CN1157591C - 科里奥利质量流量计 - Google Patents

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Abstract

科里奥利质量流量计的两流管(1和2)被制成仅以一个方向弯曲的弓形。进口侧和出口侧总管(25)被从进口侧总管的进口和出口侧总管的出口平滑地弯曲至连接两流管和总管的接头，并在该接头处以同一方向的预定角度连接到流管(1和2)上。通过使流管制成平行弓形管结构，能够获得很好的应力消散性和抗震性，并能减小外部振动、安装条件、管内应力及热效应对流量计的影响。

Description

科里奥利质量流量计
技术领域
本发明通常涉及一种科里奥利流量计，尤其是涉及一种采用两平行的弓形流管的科里奥利质量流量计。
背景技术
质量流量计(科里奥利质量流量计)的工作原理是这样，当载有待测流动流体的管道的两端被支承，且该管道绕该支承支点以垂直于流体流动方向振动时，施加到管道上(下文中，施加振动的管道称为流管)的科里奥利力与流体质量流量成比例，这是公知的。用于科里奥利质量流量计的流管分为两种类型：弯管和直管。
图5是普通的两平行弯管型科里奥利质量流量计的示意图。如图所示，流管1和2包括两个平行的弯管(U形管)，在它们中部由驱动单元15驱动，该驱动单元15包括一个线圈和一个磁体，以便产生彼此反相位的谐振。各包括一个线圈和一个磁体的一对振动传感器16和17布置在相对于驱动单元15的安装位置对称的位置处，以便检测与科里奥利力成比例的相位差。
一待测流体从通过进口侧法兰18与该流量计相连的一外部管道进入管道体37内，并通过一端板38偏转90度，等量分支地流入两流管1和2中。这两股流体汇聚为一股于流管1和2的出口侧，并通过端板36偏转90度，以便排出到通过出口侧法兰19与该流量计相连的外部管道中。众所周知，通过使待测流体在两流管1和2中等量流动，即使对于不同类型的流体或者流体处于不同温度，也可使两流管1和2的固有频率总是基本相等。还可知，由于上述结构，科里奥利流量计能够高效驱动、稳定和不受外部振动和温度变化的影响。
一个弯管型的科里奥利质量流量计要使用和测量从管道体37侧向伸出的流管之基部(proximal part)的振动，它必须保证一个对于侧向伸出的流管之基部所需的长度。这不可避免地增加了该流量计的尺寸。
另一方面，直管型的科里奥利质量流量计的直流管以外部管道的方向布置，两端被支承的直管在其中部产生垂直于直管轴线方向的振动，从而当由科里奥利力而在直管的支承部位和中部之间产生一位移差或相位差的信号时检测出质量流量。该直管型的科里奥利质量流量计的结构简单、紧凑和坚固。
不过，流管为直管型的科里奥利质量流量计易受温度波动的影响，因为直管的两端必须被固定支承。也就是，当所测量的流体的温度变化时，流管的温度马上随流体温度的改变而变化，而固定结构件的温度变化将延迟，该固定结构件例如为固定该流管的底盘。因此，在流管和固定结构件之间产生延伸率差值，从而产生纵向应力。这使得管的固有频率由于弹性常数改变而变化，该弹性常数的变化是由于应力产生的。为克服这一点，直管型科里奥利质量流量计必须具有应力吸收装置，例如膜片、波纹管等。
由于温度变化而产生的纵向延伸问题可以通过将流管制成弓形来解决。图6是用于辅助说明具有弓形流管的普通科里奥利质量流量计的工作方式的原理图。
一弓形流管具有很好的抗震性，因为它们能够使应力消散。不过，在普通的弓形管结构中，总管和流管在管的轴线方向连接。如图6(A)中流管中部的R和两侧的两个r所示，该流管包括三个以上的弯曲段，这不利于流管的设计，尤其是对于需要对称的双管结构。如图6(B)中流管垂直振动的两个状态所示，应当由基盘固定的振动节点也要承受振动，这使得准确测量很困难。
发明内容
本发明将解决这些问题，本发明的一个目的是提供一种两弓形管型的科里奥利质量流量计，它不受外部振动、安装条件、管内应力以及使该流管形成弓形平行管形状时的热应力的影响，该弓形平行管有利于应力消散和抗震性。
本发明的另一目的是增加振动能泄漏方向上的刚性，从而减小振动能泄漏，且不增加振动的基部的质量。
为实现上述目的，本发明提供一种科里奥利质量流量计，它包括两个平行流管、一个使一待测流体从一进口分支地流入两个流管的进口侧总管、一个使在这两个流管内流动的待测流体流汇聚流入到一出口以使所述待测流体排出的出口侧总管、一个用于在中间部驱动这两根流管并使一根流管与另一根流管彼此反相谐振的且包括一个安装在所述一根流管上的驱动单元线圈和一个安装在所述另一根流管上的驱动单元磁体的驱动单元、一对安装在相对于所述驱动单元的安装位置为水平对称的位置处以检测与科里奥利力成比例的相位差的振动传感器，所述流量计包括：所述两流管被制成仅以一个方向弯曲的一弓形；所述进口侧和出口侧总管被从所述进口侧总管的一进口和所述出口侧总管的一出口平滑地弯曲至连接所述两流管的接头，并在所述接头处以与所述流管方向相同的预定升高角度被连接到所述流管上。这一结构能使弓形平行管型的流管有很好的应力消散性和抗震性，使得质量流量计较少受外部振动、安装条件、管内应力及热效应的影响。
本发明的科里奥利质量流量计包括一轴向上基本为圆筒形的密封抗压壳体，该密封抗压壳体的圆筒形部分两端的开口由以平滑外形(smooth contour)连接的端板封闭，进口侧和出口侧总管以总管通过拐角的形式与密封抗压壳体的圆筒形部分之拐角相连。这一结构增加了振动能泄漏方向上的刚性，从而减小振动能泄漏而不增加振动的基部的质量。
本发明的科里奥利质量流量计具有一对在进口侧和出口侧总管上成整体形成的盘状法兰，抗压壳体的两端牢牢地固装在该法兰上，而该抗压壳体的横截面形状被制为一椭圆形，其长轴方向被定位在流管的弯曲方向上，长轴的长度从轴向中心处朝两端被平滑地递减，并在靠近两端的一预定长度上成为一基本圆形。
本发明的科里奥利质量流量计在抗压壳体上和靠近连接流管和总管的接头处设有一温度传感器，以便补偿流管两侧固定端之间距离的热效应和流管刚性的热效应。
附图说明
图1是本发明的采用两平行弓形流管的科里奥利质量流量计之第一实施例的局部剖正视图和在总管处剖开的侧视图。
图2是图1所示的科里奥利质量流量计的仰视图和在中心处剖开的侧视图。
图3是图1所示的科里奥利质量流量计的局部剖俯视图。
图4是图1所示总管的放大图，以便说明抗压壳体的作用。
图5是普通的两平行弯管型科里奥利质量流量计的示意图。
图6是辅助说明普通的具有弓形流管的科里奥利质量流量计的工作状态的原理图。
图7是说明本发明的采用两平行弓形流管的科里奥利质量流量计之第二实施例的视图。
具体实施方式
图1至4描述了本发明采用两平行弓形流管的弓形管型科里奥利质量流量计之第一实施例。图示的科里奥利质量流量计既可用于垂直方位，也可用于水平方位，当用于水平方位时，流管中间的凸起部分既可以向上，也可以向下定位。不过，应当注意，当用于测量气体时，该流管的凸起部分优选是朝上定位，如图所示，以防止液体滞留在该凸起部分，当用于测量液体时，该凸起部分朝下定位，以防止气泡滞留在该处。
图1至4所示为本发明的科里奥利质量流量计；图1是在进口和出口管道水平安装时的局部剖的正视图(如左侧所示)和在总管处剖开的侧视图(如右侧所示)，图2是从图1下面看的仰视图(如左侧所示)和在中心处剖开的侧视图(如右侧所示)，图3是局部剖的俯视图，图4是总管的放大图。
图示科里奥利流量计的流管1和2是同样形状的弓形管，各管的两端部通过焊接或其它方式与进口侧和出口侧，总管25相连。待测流体假定从图1的左侧流入，右侧流出。待测流体由通过法兰18连接的外部管道流入，并在进口侧总管处等量分支地流入两流管1和2。在流管1和2的出口侧，待测流体汇聚流入出口侧总管25成一股流并流出到通过法兰19连接的外部管道中。
因为进口侧和出口侧对称布置，因此仅对图中所示的出口侧进行说明。总管25由出口处(连接法兰19的部分)上升并变成光滑弧线(参考图1或4)向上弯曲预定角度，以转向连接流管1和2的接口。通过使连接流管的总管部分以流管上升的角度倾斜，整个总管-流管组件就可以形成一光滑的弓形，而流管自身表明了一简单的单路曲线。尽管该总管通过使流道由一个出口分支到两流管1和2而形成两个流道(参见图3)，但是流道的总截面积可以逐步减小到流管的截面积。这样能大大减小压力损失。
这样，对于振动测量很关键的流管1和2就被制成一简单的单路曲线结构，而包含有使流道从两流管改变到外部管道的复杂结构则由总管解决了。这样，两流管1和2能够通过焊接或其它方式固定在总管上，而不需要柔性部分(应力吸收装置)。弓形管形状的流管不仅能吸收热应力，而且能承受管内应力。
当流管被驱动时，用于形成振动节点的基盘28被设置在靠近流管1和2的两端。基盘28彼此牢牢固定，从而使流管1和2保持平行定位。若有基盘28时，该基盘28有助于振动以这样的方式进行，即：安装基盘的点作为振动的第一支点，而流管1和2连接到进口侧和出口侧之总管的上端的接头作为第二支点。
驱动单元15是这样的，一驱动单元线圈通过固定件装在一个流管1上，一驱动单元磁体通过固定件装在另一流管2上。驱动单元线圈的接线通过一柔性印刷线路板12、一装于水平板33上的基座35以及一外接线端34与科里奥利质量流量计的外部相连。该外接线端34由抗压壳体31支承并穿过该抗压壳体31，一对振动传感器16和17是这样的，一振动传感器磁体通过驱动单元15两侧的固定件装在一个流管1上，而一振动传感器线圈通过驱动单元15两侧的固定件装在另一流管2上。
将整个流量计保持于总管之两侧的抗压壳体31通过一轴向的基本成圆筒形的筒体和端板32形成一密封状态，该端板以光滑圆弧形状外形封闭该筒体的开口，如图1或者是与图1垂直的图2或图3所示。进口侧和出口侧总管25被装配在抗压壳体31的筒体部分之拐角处，也就是端板32的环绕部分。通过使抗压壳体31这样形成一轴向圆筒形，壳体31的抗压性能大大提高。如前所述，在抗压壳体31之中央处设置水平板33有助于减小环圈(hoop)方式的振动，即该抗压壳体在高度方向膨胀而在宽度方向收缩，或者相反，在高度方向收缩而在宽度方向膨胀。
图4是总管部分的放大图，用于说明具有前述结构的抗压壳体31的作用。当弓形流管被驱动时，振动能沿该管的轴向泄漏，如图中箭头所示。因此需要增加在该振动能泄漏方向的刚性。为此，振动流管被固定的基部设置在拐角部分处，该拐角部分的刚性大于圆筒形抗压壳体其它部分的刚性。这样能通过使该抗压壳体自身作为在进口侧和出口侧连接该基部的框架，实现所谓的硬壳结构，而不会增加抗压壳体的厚度。该硬壳结构中，抗压壳体作为框架，不包括振动件，这使得该结构不受共振的影响。
驱动单元15驱动两流管1和2，以使两流管的中间部分彼此反相谐振。一对振动传感器16和17被配置在相对于驱动单元15的安装位置为水平对称的位置处，以检测与科里奥利力成比例的相位差。图示驱动单元15和振动传感器16和17被配置于流管1和2的轴线之间。换句话说，当以彼此重叠的方向看两流管时，如图1所示，驱动单元15和振动传感器16和17被配置于流管1和2之间，而中心位于两流管中心轴线的连线上。因为这样使得驱动力作用在流管中心轴线的连线上，并能在流管中心轴线的连线上检测由驱动力产生的科里奥利力，因此没有由于振动的惯性力而产生的惯性力矩。
图7所示为本发明的采用两平行弓形流管的弓形管型科里奥利质量流量计的第二实施例。如局部剖的图7所示，具有不同尺寸的连接管和流管的两种型号的科里奥利质量流量计(A)和(B)用于测量不同的流量范围。图7上部所示的科里奥利质量流量计(A)具有比下部所示的科里奥利质量流量计(B)更大的流量测量范围。对于图的下部所示的流量计(B)，在该流量计(B)的右侧还表示了沿靠近轴心处剖取的剖面图。图上部的流量计(A)的剖面图没有画出是因为它有基本相同的横截面形状，虽然它的尺寸稍大。
图示科里奥利质量流量计的流管和连接流管的进口侧及出口侧总管的形状基本与图1至4所示的第一实施例相同。也就是，作为振动测量的关键部件的流管1和2自身的结构是以一个方向简单弯曲的管，而复杂的流道变化则由总管处理。流管1和2能够通过焊接或其它方式牢牢固定在总管上。这样形成的结构可以不需要柔性部件(应力吸收装置)，能由设计成弓形管的流管结构吸收热应力，并能承受管内应力。在第二实施例中与第一实施例相同的是，基盘28靠近流管1和2的两端设置，以便在流管被驱动时形成振动的节点。
驱动单元15和一对振动传感器16和17的安装和配置基本与第一实施例相同。驱动单元及振动传感器16和17的接线通过柔性印刷线路板12和外接线端34连接到科里奥利质量流量计的外部。
如图所示，温度传感器布置于两个位置。在流管两端的固定端部之间的距离变化必须进行补偿，因为它们对振动频率有不良影响。图示装置被设计为通过测量抗压壳体的特征温度并根据抗压壳体的预计伸长来进行补偿。另一传感器用于测量使流管与总管相连的接头附近处的温度。该传感器用于补偿由于流管温度变化而导致的刚性变化。
图7所示流量计的结构是考虑到易于制造。尽管用于图示两流量计(A)和(B)的流管应当具有不同直径，但是这两流量计的结构是，即使流管直径不同，也可以用同样尺寸的总管。
盘状法兰与两侧端的总管为一体形成，这样，通过使抗压壳体与盘状法兰焊接或以其它方式相连接，流量计内部与外部密封隔离。为了便于制造，该抗压壳体被分成抗压壳体30和31。抗压壳体30和31通过焊接或其它方式连接在一起以形成一抗压壳体。连接起来后，抗压壳体具有一椭圆形截面形状，其长轴的方向被定位为流管弯曲的方向，如图7所示。抗压壳体的椭圆形截面形状是这样，在该轴向的中心处，该椭圆形截面形状的垂直长度最大，该垂直长度从该轴向中心处开始朝两端头对称地逐步平缓地递减。在抗压壳体连接法兰的两端头处，该抗压壳体的横截面在沿轴向上一预定长度内呈一基本的圆形。
通过这样在轴向上使横截面形成一椭圆形或基本圆形的形状，不仅能增强该壳体的抗压性，而且使该抗压壳体自身易于制造和易于将该壳体装配到科里奥利质量流量计中。下面将对这进行介绍。
当流量计的尺寸增加时，轴向长度也增加。这可以由连接图7中上部和下部所示的两流量计(A)和(B)的两条虚线表示。即使两流量计的尺寸不同，抗压壳体30和31的形状可以在两虚线所示范围内作成一样。换句话说，不同尺寸的流量计可以通过使用相同的挤压模冲制出同样尺寸的抗压壳体并改变两端的切割长度来制造。而且，由于抗压壳体两端的圆形横截面有几乎恒定的直径，故法兰能够很容易地焊接到抗压壳体上，而不会受法兰自身的妨碍。
本发明的由仅向一个方向弯曲的流管形成的弓形管型科里奥利质量流量计能够很好地分配管内应力、热应力等。即使流管已经变形，变形的流管也不会产生不良影响，因为该弓形流管是连续弯曲没有奇异点的。而且，弓形流管较少受压力的不良影响，因为该弓形流管的曲率半径很大，所以管的横截面只有小的扁率。此外，弓形流管很少受管材料退化(degradation)和壁厚减小的影响。
本发明的科里奥利质量流量计不易堵塞，易于清洗，且因为在流管和总管内没有急剧弯曲处，因此没有压力损失。当流体流在总管部分中分支和上升到弓形流管时，流道可以递减，涡流产生的离心力能防止流体流在弯曲处分离。
而且，本发明的优点还包括较少有管道振动能向流量计外泄漏，因为振动泄漏是以流管轴向方向和垂直于流管轴向的方向消散。
而且，在本发明中，当抗压壳体形成轴向的简单圆筒形时，可以达到所需最小的等壁厚，这使得热容更小，提高热响应。
而且，因为抗压壳体的两端牢牢固定在与总管成一体形成的盘状法兰上，而且抗压壳体的剖面形状成椭圆形，其长轴的长度平稳变化，因此本发明的结构易于制造。

Claims (4)

1.一种科里奥利质量流量计，它包括两个平行流管、一个使一待测流体从一进口分支地流入两个流管的进口侧总管、一个使在这两个流管内流动的待测流体流汇聚流入到一出口以使所述待测流体排出的出口侧总管、一个用于在中间部驱动这两根流管并使一根流管与另一根流管彼此反相谐振的且包括一个安装在所述一根流管上的驱动单元线圈和一个安装在所述另一根流管上的驱动单元磁体的驱动单元、一对安装在相对于所述驱动单元的安装位置为水平对称的位置处以检测与科里奥利力成比例的相位差的振动传感器，所述流量计包括：
所述两流管被制成仅以一个方向弯曲的一弓形；以及
所述进口侧和出口侧总管被从所述进口侧总管的一进口和所述出口侧总管的一出口平滑地弯曲至连接所述两流管的接头，并在所述接头处以与所述流管方向相同的预定升高角度被连接到所述流管上。
2.根据权利要求1所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，还包括：一轴向上圆筒形的密封抗压壳体，该密封抗压壳体的圆筒形部分的开口由端板封闭，其中，所述进口侧和出口侧总管被装配在所述圆筒形部分的拐角处并通过所述拐角。
3.根据权利要求2所述的科里奥利质量流量计，其特征在于：所述进口侧和出口侧总管具有一对一体形成的盘状法兰，所述抗压壳体的两端牢牢地固定在该两个法兰上；所述抗压壳体的横截面形状为一椭圆形，其长轴方向定位在所述流管弯曲的方向上，所述长轴的长度从该抗压壳体的轴向中心部分朝其两端被平滑地递减，并在靠近两端的一预定长度上成为一基本圆形。
4.根据权利要求3所述的科里奥利质量流量计，其特征在于，还包括：在所述抗压壳体上设有一温度传感器，以便补偿所述流管两侧固定端之间距离的热效应，以及在靠近连接所述流管和所述总管的所述接头处设有一温度传感器，以便补偿所述流管刚性的热效应。
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