CN112469974A

CN112469974A - 歧管

Info

Publication number: CN112469974A
Application number: CN201880096087.3A
Authority: CN
Inventors: D·斯金克尔; A·W·潘克拉茨; J·D·福斯特
Original assignee: Micro Motion Inc
Current assignee: Micro Motion Inc
Priority date: 2018-07-27
Filing date: 2018-07-27
Publication date: 2021-03-09
Also published as: WO2020023056A1; JP2023159372A; US20210270654A1; EP3830528A1; US11473954B2; JP2021532363A

Abstract

描述了一种具有减少的漩涡脱落的歧管（400、600、700）、包括该歧管的振动计（5）以及制造这两者的方法。歧管（400、600、700）包括第一导管段（202）、第二导管段（204）、定位在第一导管段（202）和第二导管段（204）之间的分流器段（406、606、706）、以及第一突起（412a、612a），分流器段（406、606、706）包括面向第一导管段（202）的第一分流器面（408a、608a、708），第一突起的至少一部分定位在所述第一分流器面（408a、608a、708）上。

Description

歧管

技术领域

以下描述的示例涉及歧管和用于制造歧管的方法。更特别地，这些示例涉及具有包括突起的分流器的歧管。

背景技术

双导管科里奥利质量流量计通过检测包含流动材料的一对振动导管或流量管的运动来操作。与导管中的材料相关联的性质（诸如质量流量、密度等）可以通过处理从与导管相关联的敏感元件（pickoff）或运动换能器接收的测量信号来确定。

振动计可以包括带有笔直导管或弯曲导管的组件。当材料开始流过导管时，科里奥利力使沿着导管的每个点具有不同的相位。例如，流量计入口端处的相位滞后于居中驱动器位置处的相位，而出口处的相位领先于居中驱动器位置处的相位。导管上的敏感元件产生代表导管运动的正弦信号。从敏感元件输出的信号被处理以确定敏感元件之间的时间延迟。两个或更多个敏感元件之间的时间延迟与流过导管的材料的质量流率成比例。

连接到驱动器的计量器电子器件生成驱动信号以操作驱动器，并根据从敏感元件接收到的信号来确定过程材料的质量流率和/或其他性质。驱动器可包括许多众所周知的布置结构中的任一种；然而，磁体和相对的驱动线圈是最常见的形式之一。交流电流被传递到驱动线圈，以用于使导管以期望的导管振幅和频率振动。类似于驱动器，敏感元件常常还包括磁体和线圈布置结构。

双导管科里奥利传感器在入口歧管处将流动流分成两个路径，从而为每个相应的导管提供一个流，并且然后在传感器出口之前的第二歧管处使流重新汇合。两个流动路径在出口之前的第二歧管处的会聚常常发生在与过程管道的直径相匹配的较大过渡体积中。当两条流动路径重新汇合时，它们流过歧管分流器，即歧管的后缘。尤其是在测量气体流量的情况下，分流器上的流会在流体流中产生漩涡脱落。漩涡脱落是一种振荡流，当诸如空气或水的流体以取决于钝体的尺寸和形状的某个速度流过钝体时，就会发生该振荡流。漩涡脱落可进一步导致振动和不想要的可听噪声。

因此，需要一种用于科里奥利流量计的歧管，该歧管具有减少的漩涡和声学噪声。

发明内容

根据第一方面，提供了一种具有减少的漩涡脱落的歧管。该歧管包括第一导管段、第二导管段、定位在第一导管段和第二导管段之间的分流器段、和第一突起，分流器段包括面向第一导管段的第一分流器面，第一突起的至少一部分定位在第一分流器面上。

根据第二方面，提供了一种用于制造具有减少的漩涡脱落的歧管的方法。该方法包括形成第一导管段，形成第二导管段，形成定位在第一导管段和第二导管段之间的分流器段，并形成第一突起，该分流器段包括面向第一导管段的第一分流器面，该第一突起的至少一部分定位在第一分流器面上。

方面

在另一方面，第一突起可具有圆形形状。

在另一方面，第一突起可具有细长形状。

在另一方面，第一突起可包括凹陷区域。

在另一方面，第一突起可延伸超过分流器段的唇缘。

在另一方面，分流器段可进一步包括面向第二导管段的第二分流器面，并且歧管可进一步包括第二突起，其至少一部分定位在第二分流器面上。

在另一方面，第一突起可以是第一尺寸，并且第二突起可以是第二尺寸。

在另一方面，第一突起可以是第一形状，并且第二突起可以是第二形状。

在另一方面，歧管可以进一步包括定位在第一分流器面或第二分流器面中的至少一者上的至少一个附加突起。

在另一方面，提供了一种具有根据第一方面的歧管的振动计。振动计可进一步包括第一导管、第二导管、联接到第一导管或第二导管中的至少一者的敏感元件、以及联接到第一导管或第二导管中的至少一者的驱动器。

在另一方面，第一突起可包括圆形形状。

在另一方面，第一突起可具有细长形状。

在另一方面，第一突起可包括凹陷区域。

在另一方面，第一突起可延伸超过分流器段的唇缘。

在另一方面，分流器段可进一步包括面向第二导管段的第二分流器面，并且该方法可进一步包括形成定位在第二分流器面上的第二突起。

在另一方面，提供了一种用于制造振动计的方法，该振动计包括根据第二方面制造的歧管。该方法还可包括将歧管的第一导管段联接到第一导管，将歧管的第二导管段联接到第二导管，将敏感元件联接到第一导管或第二导管中的至少一者，以及将驱动器联接到第一导管或第二导管中的至少一者，该驱动器被配置成使第一导管和第二导管振动。

附图说明

在所有附图中，相同的附图标记代表相同的元件。附图不一定按比例绘制。

图1描绘了根据示例的振动流量计；

图2描绘了歧管的透视图；

图3描绘了歧管的透视剖视图；

图4描绘了根据示例的歧管的透视剖视图；

图5描绘了根据示例的歧管的透视图；

图6描绘了根据示例的歧管的透视图；

图7描绘了根据示例的歧管的透视图；

图8描绘了根据示例的方法；以及

图9描绘了根据示例的方法。

具体实施方式

本申请描述了一种具有减少的漩涡脱落的歧管、一种包括所述歧管的振动计以及制造该歧管和振动计两者的方法。

图1描绘了根据示例的具有歧管150的振动计5。如图1所示，振动计5包括计量器组件10和计量器电子器件20。计量器组件10响应于过程材料的质量流率和密度。计量器电子器件20经由导线100连接到计量器组件10，以通过通信路径26提供密度、质量流率和温度信息以及其他信息。信息和命令还可通过通信路径26在计量器电子器件20处被接收。

描述了科里奥利流量计结构，尽管并非意图这起限制作用。本领域技术人员将容易理解，本申请可以作为振动管密度计、音叉密度计等来实践。

计量器组件10包括一对歧管150和150’、法兰103和103’、一对平行的第一导管130和第二导管130’、驱动器180、一对敏感元件170l和170r以及外壳190。

第一导管130和第二导管130’沿其长度在两个对称位置处弯曲，并且在其整个长度上基本平行。支承杆140和140’用于限定第一导管130和第二导管130’每一者围绕其振荡的轴线（不可见）。第一导管130和第二导管130’的支腿固定地附接到歧管150和150’。这提供了通过计量器组件10的连续封闭的材料路径。

当法兰103和103’连接到输运过程材料的过程管线（未示出）时，材料通过法兰103中的孔进入计量器的入口端104，并被引导通过歧管150。在歧管150内，材料被分开并按路线通过第一导管130和第二导管130’。在离开第一导管130和第二导管130’后，过程材料在歧管150’中重新结合成单股流，并且然后按路线流动到出口端104’回到过程管线（未示出）。

外壳190包围导管130、130’、驱动器180和敏感元件170l、170r的至少一部分。歧管150和150’可联接到外壳190。

第一导管130和第二导管130’被选择成围绕它们的弯曲轴线具有基本相同的质量分布、惯性矩和杨氏模量，弯曲轴线由支承杆140、140’限定。

第一导管130和第二导管130’两者由驱动器180围绕它们相应的弯曲轴线在相反的方向上并以被称为的流量计的第一异相弯曲模式来驱动。该驱动器180可包括例如安装到第一导管130’的磁体和安装到第二导管130的相对线圈。交流电流通过线圈，以使第一导管130和第二导管130’两者都振动。计量器电子器件20经由导线185向驱动器180施加合适的驱动信号。

计量器电子器件20接收分别出现在导线165l、165r上的左和右敏感元件信号。计量器电子器件20经由导线185提供信号，以经由驱动器180使第一导管130和第二导管130’振动。计量器电子装置20使用左敏感元件170l和右敏感元件170r信号来计算通过计量器组件10的材料的质量流率和/或密度。该信息以及其他信息可由计量器电子器件20通过通信路径26传输。

虽然图1描绘了与计量器电子器件20通信的单个计量器组件10，但是本领域技术人员将容易理解，多个传感器组件可与计量器电子器件20通信。此外，计量器电子器件20可能够操作各种不同的传感器类型。每个传感器组件，诸如与计量器电子器件20通信的计量器组件10，可在计量器电子器件20内具有存储系统的专用段。

如本领域技术人员将理解的，计量器电子器件20可包括各种其他部件和功能。为了简洁和清楚起见，可能从描述和附图中省略了这些附加特征。

图2和3描绘了根据现有方法的歧管200，其中图2描绘了透视图，并且图3描绘了剖视图。如可看到的，歧管200包括第一导管段202、第二导管段204、第一导管段和第二导管段204之间的分流器段206以及组合流动段208。第一导管段202和第二导管段204可各自联接到相应的导管130、130’。组合流动段208流体联接到第一导管段202和第二导管段204。

现有的歧管分流器段206提供第一导管段202和第二导管段204与组合流动段208之间的平滑过渡。现有的分流器段206包括在第一导管段202和第二导管段204之间的唇缘210，其边缘半径和厚度在分流器的长度上是一致的。唇缘210的钝边缘可导致漩涡脱落和流动噪声，尤其是当歧管200安装在气体管道中时。

图4描绘了根据本申请的示例的歧管400的剖视图。歧管400也包括第一导管段202、第二导管段204和组合流动段208。然而，歧管400不同于歧管200，因为它包括定位在第一导管段202和第二导管段204之间的分流器段406。分流器段406包括唇缘410。

分流器段406包括面向第一导管段202的第一分流器面408a。第一分流器面408a是定位在唇缘410的第一导管段202侧的表面。在示例中，第一分流器面408a可包括鞍形表面的横截面。在进一步的示例中，第一分流器面408a可包括圆锥、平面或本领域技术人员已知的任何其他形状的横截面。

歧管400还包括第一突起412a，其至少一部分定位在第一分流器面408a上。第一突起412a可有助于扰乱或分散分流器段406处的流体流，从而将流体分离成产生较少相干漩涡的流。

在示例中，第一突起412a可包括圆形形状。例如，如图4和5所描绘的，第一突起412a包括球体的横截面。

在示例中，歧管400可定位在计量器组件10的出口端104’处。在进一步的示例中，歧管400可替代地定位在过程路径中的两个流动路径汇合成单个流动路径的其他点处，诸如两个流动路径会聚的Y形配件的下游边缘。然而，在进一步的示例中，歧管400可定位在入口端104处。本领域技术人员将会理解，歧管400的其他位置也是可能的。

在示例中，如在图5中可看到的，歧管400的分流器段406还可以包括面向第二导管段204的第二分流器面408b，以及定位在第二分流器面408b上的第二突起412b。像第一突起412a一样，第二突起412b也可以是圆形的。然而，在进一步的示例中，第二突起412b可以是可操作来扰乱分流器段406处的流体流动的任何形状。

在示例中，第一突起412a和第二突起412b可以是相同的形状，或者不同的形状。在进一步的示例中，第一突起412a和第二突起412b可以是相同的尺寸或不同的尺寸。通过提供两种不同形状或尺寸的突起，可能有可能进一步扰乱分流器段406上的流体流。

在进一步的示例中，第一突起412a可以是正方形、椭圆形、不规则形或任何其他形状。例如，图6描绘了歧管600的透视图。歧管600包括分流器段606和唇缘610。分流器段606包括第一突起612a，其至少一部分定位在第一分流器面608a上。第一突起612a包括细长形状，该细长形状被定位成使得最长尺寸基本平行于唇缘610。通过提供细长的第一突起612a，歧管600可进一步有助于扰乱分流器段606上的流体流。

在示例中，第一突起612a可包括第一凹陷区域614a。凹陷区域614a可进一步有助于减少具有在歧管600中产生相干涡流的可能性的流的形成。

在示例中，歧管600可进一步包括定位在第二分流器面608b上的第二突起612b。第二突起612b可包括第二凹陷区域614b，还可操作以减少相干涡流的形成。在示例中，第一突起614a和第二突起614b可在分流器段606上形成鞍形特征，如图6所描绘的。

图7进一步描绘了示例歧管700，包括分流器段706。分流器段706包括定位在第一分流器面708上的第一突起712。第一突起712在组合流动段208的方向上延伸超过唇缘710。因为第一突起712延伸超过唇缘710，所以它可有助于扰乱分流器段706两侧上的流体流。在示例中，歧管700可进一步包括第二突起（未绘图）。

虽然已经提供了一个或两个突起的示例，但是本领域技术人员将容易理解，歧管400、600或700可包括三个或更大数量的突起。

图8描绘了方法800，其可被执行以制造具有减少的漩涡脱落的歧管。

方法800从步骤802和804开始。在步骤802中，形成第一导管段202，并且在步骤804中，形成第二导管段204。

方法800继续步骤806。在步骤806中，形成分流器段406、606、706，其定位在第一导管段202和第二导管段204之间，分流器段406、606、706包括面向第一导管段202的第一分流器面408a、608a。

方法800继续步骤808。在步骤808中，形成第一突起412a、612a、712，其定位在第一分流器面408a、608a上。

在示例中，方法800可进一步包括步骤810。在步骤810中，可形成第二突起412b、612b，其定位在第二分流器面408b、608b上。

在示例中，第一导管段202或第二导管段204、分流器段406、606、706、第一突起412a、612a、712或第二突起412b、612b中的任一者可通过机械加工、铸造、熔焊、三维印刷或本领域技术人员已知的任何其他制造技术来形成。在示例中，歧管400、600、700可形成为单个集成主体，或者第一导管段202或第二导管段204、分流器段406、606、706、第一突起412a、612a、712或第二突起412b、612b的任何部分可单独形成，并经由熔焊、铜焊、胶合等联接在一起，以形成歧管400、600、700。

图9描绘了方法900，其可被执行以制造包括根据方法800的任何步骤制造的歧管的振动计，该歧管包括具有减少的漩涡脱落的歧管。

方法900从步骤902和904开始。在步骤902中，将歧管的第一导管段联接到第一导管。在步骤904中，将歧管的第二导管段联接到第二导管。例如，第一导管段202可联接到第一导管130，并且第二导管段204可联接到第一导管130。在示例中，如本领域技术人员将理解的，第一导管130或第二导管130’可经由熔焊、铜焊或胶合联接到歧管400、600、700。

方法900继续步骤906。在步骤906中，将敏感元件联接到第一导管130或第二导管130’中的至少一者。例如，左敏感元件170l和右敏感元件170r可各自被熔焊、铜焊、胶合或以其他方式附接到相应的第一导管130或第二导管130’。

方法900继续步骤908。在步骤908中，将驱动器180联接到第一导管130或第二导管130’中的至少一者，驱动器180被配置成使第一导管130和第二导管130’振动。例如，驱动器180可熔焊、铜焊、胶合或以其他方式附接到第一导管130和/或第二导管130’。

本文所述的歧管、振动计和制造这两者的方法可有助于减少漩涡脱落，从而减少由科里奥利流量计中的流体流动引起的可听噪声和振动。

上述示例的详细描述并不是发明人设想的在本申请范围内的所有示例的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识到，上述示例的某些元素可以不同地组合或省去，以创建进一步的示例，并且这种进一步的示例落入本申请的范围和教导内。对于本领域普通技术人员来说，显而易见的是，上述示例可以全部或部分地组合，以在本申请的范围和教导内创建附加的示例。因此，本申请的范围应该由以下权利要求来确定。

Claims

1.一种用于减少的漩涡脱落的歧管（400、600、700），所述歧管（400、600、700）包括：

第一导管段（202）；

第二导管段（204）；

定位在所述第一导管段（202）和所述第二导管段（204）之间的分流器段（406、606、706），所述分流器段（406、606、706）包括面向所述第一导管段（202）的第一分流器面（408a、608a、708）；和

第一突起（412a、612a、712），其至少一部分定位在所述第一分流器面（408a、608a、708）上。

2.根据权利要求1所述的歧管（400、600、700），其中，所述第一突起（412a、612a、712）具有圆形形状。

3.根据前述权利要求中任一项所述的歧管（400、600、700），其中，所述第一突起（612a）具有细长形状。

4.根据前述权利要求中任一项所述的歧管（400、600、700），其中，所述第一突起（612a）包括凹陷区域（614a）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的歧管（400、600、700），其中，所述第一突起（712）延伸超过所述分流器段（706）的唇缘（710）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的歧管（400、600、700），其中，所述分流器段（406、606、706）还包括面向所述第二导管段（204）的第二分流器面（408b、608b），并且所述歧管（400、600、700）还包括：

第二突起（412b、612b），其至少一部分定位在所述第二分流器面（408b、608b）上。

7.根据权利要求6所述的歧管（400、600、700），其中，所述第一突起（412a、612a、712）是第一尺寸，并且所述第二突起（412b、612b）是第二尺寸。

8.根据权利要求6至7中任一项所述的歧管（400、600、700），其中，所述第一突起（412a、612a、712）是第一形状，并且所述第二突起（412b、612b）是第二形状。

9.根据前述权利要求中任一项所述的歧管（400、600、700），进一步包括：

至少一个附加突起，其定位在所述第一分流器面（408a、608a、708）或所述第二分流器面（408b、608b）中的至少一者上。

10.一种振动计，包括根据前述权利要求中任一项所述的歧管（400、600、700），还包括：

第一导管（130）；

第二导管（130’）；

联接到所述第一导管（130）或所述第二导管（130’）中的至少一者的敏感元件（170l、170r）；和

联接到所述第一导管（130）或所述第二导管（130’）中的至少一者的驱动器（180）。

11.一种制造用于减少的漩涡脱落的歧管（400、600、700）的方法，所述方法包括：

形成第一导管段（202）；

形成第二导管段（204）；

形成定位在所述第一导管段（202）和所述第二导管段（204）之间的分流器段（406、606、706），所述分流器段（406、606、706）包括面向所述第一导管段（202）的第一分流器面（408a、608a、708）；和

形成第一突起（412a、612a、712），其至少一部分定位在所述第一分流器面（408a、608a、708）上。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一突起（412a、612a、712）具有圆形形状。

13.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中，所述第一突起（412a、612a、712）具有细长形状。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述第一突起（412a、612a、712）包括凹陷区域（614a）。

15.根据权利要求11至12中任一项所述的方法，其中，所述第一突起（712）延伸超过所述分流器段（706）的唇缘（710）。

16.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，所述分流器段（406、606、706）还包括面向所述第二导管段（204）的第二分流器面（408b、608b），并且所述方法还包括：

形成定位在所述第二分流器面（408b、608b）上的第二突起（412b、612b）。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述第一突起（412a、612a、712）是第一尺寸，并且所述第二突起（412b、612b）是第二尺寸。

18.根据权利要求16至17中任一项所述的方法，其中，所述第一突起（412a、612a、712）是第一形状，并且所述第二突起（412b、612b）是第二形状。

19.一种制造包括根据权利要求11至18中任一项制造的具有减少的漩涡脱落的歧管（400、600、700）的振动计（5）的方法，还包括：

将所述歧管（400、600、700）的所述第一导管段（202）联接到第一导管（130）；

将所述歧管（400、600、700）的所述第二导管段（204）联接到第二导管（130’）；

将敏感元件（170l、170r）联接到所述第一导管（130）或所述第二导管（130’）中的至少一者；和

将驱动器（180）联接到所述第一导管（130）或所述第二导管（130’）中的至少一者，所述驱动器（180）被配置成使所述第一导管（130）和所述第二导管（130’）振动。