常密度的材料的仪表的准确性。1997年2月26日公开的专利EP075942A1示出了一种具有此种壳体连接杆的流量计。美国5,850,039公开了一种科里奥利流量计，其中结合于一流量管和一壳体的挠性膜随着流量管和壳体的热差而弯曲以将流量管的轴向应力最小化。
在采用壳体连接杆的直管类型的科里奥利流量计中，流量管对于流量计的整个长度延伸而流量管端连接于壳体端法兰。平衡杆一般平行于流量管且可为一分立的平行部件或一围绕流量管的圆柱部件。平衡杆在长度上比流量管短以便平衡杆的各端由支杆连接于流量管的一近端部分。一般支杆是一从平衡杆端横向地延伸至流量管的近端的相对短的圆形部件。
在震动平衡的情况下，流量管/支杆结合的震动接点通常位于支杆。在没有连接杆的情况下，当比正常密度较高或较低的物料在流量管内流动时，震动接点对于重物料可从支杆轴向地朝流量管中心向内移动或对于较轻物料可从支杆轴向地朝端法兰向外移动。这些震动不平衡的情况导致支杆作为震动系统的一部分来震动，并且这样做缩短或延长其连接的流量管的震动长度。流量管主动部分的长度变化是不利的，因为其会通过改变节点和传感器之间的距离产生流量计的流量敏感性的不利变化。
被横向地相对流量管和其轴线方向的驱动方向定位的壳体连接杆的使用迫使流量管/支杆/平衡杆结合的震动节点保持于支杆。使用壳体连接杆实现了在与较重或过轻物料的进行相关的震动不平衡情况下将流量计内的支杆的不利震动降至最小的目标。
尽管使用壳体连接杆可将直管科里奥利流量计中的不利震动最小化，但当流量管的物料温度与壳体的温度不同时壳体连接杆易遭受结构损坏。在此种情况下，由于流量管直径的热膨胀/收缩量不同，壳体连接杆的支杆端沿径向方向移动一不同的远于壳体端的距离。这导致壳体连接赶易受压缩或拉伸载荷，该载荷对连接杆或与其连接的元件施加应力并使其损坏。
因此，可以看出，将壳体连接杆的由于壳体和支杆区域的热收缩/膨胀量的不同引起的结构损坏最小化还是一个问题。
发明内容
从以上可看出，本发明提供一种科里奥利流量计，其包括：
一流量管；
一大体平行于上述流量管的纵向轴线取向的平衡杆；
结合于上述流量管的相对近端部分的上述平衡杆的第一和第二端；
一包含上述平衡杆和上述流量管的壳体；
将上述平衡杆的上述第一和第二端结合于上述壳体的一内壁的壳体连接杆装置；
其特征在于：
至少一位于上述壳体连接杆装置的面外弯头，其用以使上述壳体连接杆装置的有效尺寸能随着上述流量管和上述壳体间的热差变化。
另一方面是上述流量管大体上是直的。
另一方面是上述平衡杆大体上是圆柱形并围绕上述流量管。
另一方面是上述壳体是圆柱形并且被大体取向平行于上述流量管的纵轴线。
另一方面是上述壳体连接杆装置是细长的并大体是平的还具有一大体与上述流量管和上述平衡杆的纵向轴线相正交地取向的纵轴线；
上述细长壳体连接杆装置将上述平衡杆的上述第一和第二端结合于上述壳体的一内壁；和
至少上述细长壳体连接杆装置中的一面外弯头，其使上述细长壳体连接杆装置的有效长度随着上述流量管和上述壳体之间的热差变化。
另一方面是上述壳体连接装置包括：
一被定位于上述平衡杆的相对侧的上述平衡杆的每端的第一和第二壳体连接杆；
将上述平衡杆的上述第一和第二端结合至上述壳体的上述内壁的上述各壳体连接杆的第一和第二端。
另一方面是上述连接杆装置包括一被定位于上述平衡杆的相对端的第一和第二大体圆的隔膜；
各上述隔膜的外末端将上述平衡杆的上述第一和第二端结合于上述壳体的一内壁；和
至少各上述隔膜的一表面中的一面外弯头使各上述隔膜的有效直径随着上述流量管和上述壳体之间的热差变化。
另一方面是上述各隔膜具有一限定一其连接上述流量管和上述平衡杆的支杆的内部。
本发明的另一方面是一种操作具有一适合于容纳物料流动并产生与上述物料流动有关的输出信息的流量管的科里奥利流量计的方法；上述流量计还具有一大体平行于上述流量管的纵向轴线取向的平衡杆，由一支杆结合于上述流量管的相对近端部分的上述平衡杆的第一和第二端，一包含上述流量管和上述平衡杆的壳体；将上述平衡杆壳体的各端结合于上述壳体的内壁部分的壳体连接杆装置；管路；上述方法包括以下步骤：
在上述流量计的物料流动状态过程中异相地震动上述平衡杆和上述流量管以产生与上述流动物料相关的上述输出信息；和
对于上述壳体和上述流量管间的温差变化的情况通过弯曲一位于上述壳体连接装置的一表面的面外弯头补偿上述流量计以利于上述壳体连接杆装置的有效尺寸随着上述流量管和上述壳体间的上述的温差变化而变化。
解决方案
根据提供了一具有一面外弯头的出口的壳体连接杆的本发明解决了上述问题并使技术前进了，其允许它随着热膨胀/收缩而膨胀/收缩而不会对壳体连接杆或与其连接的流量计元件造成永久性损害。
根据第一示例性实施例，各壳体连接杆包括一细长并在流量计壳体的内壁和支杆或平衡杆端之间延伸的薄的部件。该壳体连接杆相对支杆被横向地定位使得壳体连接杆的细长轴线横切于流量计的纵向轴线及其驱动方向。本发明的壳体连接杆包含至少一从支杆端延伸至壳体内壁的连杆部分内的面外弯头。各面外弯头包括一允许壳体连接杆随着热差沿径向方向而膨胀或收缩的折叠且没有永久的结构变形。面外弯头的出口也包括一个或多个锐利的褶皱，一系列像“之”形的褶，或可选地包括一弓形或弧形配置。
根据本发明的另一可能实施例，壳体连接杆包括一具有至少一褶或其类似的隔膜且隔膜的周边结合于壳体的内壁。隔膜的中心部分连接于支杆、流量管和平衡杆的接点处。流量管的端部穿过隔膜中心的一孔延伸并连接于壳体端。
根据本发明提供的壳体连接杆可容纳热差并随着流量管和平衡杆的径向膨胀/收缩而变形或收缩且不会对组成壳体连接杆的物料造成损害。这使得装备有本发明的壳体连接杆的流量计能够在存在于流量计不同部件间的高温差环境中处理物料而不对与其连接的壳体连接杆或部件造成结构性损害。
附图说明
阅读下面的详细描述及相连的附图会对本发明的上述和其它优点和特点会有更好的理解，其中：
图1公开了具有一壳体连接杆的现有技术直管科里奥利流量计。
图2公开了图1所示流量计的进一步细节。
图3公开了沿图1截面3-3所取的图1所示流量计的端面图。
图4公开了具有体现本发明的壳体连接杆的直管科里奥利流量计。
图5、6和7公开了包括本发明的壳体连接杆的可选实施例。
具体实施方式
图1描述
科里奥利流量计的特征在于，使流量管以其共振频率震动时物料流过流量管流动。当物料不流动时，流量管上的各点与流量管上的其它点同相震动。当没有物料流动时两定位于流量管的不同点的采集装置产生具有同相的正弦信号而当物料流动时产生具有相差的信号。该相差是由于物料流过震动流量管时产生互补力的。沿流量管长度任何两点间的相差幅度大体与物料流动的质量流动速率成比例。科里奥利质量流量计采用确定该相差的信号处理并产生一指示质量流动速率及其它与物料流动有关的信息的输出信号。
图1公开了具有一包围流量计元件的壳体101的现有技术直管科里奥利流量计100的剖面图，该流量计元件包括流量管103和围绕平衡杆102。流量管103在壳体内轴向地延伸并在其端108和109连接于端法兰107。端法兰107由一颈部106连接于壳体101的端104。流量管103由平衡杆102环绕并由支杆111连接于平衡杆102的端部。流量管103的主动部分115是中间支杆111。流量管延伸部分113和114是法兰107和支杆111。元件116和117是当流量计的正常操作情况中流量管103的主动部分115的震动端节点。壳体连接杆包括在左侧的元件112a和112b及在右侧的元件112c和112d。壳体连接杆使流量计的震动元件稳定得以在随后所述的正常操作过程中将震动节点维持在左侧的位置116和右侧的位置117。各壳体连接杆112在其第一端连接于平衡杆102的外壁124而在其第二端连接于壳体101的内壁105。
流量计100还包括用以在这些元件的共振频率时将流量管103和平衡杆102震动不同相而物料仍在流量管103内流动的驱动器D。流量计100还包括连接于流量管103与平衡杆102的用以检测充填流量管的震动物料的科里奥利响应的左侧传感器LPO和右侧传感器RPO。左侧传感器LPO、驱动器D和右侧传感器RPO由导体118、119和连接于仪表电子装置122。仪表电子装置122通过路径119施加一驱动信号于驱动器D以激发驱动器D从而其在这些元件的共振频率时使充填物料的流量管103和平衡杆102震动不同相。由左传感器LPO和右传感器RPO产生的输出信号延伸过导体118和121到达仪表电子装置122。仪表电子装置122接纳并处理这些信号以产生流量管103内的物料流动的信息，包括质量流动速率。仪表电子装置122产生的信息通过路径123被施加于一图中未示的应用电路。
流量计100的震动系统包括流量管103、支杆111和平衡杆102。在其内有具有额定密度的物料穿过流量管103流动的流量计的正常操作过程中，这些元件的震动节点位于左右侧的支杆111。一震动系统必须经常维持其动态平衡且在这些情况下，动态平衡维持在代表没有运动的位置并位于支杆111内的震动节点116和117。在这些情况下，只要流量计100在理想情况下操作这些，就不要求壳体连接杆来稳定流量计100的内部元件的震动。然而，理想情况并不总是存在，流动物料的密度会从额定值增加或减少，其中震动节点存在于位置116和117。当物料密度增加时，震动节点沿流量管103从位置116和117向内地移动时使震动系统的动态平衡被维持。相反地，对于较轻密度的物料，震动节点试图向外地向左侧位置116和右侧位置117移动以将震动结构维持于动态平衡。如果没有壳体连接杆112，物料密度变得较重或较轻时震动节点会移出支杆111。在这种情况下及没有壳体连接杆112时，支杆111会相对流量管103的纵向轴线横向地震动。这会改变流量管103的震动长度而且通过改变震动节点和传感器LPO及RPO之间的距离来改变仪表的流动敏感性。
壳体连接杆112将支杆111的横向震动最小化。通过允许与支杆111的试图震动相关的力延伸穿过壳体连接杆112进入壳体101的内壁105便可实现上述目的。壳体101足够的大可将这些震动吸收而其自身没有有意义的震动。这样，有壳体连接杆112时，对于流量管103遇到的物料密度的所有合理水平，包括流量管103、支杆111和平衡杆102的震动结构的震动节点保持于支杆111内。
图1所示的现有技术的流量管具有当壳体连接杆112试图随着其遭受的温差其长度膨胀或收缩时流量管103和壳体101之间的温差可导致对流量管103的内部元件的结构损坏。其原因在于，各连杆的一端连接于具有一第一温度的壳体101的内壁105而各连杆的另一端有效地连接于一不同温度的流量管103。
图2描述
图2示出了当流量管103的温度高于壳体101的温度时流量计100遇到的问题。在这种情况下，支杆111、流量管103和平衡杆102的直径由于热膨胀而增加。由于壳体连接杆的端部连接于较高温度的流量管103，壳体连接杆112a和112b的长度也试图增加。然而，连接于壳体101的内壁105的端部不可向外移动，因为壳体101处于较低温度并非常硬。在这种情况下，壳体连接杆112a和112b弯扭并还原至一由点划线212a和212b表示的弓形位置。或其会还原至一向内弓形的位置(未示)或一连杆可向外弓而另一向内地弓(未示)。在这些情况下壳体连接杆112遭受的力和应力可将这些元件弯管超出其变形的正常限制并使其遭受其中流量计精度被降级的永久性机械损坏。
图3描述
图3是沿图1截面线3-33所取的端视图。可以看出，壳体连接杆112是平而窄的平面部件并可矫正壳体101的内壁105和平衡杆102的外表面。支杆111是一圆形像垫片的连接平衡杆102与流量管103并具有一用以容纳流量管103的中心开口的部件。
图4、5和6描述
图4示出一体现本发明的科里奥利流量计400。科里奥利流量计400包括流量管103、一环绕平衡杆102、支杆111、壳体连接杆412a和412b及一环绕壳体。除了壳体连接杆不同外，科里奥利流量计400在各方面都与图1和图2所示的科里奥利流量计100类似。从而附图4和下面的段落涉及这些差异的描述。为了最小化附图复杂性，图4、5、6和7未示法兰107、颈部106、壳体端104或图1的驱动器D和传感器LPO和RPO。可以理解，图4、5、6和7的实施例仍包括这些元件。
在图4中，壳体连接杆412a、412b、412c和412d(连杆412)不同于图1、2的壳体连接杆112a、112b，其中各壳体连接杆412在其中部具有一折叠401。折叠412允许壳体各连接杆412在长度上膨胀或收缩而不会相反地影响流量管100的其它元件。假设流量管103的温度较大地下降以将穿过流量管的物料冷却。这样，平衡杆102、支杆111和流量管103的直径收缩并减小。各壳体连接杆412的内部支腿403变得比与壳体101连接的内壁105的外支腿部404的温度低许多。在这种情况下，支腿404的长度保持恒定而支腿403变得更冷并收缩。在收缩时，其使得折叠401的开口部分402张开以容纳由于平衡杆102和流量管103的直径减小引起的支腿403的收缩。类似地，如果流量管温度增加，该温度增加使得平衡杆102和流量管103的直径膨胀从而使支腿403膨胀。这样，其使得折叠401的开口402关闭以容纳平衡杆102和流量管103的直径增加从而容纳支腿403的长度增加。
可以看出，流量管103的温度变化传给了支杆111、平衡杆102及壳体连接杆412的支腿403。然而，由于存在折叠401及其开口402，壳体连接杆412容纳支腿403的长度收缩或膨胀而不会造成对壳体连接杆412或其连接元件的损坏。除连杆112a和112b含有连杆412的折叠401外，图4的端视图与图3类似。元件405和406是支腿404和壳体101的内壁105的连接点。
图4的流量管103和元件113以恒定的直径在图1中端法兰107的其输入与输出间的整个长度上延伸。此恒定直径是有利的在于其提高了用以要求卫生的应用的流量管的清洁性。
图5公开了一包括流量计500的本发明的可选实施例，其中壳体连接杆512(512a、512b、512c和512d)不具有一单一折叠401但具有一组像波纹501的正弦曲线。这些波纹允许壳体连接杆512膨胀或收缩而没有造成对其或与其连接的结构的损坏。元件511是支杆。
图6公开了包括流量计600的本发明的另一可选实施例，其中壳体连接杆612(612a、612b、612c和612d)具有一永久性弓的形状。该弓的形状允许壳体连接杆612在长度上或膨胀或收缩而不会造成对与其连接的流量计元件的损坏。支杆611连接于壳体连接杆612并将流量管103连接于平衡杆102。连杆612是窄元件如图3所示的连杆112a和112b。元件601和602是各壳体连接杆的外端与壳体101的内壁105的连接点。
图7公开了包括流量计700的本发明的另一可选实施例，其中壳体连接杆包括一具有一用以容纳流量管103的中心开孔702的圆形隔膜712。隔膜712的圆周703固定于壳体101的内壁105。隔膜712固定于流量管103和平衡杆102的端部710a、710b并执行一支杆和一壳体连接杆的多种功能。隔膜712的平面表面704和705具有一折叠701，其类似于图4所示的折叠401。该折叠701允许隔膜712随着流量管直径的热变而收缩/膨胀其直径而其自身或与其连接的结构元件没有永久变形。平衡杆102和流量管102间的表面部分起一支杆的作用。
尽管本发明已公开作为包括单一直管科里奥利流量计的一部分，可理解本发明并不局限于此并且可使用具有一组流量管的科里奥利流量计以及包括其它类型的不规则或弯曲配置的单管流量计。

Claims (12)

1.一种科里奥利流量计，其包括：
一流量管(103)；
一大体平行于上述流量管的纵向轴线取向的平衡杆(102)；
结合于上述流量管的相对近端部分的上述平衡杆的第一和第二端(410a、410b)；
一包含上述平衡杆和上述流量管的壳体(101)；
将上述平衡杆的上述第一和第二端结合于上述壳体的一内壁(105)的壳体连接杆装置(412a、412b、412c和412d)；
其特征在于：
至少一位于上述壳体连接杆装置的面外弯头(401)，其用以使上述壳体连接杆装置的有效尺寸能随着上述流量管和上述壳体间的热差变化。
2.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：
上述流量管大体是直的。
3.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：
上述平衡杆大体是圆柱形并环绕上述流量管。
4.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：
上述壳体是圆柱形并大体平行于上述流量管的一纵向轴线取向。
5.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：
上述壳体连接杆装置是细长而又基本平的，并具有一大体与上述流量管和上述平衡杆的纵向轴线相正交地取向的纵向轴线；
上述细长壳体连接杆装置将上述平衡杆的上述第一和第二端(410a、410b)结合于上述壳体的一内壁(105)；和
在上述细长壳体连接杆装置的至少一面外弯头(401)，其能使上述细长壳体连接杆装置的有效长度随着上述流量管与上述壳体间的热差变化。
6.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：
上述壳体连接杆装置包括在上述平衡杆的相对端(710a、710b)定位的一第一和一第二大体圆形的隔膜(712)；
各隔膜具有一其外末端(703)将上述平衡杆的上述第一和第二端结合于上述壳体的一内壁(105)的表面(705)；和
在上述隔膜的上述表面的至少一面外弯头(701)，其能使上述隔膜的有效直径随着上述流量管和上述壳体间的热差变化。
7.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：
上述壳体连接杆装置是细长的，并具有一组能使上述细长壳体连接杆装置随着上述流量管和上述壳体间的热差来改变其长度的面外弯头(512a、512b、512c和512d)。
8.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其中对于上述流量计的整个长度来说上述流量管(103)以恒定直径延伸。
9.如权利要求1所述的科里奥利流量计，其中：
上述壳体连接杆装置是细长的并具有一能使上述壳体连接装置随着上述流量管和上述壳体间的热差来改变其有效长度弓形表面(612a、612b、612c和612d)。
上述细长的壳体连接杆装置的上述弓形表面的端部(601、602、603、604)将上述平衡杆的第一端(605)和第二端(606)结合于上述壳体的一内壁。
10.如权利要求9所述的科里奥利流量计，其中上述壳体连接杆装置包括一第一壳体连接杆(612a、612c)和一第二壳体连接杆(612b、612d)；
上述第一壳体连接杆(612a、612c)将上述壳体(101)的上述内壁(105)结合于上述平衡杆的一第一侧(603)；
上述第二壳体连接杆装置(612b、612d)将上述壳体(101)的上述内壁(105)的一相对侧结合于上述平衡杆的一第二侧(604)；
上述壳体连接杆装置的一中心限定一将上述流量管结合于上述平衡杆的支杆(611)。
11.如权利要求1所述的科里奥利流量计包括：
一第一和一第二圆形隔膜(712)，其限定被结合于上述平衡杆的第一和第二端的上述壳体连接杆装置并具有一大体与上述流量管和平衡杆的纵向轴线相正交地取向的表面；
上述隔膜将上述平衡杆的上述第一和第二端结合于上述壳体的一内壁(105)；和
在各上述隔膜的上述表面内的至少一面外弯头(701)能使各上述隔膜的有效直径随着上述流量管和上述壳体间的热差变化。
12.如权利要求11所述的科里奥利流量计，其中上述各隔膜具有一限定一连接上述流量管和上述平衡杆的支杆的内表面(704)。
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