КОРИОЛИСОВ РАСХОДОМЕР

Заявляемая полезная модель относится к расходомерам и может найти применение для измерения расхода жидкости или газа в напорных трубопроводах.
Известен Кориолисов расходомер, описанный в международном патенте №US00Re36376E по кл. G01F 1/84 с приоритетным номером PCT/US90/03284, з.08.06.1990, оп. 12.12.1990 и выбранный в качестве прототипа, (см. также основной патент США №5301557 по кл.G01F 1/84).
Известный расходомер выполнен с возможностью снижения влияния внешних воздействий за счет оптимального расположения датчиков измерения колебаний, используя модальный анализ измерительных трубок с определением шести режимов положения.
Известный Кориолисов расходомер (фиг.3 в описании к патенту №5301557) содержит помещенную в корпус 140 систему из двух параллельных измерительных трубок 112, согнутых каждая в форме перевернутого основанием вверх равнобедренного треугольника со скругленными вершинами у основания, окончания боковых сторон которого, представляющие собой входы и выходы измерительных трубок, закреплены в манифолде 232, образуя П-образную конструкцию с перекладиной в верхней части. Горизонтальная часть трубок 112 параллельна продольной оси манифолда 232. Манифолд 232 фиксирует положение трубок 112 и имеет систему каналов для соединения измерительных трубопроводов с адаптерами процесса, например, с фланцами 236. Манифолд 232 имеет форму цилиндра, сопряженного со стороны трубок с П-образным корпусом 230.На боковых сторонах измерительных трубок 112 смонтированы ближе к манифолду 232 перемычки 122, фиксирующие оси колебания трубок, в середине их горизонтальных частей размещены элемент 114 возбуждения колебаний, а в скругленных вершинах у основания треугольника (в точках максимума деформации трубки под воздействием кориолисовых сил) установлены датчики 118 измерения колебаний. Таким образом, датчики измерения колебаний расположены по краям верхней части трубок, а элемент возбуждения закреплен между ними по центру.
За счет элементов возбуждения колебаний трубки приводятся в режим вынужденных колебаний на первой резонансной частоте. Жидкостные потоки, проходя через трубки, изменяют режим колебаний на резонансной частоте. Резонансная частота трубок зависит от полной массы трубок, и, следовательно, от плотности проходящей через них жидкости. Движение жидкости в трубках, при их колебаниях, приводит к возникновению сил Кориолиса, которые вызывают деформацию трубок.
Известный расходомер имеет высокую чувствительность, однако недостатком такой конструкции является неудовлетворительная виброустойчивость за счет недостаточно жесткой конструкции трубок.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение виброустойчивости сенсора кориолисового расходомера при обеспечении высокой чувствительности.
Поставленная задача решается тем, что в Кориолисовом расходомере, содержащем помещенную в корпус систему из двух параллельных измерительных трубок, согнутых каждая в форме перевернутого основанием вверх со скругленными вершинами у основания равнобедренного треугольника, окончания боковых сторон которого, представляющие собой входы и выходы измерительных трубок, закреплены под углом к горизонтали и к друг другу в снабженном системой каналов для соединения измерительных трубопроводов с адаптирующими процесс фланцами манифолде, при этом на нижних концах измерительных трубок - обеих боковых сторонах треугольника - смонтированы ближе к манифолду перемычки для фиксации оси колебания трубок, в средней части основания треугольника, параллельного продольной оси манифолда, между трубками размещен элемент возбуждения, а в скругленных вершинах треугольника, представляющих собой точки максимума деформации трубок, смонтированы датчики измерения колебаний, СОГЛАСНО ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ, в центре основания треугольника, параллельного продольной оси манифолда, сформирован с выступом перегиб трубок, образующий две равные части, расположенные встречно под углом друг к другу.
Наличие перегиба снижает чувствительность к вибрации, однако жесткость конструкции в этом направлении не влияет на основные точностные показатели расходомера, что дает возможность повысить жесткость центральной части трубки, что в свою очередь позволяет уменьшить ее колебания под воздействием внешних сил (например, вибрации).
Технический результат - повышение жесткости измерительных трубок, обеспечивающее повышение виброустойчивости расходомера. Заявляемый Кориолисовый расходомер обладает новизной по сравнению с прототипом, отличаясь от него таким существенным признаком как наличие в центре горизонтального участка измерительных трубок перегиба-выступа с образованием двух равных частей, расположенных под углом друг к другу.
Заявляемый Кориолисов расходомер может найти широкое применение при измерении объема или массы жидкостей или газов путем пропускания их через измерительные устройства непрерывным потоком, а потому соответствует критерию «промышленная применимость»
Полезная модель иллюстрируется чертежами, где показаны на:
фиг.1 - общий вид расходомера со снятым корпусом;
фиг.2 - графическое представление результатов конечного элементного расчета жесткости трубки кориолисового расходомера в направлении оси симметрии в прототипе и в заявляемом техническом решении.
Расходомер содержит систему 1 из двух параллельных измерительных трубок 2 и 3, согнутых каждая в форме перевернутого основанием вверх со скругленными вершинами у основания равнобедренного треугольника, окончания боковых сторон которого, представляющие собой входы и выходы измерительных трубок 1, закреплены под углом к горизонтали и к друг другу в снабженном системой каналов для соединения измерительных трубопроводов манифолде 4 с адаптирующими процесс фланцами 5. На нижних концах измерительных трубок 2 и 3 - обеих боковых сторонах треугольника - смонтированы ближе к манифолду 4 перемычки 6 для фиксации оси колебания трубок 2 и 3. По оси симметрии А-А′ в средней части основания треугольника, параллельного продольной оси манифолда на измерительных трубках 2 и 3 выполнен небольшой перегиб с выступом, и размещен между ними элемент 7 возбуждения колебаний. В скругленных вершинах треугольника, представляющих собой точки максимума деформации под воздействием кориолисовых сил системы 1 измерительных трубок, размещены датчики 8 и 9 измерения колебаний.
Устройство работает следующим образом. Измеряемая среда протекает через систему 1 измерительных трубок 2 и 3 в одном направлении. В системе трубок 2, 3 при этом возбуждаются колебания на первой резонансной частоте. Из-за колебаний, на среду, протекающую по трубкам 2 и 3, начинает действовать сила Кориолиса, действие которой передается на стенки трубок 2 и 3. Под воздействием силы Кориолиса измерительные трубки 2 и 3 начинают деформироваться и их деформация приводит к запаздыванию одной стороны (например 10) трубки относительно другой (например 11). Это запаздывание пропорционально массовому расходу среды через систему 1 трубок 2 и 3. Таким образом, измеряя время запаздывания одной стороны трубок от другой, можно оценивать расход через трубки 2 и 3.
Если измерительные трубки 2 и 3 расходомера абсолютно одинаковы и симметричны, то действие внешних вибраций всего расходомера в целом может вызвать только совместное и одинаковое колебание измерительных трубок 2 и 3. Таким образом, в идеальном случае, внешние вибрации не должны влиять на время запаздывания сторон трубок. Фактически же невозможно создать абсолютно одинаковые и симметричные трубки, поэтому влияние внешней вибрации всегда есть.
В направлении оси симметрии трубки (А или А′) чувствительность к вибрации снижена за счет наличия перегиба-выступа, так как жесткость конструкции в этом направлении не влияет на основные точностные показатели расходомера. Для увеличения жесткости трубки в этом направлении сделан изгиб трубки в месте пересечения трубки с плоскостью симметрии А-А′ величиной 170-178 градусов. Как показывает расчет (см. рис 2), при изгибе 174 градуса жесткость трубки в направлении оси увеличивается на 13%.
В сравнении с прототипом заявляемый расходомер является более виброустойчивым при сохранении необходимой точности измерений.