RU2575136C1

RU2575136C1 - Twisted sensor tube

Info

Publication number: RU2575136C1
Application number: RU2014126569/28A
Authority: RU
Inventors: Лоуэлл А. КЛЕВЕН
Original assignee: Роузмаунт Инк.
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2016-02-10

Abstract

FIELD: measurement equipment.

SUBSTANCE: sensor tube (12) is proposed for protection of a sensor (13), introduced into a moving process fluid medium. The sensor tube (12) includes a section (16) of contact with the process fluid medium for installation in a process reservoir and an extended section passing from the section (16) of contact with the process fluid medium to a tightly closed end (22). The extended section includes a twisted section (20), having a longitudinal axis. The section (16) of contact with the process fluid medium and the extended section form a channel (36) for the sensor, made as capable of sensor (13) installation in it. The twisted section (20) has a cross section, which includes at least three walls of identical size, which form a polygon, and in which walls produce spirals along the longitudinal axis of the twisted section.

EFFECT: increased strength and working characteristics of a device.

20 cl, 7 dwg

Description

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND

Настоящее изобретение относится к сенсорной трубке, такой как термокарман, используемой в процессе измерения технологического параметра текучей среды в технологическом процессе. Более конкретно, настоящее изобретение относится к конфигурации сенсорной трубки, при которой достигается уменьшение вихревого потока посредством использования простой технологии производства.The present invention relates to a sensor tube, such as a thermowell, used in the process of measuring a process variable of a fluid in a process. More specifically, the present invention relates to a sensor tube configuration in which a reduction in vortex flow is achieved by using simple manufacturing techniques.

Температура технологической текучей среды является важным физическим параметром, который, в большинстве случаев, используется для управления или иного контроля технологического процесса. Температура технологической текучей среды, как правило, измеряется с использованием термодатчика, такого как термопреобразователь сопротивления (RTD), термопара или термистор. Сам термодатчик, как правило, не способен выдерживать прямой контакт с технологической текучей средой. Таким образом, теплопроводящая сенсорная трубка, такая как термокарман, используется для сопряжения с технологической текучей средой, защищая термодатчик. Технологическая текучая среда непосредственно контактирует с термокарманом, и тепло от технологической текучей среды передается через термокарман на расположенный в нем термодатчик. Таким образом, термодатчик может точно измерять температуру технологической текучей среды, непосредственно не контактируя с технологической текучей средой. Термокарман позволяет заменять термодатчик без необходимости нарушения герметичности технологического процесса.The temperature of the process fluid is an important physical parameter that, in most cases, is used to control or otherwise control the process. Process fluid temperature is typically measured using a temperature sensor, such as a RTD, thermocouple, or thermistor. The thermal sensor itself, as a rule, is not able to withstand direct contact with the process fluid. Thus, a heat-conducting sensor tube, such as a thermowell, is used to interface with the process fluid, protecting the thermal sensor. The process fluid is in direct contact with the thermowell, and heat from the process fluid is transferred through the thermowell to the temperature sensor located therein. In this way, the temperature sensor can accurately measure the temperature of the process fluid without directly contacting the process fluid. The thermowell allows you to replace the thermal sensor without the need for violation of the tightness of the process.

Поскольку сенсорные трубки и термокарманы непосредственно помещаются в технологический процесс, они подвергаются множеству воздействий. Когда термокарманы используются в трубах или резервуарах, они страдают от высоких усталостных напряжений, вызванных посредством вихревого потока. Этот вихревой поток возникает при определенных частотах, которые определяются из числа Строухала. Число Строухала приблизительно равно 0,22 и, тем не менее, немного варьируется посредством с числа Рейнольдса. Число Строухала составляет f_sd_m/V, где f_s является частотой образования вихрей, d_m является диаметром цилиндрического термокармана, и V является скоростью потока. Если частота образования вихрей будет близка к частоте собственных колебаний термокармана, то термокарман будет сильно вибрировать с частотой собственных колебаний и превышать пределы усталостного напряжения. В целом, интерес представляют две скорости, наибольшие напряжения вызываются посредством вибрации поперечного потока, которая имеет частотой, заданной посредством числа Строухала. Существует вторая представляющая интерес скорость, и она равна 1/2 скорости, заданной посредством числа Строухала. Эта скорость вызывает вибрацию термокармана совместно с потоком, и вызывается посредством завихрений, образуемых с каждой стороны термокармана, где формируются силы, в два раза превышающие частоту образования вихрей. В этом режиме вибрации обычно формируется меньшее напряжение, чем в случае поперечного потока, но оно все еще может вызвать отказ термокармана вследствие усталости.Since the sensor tubes and thermowells are directly placed in the process, they are subjected to many influences. When thermowells are used in pipes or tanks, they suffer from high fatigue stresses caused by the swirl flow. This vortex flow occurs at certain frequencies, which are determined from the number of Strohal. The number of Strouhal is approximately equal to 0.22 and, nevertheless, varies slightly with the Reynolds number. The Strouhal number is f _s d _m / V, where f _s is the vortex formation frequency, d _m is the diameter of the cylindrical thermowell, and V is the flow rate. If the frequency of vortex formation is close to the frequency of natural vibrations of the thermowell, the thermowell will vibrate strongly with the frequency of natural oscillations and exceed the limits of fatigue stress. In general, two speeds are of interest, the greatest stresses are caused by the vibration of the transverse flow, which has a frequency specified by the Strouhal number. There is a second speed of interest, and it is equal to 1/2 of the speed given by the Strohal number. This speed causes the thermowell to vibrate together with the flow, and is caused by vortices formed on each side of the thermowell, where forces are generated that are twice the frequency of the formation of vortices. In this mode of vibration, less stress is usually formed than in the case of a transverse flow, but it can still cause the thermowell to fail due to fatigue.

Конструкции термокарманов, как правило, проверяются посредством технических требований стандарта ASME (Американского института инженеров-механиков) и РТС (Центра нефтяных технологий) 19.3 TW-2010 и задают допустимые скорости потоков для заданных условий. Режим совместной вибрации проверяется на уровне напряжения при частотах вихреобразования от 0,4 до 0,6 от самой низкой частоты собственных колебаний термокармана. Некоторые области применения в этом диапазоне скоростей будут недопустимы вследствие уровней усталостного напряжения. В этом стандарте требуется, чтобы частота вихреобразования во всех областях применения была ниже 0,8 от частоты собственных колебаний.Thermowell designs are typically checked through the technical requirements of ASME (American Institute of Mechanical Engineers) and RTS (Petroleum Technology Center) 19.3 TW-2010 standard and specify the allowable flow rates for given conditions. The joint vibration mode is checked at the voltage level at vortex frequencies from 0.4 to 0.6 of the lowest natural vibration frequency of the thermowell. Some applications in this speed range will be unacceptable due to fatigue stress levels. This standard requires that the vortex frequency in all applications be below 0.8 of the natural frequency.

В некоторых обстоятельствах, силы вихревого потока могут привести к поломке термокарман вследствие отказа в результате усталостного напряжения, и, следовательно, потеря устойчивости к воздействию давления и потенциальное повреждение последующих в составе технологической линии компонентов вследствие неприкрепленной части в трубе.In some circumstances, the forces of the vortex flow can lead to breakdown of the thermowell due to failure due to fatigue stress, and, consequently, loss of resistance to pressure and potential damage to subsequent components in the process line due to the loose part in the pipe.

Было сделано несколько попыток уменьшения вихревого потока, возникающего по причине наличия термокарманов. Например, известен способ прикрепления спиральных ребер к термокарману для уменьшения вихревого потока. Патентная публикация США 2008/0307901 Al Jeremy Knight также описывает термокарман или трубку для взятия пробы газа с прикрепленными спиральными ребрами. Другие способы уменьшения вихревого потока могут быть найдены в статье, опубликованной M.M. Zdravkovich, озаглавленной "Review and classification of various aerodynamic and hydrodynamic means for suppressing vortex shedding" в Journal for Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 7 (1981) стр. 145-189.Several attempts have been made to reduce the vortex flow due to the presence of thermowells. For example, a method is known for attaching spiral ribs to a thermowell to reduce vortex flow. US Patent Publication 2008/0307901 Al Jeremy Knight also describes a thermowell or gas sampling tube with attached spiral ribs. Other ways to reduce vortex flow can be found in an article published by M.M. Zdravkovich, entitled "Review and classification of various aerodynamic and hydrodynamic means for suppressing vortex shedding" in Journal for Wind Engineering and Industrial Aerodynamics, 7 (1981) pp. 145-189.

Создание простой в изготовлении сенсорной трубки с эффективным уменьшением вихревого потока обеспечит важное усовершенствование в области измерения технологических параметров технологической текучей среды во время протекания технологической текучей среды или иного ее движения.The creation of an easy-to-manufacture sensor tube with effective reduction of the vortex flow will provide an important improvement in the field of measuring technological parameters of a process fluid during a process fluid or its other movement.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Обеспечена сенсорная трубка, предназначенная для защиты датчика, введенного в движущуюся технологическую текучую среду. Сенсорная трубка включает в себя участок контакта с технологической текучей средой для установки в технологическую емкость и удлиненный участок, проходящий от участка контакта с технологической текучей средой до герметично закрытого конца. Удлиненный участок включает в себя скрученный участок, имеющий продольную ось. Участок контакта с технологической текучей средой и удлиненный участок образуют канал для датчика, выполненный с возможностью размещения в нем датчика. Скрученный участок имеет поперечное сечение, которое включает в себя по меньшей мере три стенки одинаковых размеров, и в котором стенки формируют спирали вдоль продольной оси скрученного участка.A sensor tube is provided to protect the sensor introduced into the moving process fluid. The sensor tube includes a process fluid contact portion for installation in a process tank and an elongated portion extending from the process fluid contact portion to a hermetically sealed end. The elongated portion includes a twisted portion having a longitudinal axis. The contact area with the process fluid and the elongated portion form a channel for the sensor, configured to accommodate a sensor therein. The twisted section has a cross section that includes at least three walls of the same size, and in which the walls form spirals along the longitudinal axis of the twisted section.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1 иллюстрирует схематическое представление системы измерения температуры технологической текучей среды, включающей в себя скрученный термокарман согласно варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 1 illustrates a schematic representation of a process fluid temperature measuring system including a twisted thermowell according to an embodiment of the present invention.

Фиг. 2 иллюстрирует схематический вид в поперечном сечении, выполненный вдоль линии Α-A на Фиг. 1.FIG. 2 illustrates a schematic cross-sectional view taken along line Α-A in FIG. one.

Фиг. 3 иллюстрирует схематическое представление части скрученной сенсорной трубки согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 3 illustrates a schematic representation of a portion of a twisted sensor tube according to another embodiment of the present invention.

Фиг. 4А и 4В иллюстрируют схематические виды в поперечном разрезе скрученных сенсорных трубок согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.FIG. 4A and 4B illustrate schematic cross-sectional views of twisted sensor tubes according to embodiments of the present invention.

Фиг. 5 иллюстрирует схематическое представление сужающейся скрученной сенсорной трубки согласно варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 5 illustrates a schematic representation of a tapering twisted sensor tube according to an embodiment of the present invention.

Фиг. 6 иллюстрирует схематическое представление ступенчатой скрученной сенсорной трубки согласно варианту осуществления настоящего изобретения.FIG. 6 illustrates a schematic representation of a stepped twisted sensor tube according to an embodiment of the present invention.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Варианты осуществления настоящего изобретения устраняют или значительно уменьшают действие сил, вызванных вихревым потоком, на термокарман или другое устройство, введенное в поток газов, жидкостей или других текучих сред. Устранение или уменьшение вихревого потока достигается, в одном варианте осуществления, посредством использования трубки квадратного сечения или стрежня и скручивания трубки или стержня. Более конкретно, стержень или трубка предпочтительно скручиваются с шагом в 1 поворот на 8-16 ширин квадрата или в 1 поворот на 5,5-11 диагональных ширин, для создания трубки спиральной формы. Эта конфигурация более проста в производстве и имеет больше неровностей, чем в предыдущих способах устранения нагрузок, возникающих в результате действия вихревых потоков.Embodiments of the present invention eliminate or significantly reduce the effect of forces caused by the vortex flow on a thermowell or other device introduced into the flow of gases, liquids, or other fluids. The elimination or reduction of the vortex flow is achieved, in one embodiment, by using a square tube or rod and twisting the tube or rod. More specifically, the rod or tube is preferably twisted in increments of 1 turn at 8-16 square widths or 1 turn at 5.5-11 diagonal widths to create a spiral-shaped tube. This configuration is simpler to manufacture and has more irregularities than in previous methods of eliminating the stresses resulting from the action of vortex flows.

Фиг. 1 иллюстрирует схематическое представление системы измерения температуры технологической текучей среды, включающей в себя скрученный термокарман согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Система 10 измерения температуры включает в себя термокарман 12, имеющий расположенный внутри него термодатчик 13. Как было сформулировано выше, термодатчик 13 может являться любым подходящим датчиком и имеет в общем цилиндрическую форму, которая вмещается в продольном канале внутри термокармана 12. Проводники 30, 34 термодатчика 13 соединены с подходящей электрической схемой 26, находящейся в термопередатчике 14 для измерения температуры и передачи показаний на технологический контроллер или на другое подходящее устройство. Примером подходящего термопередатчика является термопередатчик модели 644 с монтажом в головке, реализуемый компанией Emerson Process Management of Chanhassen, Minnesota.FIG. 1 illustrates a schematic representation of a process fluid temperature measuring system including a twisted thermowell according to an embodiment of the present invention. The temperature measurement system 10 includes a thermowell 12 having a thermosensor 13 located inside it. As stated above, the thermosensor 13 can be any suitable sensor and has a generally cylindrical shape that fits in a longitudinal channel inside the thermowell 12. Conductors 30, 34 of the thermosensor 13 are connected to a suitable electrical circuit 26 located in the temperature transmitter 14 for measuring temperature and transmitting readings to a process controller or other suitable device. An example of a suitable thermal transmitter is the 644 head-mounted thermal transmitter sold by Emerson Process Management of Chanhassen, Minnesota.

Термокарман 12 предпочтительно включает в себя технологический уплотняющий фланец 16, который имеет возможность крепления и герметизации в технологической емкости, такой как труба или резервуар. Термокарман 12 включает в себя круглый участок 18, который проходит сквозь участок 16 контакта с технологической текучей средой, иллюстрированный на Фиг. 1 в виде фланца. Круглый участок 18 предпочтительно приварен к фланцу 16 для прочности и для обеспечения герметичности. Термокарман 12 включает в себя удлиненный участок, включающий в себя скрученный участок 20, проходящий от круглого участка 18 до герметичного конца 22 термокармана 12. Имеется центральный или продольный канал, который проходит по всей длине термокармана 12, для вставки термодатчика 13. В одном варианте осуществления поперечное сечение скрученного участка 20 является квадратом, а период или шаг скручивания участка 20 равен 1 повороту на 8-16 ширин участка или 1 повороту на 5,5-11 диагональных ширин квадрата. (Диагональ квадрата будет диаметром цилиндра при изготовлении участка из цилиндра). Углы квадрата обеспечивают более неровную поверхность, которая подвергается действию потока, по сравнению с более хрупкими спиральными ребрами. Квадратный участок может проходить через фланец и может быть приварен к фланцу, если квадратный участок остается нескрученным в этом положении. Квадратное отверстие для фланца было бы более сложным для производства, но оно также может быть реализовано. В качестве альтернативы, квадратный участок может быть преобразован машинной обработкой в круглый и проведен через фланец, а затем приварен. Кроме того, скрученная часть не должна проходить по всей длине потока от участка контакта до герметично закрытого конца. Предполагается, что если скрученная часть имеет длину от 40% до 100% потока, будут достигнуты эффективные результаты.The thermowell 12 preferably includes a process sealing flange 16 that is capable of fastening and sealing in a process vessel, such as a pipe or tank. The thermowell 12 includes a circular portion 18 that extends through the process fluid contact portion 16 illustrated in FIG. 1 in the form of a flange. The circular portion 18 is preferably welded to the flange 16 for strength and for tightness. The thermowell 12 includes an elongated portion including a twisted portion 20 extending from the circular portion 18 to the sealed end 22 of the thermowell 12. There is a central or longitudinal channel that extends along the entire length of the thermowell 12 to insert the temperature sensor 13. In one embodiment the cross section of the twisted portion 20 is a square, and the period or pitch of twisting of the portion 20 is 1 turn of 8-16 widths of a section or 1 turn of 5.5-11 diagonal widths of a square. (The diagonal of the square will be the diameter of the cylinder when manufacturing the section from the cylinder). The corners of the square provide a more uneven surface that is exposed to flow compared to more fragile spiral ribs. The square portion can pass through the flange and can be welded to the flange if the square portion remains untwisted in this position. A square hole for the flange would be more difficult to manufacture, but it could also be realized. Alternatively, the square section can be machined into round, drawn through the flange and then welded. In addition, the twisted part should not extend along the entire length of the flow from the contact area to the hermetically sealed end. It is assumed that if the twisted portion has a length of 40% to 100% of the flow, effective results will be achieved.

Фиг. 2 иллюстрирует схематический вид в поперечном разрезе, выполненный по линии Α-A на Фиг. 1. Скрученный участок 20 изображен как имеющий поперечное сечение в форме квадрата. Стороны квадрата предпочтительно проходят без малого на длину диаметра круглого участка 18. Канал 36 образован участком 16 контакта с технологической текучей средой и скрученным участком 20 и выполнен с возможностью размещения в нем датчика, такого как термодатчик. Предпочтительно канал 36 имеет центр в пределах скрученного участка 20 и круглого участка 18 для размещения датчика. Канал 36 проходит до конца 22 (изображенного на Фиг. 1), где скрученный участок 20 является герметично закрытым.FIG. 2 illustrates a schematic cross-sectional view taken along line Α-A in FIG. 1. The twisted portion 20 is depicted as having a square cross-section. The sides of the square preferably extend almost the diameter of the circular portion 18. The channel 36 is formed by the contact section 16 with the process fluid and the twisted portion 20 and is configured to accommodate a sensor, such as a temperature sensor. Preferably, the channel 36 has a center within the twisted portion 20 and the circular portion 18 for receiving the sensor. Channel 36 extends to end 22 (shown in FIG. 1), where the twisted portion 20 is hermetically sealed.

Фиг. 3 иллюстрирует схематическое представление части скрученной сенсорной трубки согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения. Сенсорная трубка 120 имеет углы 122, которые являются более толстыми, чем в варианте осуществления, изображенном на Фиг. 1. Добавочная толщина может сделать углы более неровными и улучшить характеристики износа на более долгие периоды времени.FIG. 3 illustrates a schematic representation of a portion of a twisted sensor tube according to another embodiment of the present invention. The sensor tube 120 has angles 122 that are thicker than in the embodiment shown in FIG. 1. Extra thickness can make corners more uneven and improve wear characteristics for longer periods of time.

Фиг. 4A и 4B иллюстрируют схематические виды в поперечном разрезе скрученных сенсорных трубок согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Фиг. 4А изображает поперечное сечение скрученной части сенсорной трубки 220 с углами 222, которые имеют радиус кривизны, который соответствует цилиндрической части 224. Этот вариант осуществления особенно подходит в случаях, когда прямоугольная скрученная часть изначально произведена посредством машинной обработки из цилиндрической детали. Скрученная часть может быть произведена посредством машинной обработки из цилиндра уже как скрученная, или она сначала может быть произведена посредством машинной обработки, а затем скручена. Каждый угол 222 имеет пару граней 228, 228, которые способствуют уменьшению вихревого потока, одновременно делая угол более неровным. Фиг. 4B является аналогичной Фиг. 4А, однако углы 322 просто закруглены по радиусу до момента скручивания участка.FIG. 4A and 4B illustrate schematic cross-sectional views of twisted sensor tubes according to embodiments of the present invention. FIG. 4A is a cross-sectional view of a twisted portion of a sensor tube 220 with angles 222 that have a radius of curvature that corresponds to a cylindrical portion 224. This embodiment is particularly suitable in cases where the rectangular twisted portion was originally machined from a cylindrical part. The twisted part can be produced by machining from the cylinder already as twisted, or it can first be produced by machining, and then twisted. Each angle 222 has a pair of faces 228, 228, which contribute to the reduction of the vortex flow, while making the angle more uneven. FIG. 4B is similar to FIG. 4A, however, angles 322 are simply rounded in radius until the portion is twisted.

Фиг. 5 иллюстрирует схематическое представление сужающейся скрученной сенсорной трубки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Сенсорная трубка 400 сужается в том плане, что площадь ее поперечного сечения уменьшается, начиная от положения 402 и до дальнего конца 404. Сенсорная трубка 400 также изображена таким образом, что лишь часть ее является скрученной. Несмотря на то что чертеж выполнен не в масштабе, скрученная часть 406 составляет приблизительно 40% длины, L.FIG. 5 illustrates a schematic representation of a tapering twisted sensor tube according to an embodiment of the present invention. The sensor tube 400 narrows in that its cross-sectional area decreases from position 402 to the far end 404. The sensor tube 400 is also shown so that only a portion of it is twisted. Although the drawing is not to scale, the twisted portion 406 is approximately 40% of the length, L.

Фиг. 6 иллюстрирует схематическое представление ступенчатой скрученной сенсорной трубки согласно варианту осуществления настоящего изобретения. Сенсорная трубка 450 является ступенчатой в том плане, что площадь ее поперечного сечения уменьшается поэтапно в положениях 452, 454. И снова, лишь часть, такая как 40% от длины L, является скрученной, как указано ссылочным обозначением 456.FIG. 6 illustrates a schematic representation of a stepped twisted sensor tube according to an embodiment of the present invention. The sensor tube 450 is stepped in that its cross-sectional area decreases stepwise at positions 452, 454. And again, only a part, such as 40% of the length L, is twisted, as indicated by reference numeral 456.

Несмотря на то что варианты осуществления настоящего изобретения были описаны в отношении термокармана, который образован посредством скручивания заготовки квадратного сечения, может быть использовано любое подходящее количество сторон, больше или равное 3. Например, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения также может быть использована скрученная заготовка треугольного сечения, скрученная заготовка пятиугольного сечения или скрученная заготовка шестиугольной формы сечения. Однако полагается, что по мере увеличения количества сторон эффективность скрученного участка в плане уменьшения вихревого потока будет уменьшаться, поскольку общая форма будет становиться все более похожей на цилиндр.Although embodiments of the present invention have been described with respect to a thermowell that is formed by twisting a square blank, any suitable number of sides greater than or equal to 3 can be used. For example, according to embodiments of the present invention, a twisted blank of triangular cross-section can also be used. , twisted blank of pentagonal cross-section or twisted blank of hexagonal cross-sectional shape. However, it is believed that as the number of sides increases, the efficiency of the twisted section in terms of reducing the vortex flow will decrease, since the overall shape will become more and more similar to a cylinder.

В вышеописанных вариантах осуществления скрученная сенсорная трубка или термокарман выполнены в общем из металла. Металл является особенно удобным в том плане, что может быть легко произведена его машинная обработка. В частности, металлический термокарман квадратного сечения может быть легко скручен в вышеописанную конфигурацию. Однако металл не является единственным материалом, использование которого может быть удобным в вариантах осуществления настоящего изобретения. В частности, существует большое количество областей применения, в которых металл не будет подходящим материалом, такие как чрезвычайно агрессивные среды или области применения с очень высокими температурами. В таких случаях могут быть использованы другие материалы, такие как керамика. Несмотря на то что такие материалы могут не являться такими восприимчивыми к машинной обработке, как металл, они все же могут быть использованы в вышеописанных конфигурациях. Например, керамический термокарман, скрученного квадратного сечения, может быть просто отлит в требуемую форму или конфигурацию до обжига или иной обработки керамики. В вариантах осуществления, в которых используется пластмасса из органического материала, могут быть использованы подходящие способы производства, такие как литьевое формование.In the above embodiments, the twisted sensor tube or thermowell is generally made of metal. Metal is particularly convenient in that it can be easily machined. In particular, a square metal thermowell can be easily twisted into the above configuration. However, metal is not the only material whose use may be convenient in embodiments of the present invention. In particular, there are a large number of applications in which the metal will not be suitable material, such as extremely aggressive environments or applications with very high temperatures. In such cases, other materials such as ceramics may be used. Although such materials may not be as susceptible to machine processing as metal, they can still be used in the above configurations. For example, a ceramic thermowell of twisted square cross-section can simply be cast into the desired shape or configuration before firing or other processing of the ceramic. In embodiments using plastic made from organic material, suitable manufacturing methods, such as injection molding, can be used.

Несмотря на то что многие варианты осуществления относятся к скрученному участку, эта терминология не предполагает непременного требования фактического действия скручивания для формирования участка. Скорее она предполагает обозначение того, что поперечное сечение остается многоугольником, в то время как края многоугольника формируют спирали вдоль скрученного участка. Следовательно, скрученный участок может быть сформирован из литой керамики, пластмассы, полученной методом литьевого формования, литого металла и так далее. Скрученный участок просто имеет поперечное сечение, которое включает в себя по меньшей мере три стенки, где стенки предпочтительно имеют одинаковые размеры, и где стенки формируют спирали вдоль скрученного участка.Although many embodiments relate to a twisted portion, this terminology does not necessarily imply that the actual twisting action is necessary to form the portion. Rather, it implies that the cross section remains a polygon, while the edges of the polygon form spirals along a twisted section. Therefore, the twisted portion may be formed from cast ceramics, injection molded plastic, cast metal, and so on. The twisted section simply has a cross section that includes at least three walls, where the walls are preferably the same size, and where the walls form spirals along the twisted section.

Полагается, что варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают большое количество преимуществ и совместных действий нескольких факторов. В частности, предполагается, что стенки скрученного участка являются более прочными, чем ребра, которые, как правило, являются хрупкими и сложными в производстве. Кроме того, использование термокармана многоугольного сечения будет, в нормальном случае, иметь конкретную ориентацию относительно потока текучей среды. Однако поскольку участок многоугольного сечения является скрученным, он является одинаковым во всех направлениях и, следовательно, не требует никакого выравнивания относительно направления потока. Кроме того, использование, по существу, монолитной конструкции не требует никаких дополнительных или движущихся частей. В итоге, многоугольные края усиливают турбулентность и, следовательно, увеличивают теплопередачу, что может уменьшить постоянную времени, самонагревание и ошибку за счет теплопроводности для вариантов осуществления термокармана.It is believed that embodiments of the present invention provide a large number of advantages and combined actions of several factors. In particular, it is assumed that the walls of the twisted portion are stronger than the ribs, which are usually brittle and difficult to manufacture. In addition, the use of a thermowell with a polygonal cross section will, in the normal case, have a specific orientation with respect to the fluid flow. However, since the polygonal section is twisted, it is the same in all directions and therefore does not require any alignment with respect to the direction of flow. In addition, the use of a substantially monolithic structure does not require any additional or moving parts. As a result, the polygonal edges enhance turbulence and therefore increase heat transfer, which can reduce the time constant, self-heating and error due to heat conduction for thermowell embodiments.

При том, что настоящее изобретение было описано со ссылкой на предпочтительные варианты осуществления, специалистами в данной области техники будет понятно, что могут быть выполнены изменения в форме и деталях без отступления от сущности и объема изобретения. Например, при том, что варианты осуществления настоящего изобретения были описаны в отношении сенсорной трубки, они могут применяться и для автомобильных антенн, больших подводных трубопроводов и пирсов или в других ситуациях, где требуется уменьшение вихревого потока. Следовательно, в любой ситуации, когда датчик или другая структура должны быть введены или иначе помещены в текучую среду (жидкость или газ), и существует относительное движение между текучей средой и датчиком или другой структурой, и вихревой поток не является желательным, могут быть полезны варианты осуществления настоящего изобретения.While the present invention has been described with reference to preferred embodiments, those skilled in the art will understand that changes in form and detail can be made without departing from the spirit and scope of the invention. For example, while embodiments of the present invention have been described with respect to a sensor tube, they can also be used for automotive antennas, large underwater pipelines and piers, or in other situations where eddy flow reduction is required. Therefore, in any situation where a sensor or other structure must be inserted or otherwise placed in a fluid (liquid or gas), and there is a relative movement between the fluid and the sensor or other structure, and a vortex flow is not desirable, options may be useful the implementation of the present invention.

Claims

1. A sensor tube for protecting a sensor introduced into a moving process fluid, the sensor tube comprising:
a contact area with a process fluid for installation in a process tank;
an elongated portion extending from the fluid contact portion to the hermetically sealed end, the elongated portion including a twisted portion that is twisted about a longitudinal axis;
wherein the contact area with the process fluid and the elongated portion form a channel for the sensor, configured to accommodate a sensor therein; and
however, the twisted section has a cross section that includes at least three walls of equal sizes that form a polygon, and the walls form spirals along the longitudinal axis of the twisted section.

2. The sensor tube according to claim 1, wherein the sensor tube is a thermowell.

3. The sensor tube according to claim 1, in which the cross section is a square.

4. The sensor tube according to claim 1, wherein the sensor tube is made of metal.

5. The sensor tube according to claim 1, wherein the sensor tube is made of ceramic.

6. The sensor tube according to claim 1, wherein the sensor tube is made of plastic.

7. The sensor tube according to claim 1, further comprising a sensor located in the channel for the sensor, the sensor having an electrical characteristic that varies depending on the process parameter.

8. The sensor tube according to claim 7, wherein the sensor is a temperature sensor, and further comprising a thermal transmitter connected to said sensor.

9. The sensor tube according to claim 1, in which the twisted section has a step that is approximately 1 turn by 8-16 widths of one of the walls of equal size.

10. The sensor tube according to claim 1, in which the walls are connected in radially rounded corners.

11. The sensor tube according to claim 1, wherein the sensor tube is a tapering sensor tube.

12. The sensor tube according to claim 1, wherein the sensor tube is a stepped sensor tube.

13. The sensor tube of claim 1, wherein the length of the elongated portion comprises a twisted portion.

14. The sensor tube according to claim 1, in which the cross section contains four walls of equal size.

15. Thermowell having a longitudinal axis and made with the possibility of introducing into the container with the process fluid for the entire input length, and the thermowell contains:
the contact surface with the process fluid for introducing through the wall of the process tank and a tight connection with the process tank; and
a twisted portion connected to a contact surface with a process fluid and having a polygonal cross section that is twisted around a longitudinal axis;
wherein the polygonal cross section includes at least three adjacent walls.

16. The thermowell of claim 15, wherein the polygon has angles that have a certain radius of curvature.

17. The thermowell of claim 15, wherein the length of the twisted portion is from about 40% to 100% of the input length.

18. The thermowell as claimed in claim 17, wherein the twisted portion extends from the distal end of the thermowell.

19. A method of manufacturing a sensor tube, the method comprising the steps of:
provide a site of contact with the process fluid for installation in a process tank;
connecting the elongated portion to the contacting portion with the process fluid, the elongating portion extending from the contacting portion of the process fluid to the hermetically sealed end and has a cross section that forms a polygon, the polygonal cross section including at least three adjacent walls; and
a twisted portion is formed in an elongated portion by twisting the end portion of said portion around a longitudinal axis with respect to the portion of contact with the process fluid.

20. The method according to p. 19, in which the formation of the twisted section includes a stage in which the twisted section is physically twisted relative to the area of contact with the process fluid.