БАЛАНСИРОВОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИБРАЦИОННОГО РАСХОДОМЕРА
BALANCING DEVICE FOR VIBRATION FLOW METER

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к балансировочному устройству для вибрационного расходомера.
Описание предшествующего уровня техники
Вибрационные расходомеры, такие как, например, денситометры и измерительные приборы Кориолисова расхода, используются для измерения характеристики протекающих веществ, например, такой как плотность, удельный массовый расход, удельный объемный расход, суммарный массовый расход, температура и другой информации. Вибрационные расходомеры включают в себя один или более трубопроводов, которые могут иметь разнообразные формы, например, такие как прямую, U-образную, или неправильные конфигурации.
Один или более трубопроводов имеют набор режимов естественной вибрации, включая, например, режим простого изгибания, торсионный, радиальный или соединенные режимы. Один или более трубопроводов приводят в вибрацию с помощью, по меньшей мере, одного привода при резонансной частоте в одном из этих режимов в целях определения характеристики протекающего вещества. Одна или более измерительная электроника передает синусоидальный приводной сигнал на, по меньшей мере, один привод, который обычно является комбинацией магнит/катушка, причем магнит обычно прикреплен к трубопроводу, а катушка прикреплена к монтажной конструкции или к другому трубопроводу. Приводной сигнал заставляет привод вызывать вибрацию в одном или более трубопроводах с частотой привода и в режиме привода. Например, приводной сигнал может быть периодическим электрический током, переданным на катушку.
По меньшей мере, один измерительный преобразователь обнаруживает движение трубопровода (трубопроводов) и вырабатывает синусоидальный сигнал измерительного преобразователя, характеризующий движение вибрирующего трубопровода (трубопроводов). Измерительный преобразователь обычно является комбинацией магнит/катушка, причем магнит обычно прикреплен к трубопроводу, а катушка прикреплена к монтажной конструкции или к другому трубопроводу. Сигнал измерительного преобразователя передается на одну или более измерительную электронику, и в соответствии с хорошо известными принципами сигнал измерительного преобразователя может быть использован одной или более измерительной электроникой, чтобы определить характеристику протекающего вещества или отрегулировать приводной сигнал, если это необходимо.
Обычно вибрационные расходомеры снабжены двумя вибрационными трубопроводами, которые вибрируют в противофазе друг к другу для того, чтобы создать сбалансированную по своей природе систему. В результате, вибрации от каждого трубопровода гасят друг друга таким образом, который предотвращает передачу вибрации или сил крутящего момента на какие-либо соединительные конструкции. Подобным образом, когда используются два вибрационных трубопровода, вибрации монтажной конструкции гасятся в расходомере, потому что измерительные преобразователи обычно измеряют только относительное движение между расходомерными трубками, при этом наведенные снаружи вибрации стремятся вызывать вибрацию в обеих трубках одинаковым образом. Однако имеются некоторые применения, в которых двойные трубопроводы нежелательны, например, из-за проблем с падениями давления или забиванием. В таких ситуациях может быть желательной система единичного трубопровода.
Какой бы желательной система единичного трубопровода ни была, системы единичного трубопровода представляют по своей природе проблемы дисбаланса. Попытки при решении этой проблемы повлекли за собой использование балансировочной конструкции, например, фиктивной трубки или балансировочного стержня, и использование движения балансировочной конструкции, чтобы сбалансировать систему. Однако, поскольку полная масса трубки, включая текучую среду внутри трубки, изменяется с изменением плотности текучей среды внутри трубки, эти приемы сами по себе имели ограниченный успех при устранении проблем дисбаланса.
На фиг.1 показан вибрационный расходомер типа единичного трубопровода согласно предшествующему уровню техники. Как показано, расходомер включает в себя корпус 103, окружающий балансировочный стержень 102. Балансировочный стержень 102 является цилиндрическим и окружает трубопровод 101. Корпус 103 имеет торцевые элементы 104, соединенные с помощью элементов 105 горловины с входными и выходными фланцами 106. Элемент 107 представляет собой вход в расходомер, элемент 108 представляет собой выход из расходомера. Трубопровод 101 имеет входной конец 109, соединенный с отверстием в торце 104 корпуса в элементе 112, который представляет собой участок скобообразного стержня торца 104 корпуса. Участок 112 скобообразного стержня соединен с элементом 105 горловины. С правой стороны выходной конец 110 трубопровода 101 соединен с торцом 104 корпуса в месте 112, где торец 104 корпуса присоединяется к элементу 105 горловины.
При эксплуатации трубопровод 101 и балансировочный стержень 102 вибрируют с помощью привода (не показан) в противофазе. Когда вещество протекает, вибрация трубопровода 101 в этом примере вызывает Кориолисову реакцию в трубопроводе 101, которую обнаруживают измерительные преобразователи съема (не показаны). Фазное смещение между измерительными преобразователями представляет собой информацию, принадлежащую протекающему веществу. Выходной сигнал измерительных преобразователей скорости передается на схему измерительной электроники, которая обрабатывает сигналы, чтобы получить требуемую информацию, принадлежащую протекающему веществу, такую как, например, удельный массовый расход, плотность, вязкость и т.д.
Необходимо, чтобы вибрационный расходомер обеспечивал точную информацию по широкому диапазону эксплуатационных условий, включая вещества различной плотности, температуры и вязкости. Для того чтобы этого достичь, требуется, чтобы расходомер работал стабильно по всему диапазону условий. Для того чтобы достичь этой стабильности требуется, чтобы вибрации расходомера были изолированы от трубопровода и балансировочной системы, потому что наружные к колебательной системе вибрации, либо они наведены вибрациями расходомером, либо другим источником, таким как насос, сообщают дополнительные ускорения протекающему веществу, помимо Кориолисова ускорения, используемого для определения жидкостных характеристик протекающего вещества. Наружная вибрация также переставляет узловые точки (площадь, не испытывающая движения), определяя активную длину трубопровода. Этот эффект трудно компенсировать и он подвержен непознаваемым параметрам, таким как жесткость конструкции, к которой измерительное устройство подсоединено. Соответственно, нежелательные вибрации мешают способности расходомера обеспечивать точную выходную информацию относительно протекающего вещества.
Для расходомера по фиг.1, вибрационная система включает в себя балансировочный стержень 102 и трубопровод 101, которые вибрируют в противофазе. Эти два элемента содержат динамически сбалансированную систему, в которой концы 111 балансировочного стержня и концы 109 и 110 трубопровода 101 соединены участком скобообразного стержня 112 торца 104 корпуса. Это является нежелательным, поскольку обработка веществ разной плотности может вызывать вибрацию корпуса и фланцев. Поскольку амплитуда вибрации корпуса 103 и фланцев 106 зависит от жесткости конструкции, на которой измерительное устройство смонтировано, может быть порождена ошибка неизвестной магнитуды в измерении расхода.
Лучшие попытки при решении проблем дисбаланса, которые возникают из-за изменений в плотности текучей среды, касаются регулирования соотношения амплитуды вибрации трубопровода относительно амплитуды вибрации системы противовеса. Другими словами, количество движения является тем, что уравновешивается, количество движения является продуктом массы и скорости, при этом скорость пропорциональна амплитуде вибрации. Если, например, масса трубопровода (включая текучую среду, расположенную внутри) и масса уравновешивающей конструкции были изначально равными, а затем масса трубопровода удвоилась (например, как результат повышения плотности в текучей среде внутри трубопровода), тогда уменьшение амплитуды трубопровода наполовину восстановит равновесие трубопровод/система противовеса. На практике, комбинированная амплитуда и конструкции противовеса и трубопровода может управляться измерительной электроникой. Соответственно, амплитуда трубопровода может быть уменьшена до меньшей степени, при этом амплитуда уравновешивающей конструкции может быть увеличена до некоторой степени до тех пор, пока в приведенном выше примере отношение амплитуды противовеса относительно амплитуды трубопровода не составит 2:1.
В традиционных способах регулировка амплитуды имеет значительный существенный недостаток, заключающийся в том, что она приводит к перестановке неподвижных узловых точек, которые находятся вдоль оси вибрационной конструкции. Перемещение узловой точки представляет собой проблему в расходомерах, потому что узловые точки обычно расположены на трубопроводе, где уравновешивающая конструкция присоединяется к трубопроводу. Активная длина влияет на чувствительность измерения. Кроме того, если есть перемещение узловых точек, тогда концевые участки трубы могут вибрировать, это дополнительно вызывает вибрацию фланцев. Эти нежелательные вибрации могут дополнительно влиять на чувствительность измерений.
Традиционный способ изменения соотношения амплитуды заключается в изолировании вибрационной конструкции (трубопровод, балансировочный стержень и соединительная конструкция) с помощью очень мягкой опоры. Идея заключается в том, что вибрационная конструкция, изолированная в пространстве, является всегда сбалансированной. Например, если пружина соединяет две равные массы в пространстве, так что когда комплект вибрирует со смещением фаз друг друга, массы вибрируют с одинаковой амплитудой, тогда пружина имеет неподвижную узловую точку посередине между массами. Если одну массу увеличили, и массы снова привели в вибрацию, амплитуда вибрации увеличенной массы автоматически уменьшается, при этом амплитуда вибрации другой массы автоматически увеличивается, чтобы оставить количество движения сбалансированным. Однако, как следствие, новое положение узловой точки находится ближе к большей массе. Вибрационная конструкция вибрационного расходомера является подобной, при этом перемещение узловой точки является проблемой по подобным причинам.
Настоящее изобретение направлено на уравновешивающую систему для вибрационного расходомера.
Сущность изобретения
Объем настоящего изобретения определяется только приложенной формулой изобретения, при этом на нее ни в какой степени не влияют утверждения в этом кратком изложении.
Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения вибрационный расходомер содержит трубопровод, определяющий путь потока текучей среды, по меньшей мере, один измерительный преобразователь, который измеряет движение трубопровода, приводной элемент, по меньшей мере, один привод, который создает вибрацию в трубопроводе и приводном элементе в противофазе, и основание, соединенное с трубопроводом и приводным элементом, причем упомянутое основание переключает между состоянием по существу неподвижным или движением по существу в одной фазе с трубопроводом, или движением по существу в одной фазе с приводным элементом, для того чтобы уравновесить движение трубопровода и приводного элемента.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения способ эксплуатации вибрационного расходомера содержит этапы создания трубопровода, определяющего путь потока, который принимает протекающее вещество, выполнение, по меньшей мере, одного измерительного преобразователя, который измеряет движение трубопровода, выполнение приводного элемента, выполнение, по меньшей мере, одного привода, который приводит в вибрацию трубопровод и приводной элемент в противофазе, выполнение основания, соединенного с трубопроводом и приводным элементом, переключение основания между состоянием, остающимся по существу неподвижным, или движением по существу в одной фазе с трубопроводом, или движением по существу в одной фазе с приводным элементом, для того чтобы уравновесить движение трубопровода и приводного элемента.
Аспекты
Согласно одному аспекту настоящего изобретения вибрационный расходомер содержит:
трубопровод, определяющий путь потока текучей среды;
по меньшей мере, один измерительный преобразователь, который измеряет движение трубопровода;
приводной элемент;
по меньшей мере, один привод, который приводит в вибрацию трубопровод и приводной элемент в противофазе;
основание, соединенное с трубопроводом и приводным элементом, причем упомянутое основание переключается между состоянием по существу неподвижным или движением по существу в одной фазе с трубопроводом, или движением по существу в одной фазе с приводным элементом, для того чтобы уравновесить движение трубопровода и приводного элемента.
Предпочтительно, приводной элемент является консольным рычагом, который продолжается в целом под прямым углом к основанию.
Предпочтительно, основание соединено с концевыми участками трубопроводов с помощью пары соединителей.
Предпочтительно, основание выполнено с массой, по меньшей мере, в 5 раз больше, чем масса приводного элемента.
Предпочтительно, основание выполнено основанием, которое, по меньшей мере, в 3 раз больше, чем масса приводного элемента.
Предпочтительно, по меньшей мере, один измерительный преобразователь расположен, по меньшей мере, на одном рычаге измерительного преобразователя, который продолжается из основания.
Предпочтительно, вибрационный расходомер дополнительно содержит корпус и соединения корпуса, которые включают в себя первый участок, соединенный с трубопроводом, и второй участок, соединенный с корпусом.
Предпочтительно, вибрационный расходомер дополнительно содержит:
корпус;
соединения корпуса, которые включают в себя первый участок, соединенный с трубопроводом, и второй участок, соединенный с корпусом;
пару соединителей, которые соединяют основание с концевыми участками трубопровода; и
два фланца, соединенные с трубопроводом, при этом соединения корпуса являются одной конструкцией, несущей трубопровод, расположенный между фланцами и соединителями.
Предпочтительно, вибрационный расходомер дополнительно содержит:
корпус;
соединения корпуса, которые включают в себя первый участок, соединенный с трубопроводом, и второй участок, соединенный с корпусом;
два соединителя, которые соединяют основание с противоположными концевыми участками трубопровода; и
два фланца, соединенные с трубопроводом, при этом соединения корпуса являются единственной конструкцией, несущей трубопровод, расположенный между фланцами и соединителями, концевые участки продолжаются между соединителями и фланцами и выполнены с длиной, имеющей размер, чтобы сократить крутящий момент, приложенный к фланцам.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения способ эксплуатации вибрационного расходомера содержит этапы:
выполнения трубопровода, определяющего путь потока, который принимает протекающее вещество,
выполнение, по меньшей мере, одного измерительного преобразователя, который измеряет движение трубопровода;
выполнение приводного элемента;
выполнение, по меньшей мере, одного привода, который приводит в вибрацию в противофазе трубопровод и приводной элемент, и
выполнение основания, соединенного с трубопроводом и приводным элементом,
переключение основания между состоянием, остающимся по существу неподвижным, или движением по существу в одной фазе с трубопроводом, или движением по существу в одной фазе с приводным элементом, для того чтобы уравновесить движение трубопровода и приводного элемента.
Предпочтительно, основание переключается между движением в одной фазе с трубопроводом и движением в фазе с приводным элементом в соответствии с плотностью протекающего вещества.
Предпочтительно, основание является по существу неподвижным, когда протекающее вещество имеет первую удельную силу тяжести, движется в фазе с приводным элементом, когда протекающее вещество имеет вторую удельную силу тяжести, которая больше, чем первая удельная сила тяжести, и движется в фазе с трубопроводом, когда протекающее вещество имеет третью удельную силу тяжести, которая меньше, чем первая удельная сила тяжести.
3
3
Предпочтительно, основание является по существу неподвижным, когда протекающее вещество имеет удельную силу тяжести по существу равную 1000 (kg/m) кг/м.
Предпочтительно, основание является по существу неподвижным, когда трубопровод является по существу пустым.
3
3
Предпочтительно, основание движется в фазе с приводным элементом, когда протекающее вещество имеет удельную силу тяжести больше, чем 1000 (kg/m) кг/м.
3
3
Предпочтительно, основание движется в фазе с приводным элементом, когда протекающее вещество имеет удельную силу тяжести меньше, чем 1000 (kg/m) кг/м.
Предпочтительно, приводной элемент является консольным рычагом, который продолжается в целом под прямым углом к основанию.
Предпочтительно, основание соединено с концевыми участками трубопровода с помощью двух соединителей.
Предпочтительно, основание выполнено с массой, по меньшей мере, в 5 раз большей, чем масса приводного элемента.
Предпочтительно, основание выполнено с массой, по меньшей мере, в 3 раза большей, чем масса трубопровода.
Предпочтительно, по меньшей мере, один измерительный преобразователь расположен, по меньшей мере, на одном рычаге измерительного преобразователя.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы:
выполнение корпуса;
выполнение соединений корпуса, которые включают в себя первый участок, соединенный с трубопроводом, и второй участок, соединенный с корпусом.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы:
выполнение корпуса;
выполнение соединений корпуса, которые включают в себя первый участок, соединенный с трубопроводом, и второй участок, соединенный с корпусом;
выполнение двух соединителей, которые соединяют основание с концевыми участками трубопровода, и
выполнение двух фланцев, соединенных с трубопроводом, в котором соединения корпуса являются единственной конструкцией, расположенной между фланцами и соединителями.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этапы:
выполнение корпуса;
выполнение соединений корпуса, которые включают в себя первый участок, соединенный с трубопроводом, и второй участок, соединенный с корпусом;
выполнение двух соединителей, которые соединяют основание с концевыми участками трубопровода, и
выполнение двух фланцев, соединенных с трубопроводом, при этом соединения корпуса являются единственной конструкцией, расположенной между фланцами и соединителями, концевые участки продолжаются между соединителями и фланцами и выполнены с длиной, имеющей размеры, чтобы уменьшить крутящий момент, приложенный к фланцам.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вибрационный расходомер типа единичного трубопровода по предшествующему уровню техники.
На фиг.2 показан вибрационный расходомер согласно варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3 показан вибрационный расходомер согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 показан вибрационный расходомер согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.5 показан вибрационный расходомер согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления
На фиг.2-5 и в нижеследующем описании показаны конкретные примеры, чтобы объяснить специалистам в данной области техники, как создать и использовать наилучший вариант изобретения. В целях объяснения принципов изобретения, некоторые традиционные аспекты были упрощены или пропущены. Специалистам будут понятны варианты из этих примеров, которые подпадают под объем изобретения. Специалистам понятно, что описанные ниже признаки могут быть скомбинированы различными путями, чтобы создать многочисленные варианты изобретения. В результате изобретение не ограничено описанными ниже конкретными примерами, а только формулой изобретения и ее эквивалентами.
На фиг.2-5 проиллюстрирован пример вибрационного расходомера 205 в виде Кориолисова расходомера, содержащего узел 206 измерительного преобразователя и уравновешивающую конструкцию 208. Одна или более измерительная электроника 207 соединена с узлом 206 измерительного преобразователя посредством проводов 110, 111, 111', чтобы измерять характеристику протекающего вещества, например, такую как плотность, удельный массовый расход, удельный объемный расход, общий расход, температуру и другую информацию. Измерительная электроника 207 может передавать информацию пользователю или другому процессору посредством кабеля 26.
Узел измерительного преобразователя 206 включает в себя трубопровод 210, который определяет путь потока для приема протекающего вещества. Трубопровод 210 может быть изогнут, как показано, или может быть выполнен любой другой формы, такой как прямая конфигурация или неправильная конфигурация. Когда узел 206 измерительного преобразователя вставлен в систему труб, по которой проходит протекающее вещество, вещество входит в узел 206 измерительного преобразователя через впускной фланец (не показан), затем оно протекает через трубопровод 210, где измеряют характеристику протекающего вещества. После этого протекающее вещество выходит из трубопровода 210 и проходит через выпускной фланец (не показан). Специалистам понятно, что трубопровод 210 может быть соединен с фланцами, такими как фланцы 106, показанные на фиг.1, посредством целого многообразия соответствующих средств. В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения трубопровод 210 снабжен концевыми участками 211, 212, которые продолжаются в целом от соединителей 270, 271 и соединены с фланцами на своих наружных концах.
Узел 206 измерительного преобразователя по настоящему примеру включает в себя, по меньшей мере, один привод 220. Привод 220 включает в себя первый участок 220А, соединенный с приводным элементом 250 уравновешивающей конструкции 208, и второй участок 220В, соединенный с трубопроводом 210. Первый и второй участки 220А, 220В могут соответствовать, например, приводной катушке 220А и приводному магниту 220В. В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения привод 220 предпочтительно приводит в действие в противофазе приводной элемент 250 и трубопровод 210. Как показано на фиг.3, приводной элемент 250 и трубопровод 210 приводятся в действие предпочтительно вокруг оси Х изгиба, которая образована частично с помощью соединителей 270, 271. Согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения ось Х изгиба соответствует оси вход-выход трубы. Приводной элемент 250 изгибается от основания 260 и таким образом не имеет неподвижной оси изгиба. Привод 220 может содержать одно из многих хорошо известных приспособлений, например, включая и не ограничиваясь, пьезоэлектрические элементы или электромагнитные приспособления катушка/магнит.
Как показано на фиг.2, узел 206 измерительного преобразователя включает в себя, по меньшей мере, один измерительный преобразователь и в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения показан снабженным двумя измерительными преобразователями 230, 231. Согласно одному аспекту настоящего изобретения, измерительные преобразователи 230, 231 измеряют движение трубопровода 210. В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения измерительные преобразователи 230, 231 включают в себя первый участок, расположенный на соответствующих рычагах 280, 281 измерительных преобразователей, и второй участок, расположенный на трубопроводе 210. Измерительный преобразователь (измерительные преобразователи) могут содержать одно из многих хорошо известных приспособлений, например, включая и не ограничиваясь, пьезоэлектрические элементы, емкостные элементы или электромагнитное устройство катушка/магнит. Поэтому, подобно приводу 220, первый участок измерительного преобразователя может содержать катушку измерительного преобразователя, тогда как второй участок измерительного преобразователя может содержать магнит измерительного преобразователя. Специалистам будет понятно, что движение трубопровода 210 относится к определенным характеристикам протекающего вещества, например, удельному массовому расходу или плотности протекающего через трубопровод 210 вещества.
Специалистам будет понятно, что одна или более измерительная электроника 207 принимает сигналы измерительного преобразователя с измерительных преобразователей 230, 231 и передает приводной сигнал на привод 220. Одна или более измерительная электроника 207 может измерять характеристику протекающего вещества, например, такую как плотность, удельный массовый расход, удельный объемный расход, суммарный расход, температуру и другую информацию. Одна или более измерительная электроника 207 может также принимать один или более других сигналов, например, от одного или более температурных измерительных преобразователей (не показано), и одного или более измерительных преобразователей давления (не показаны), и использовать эту информацию для измерения характеристики протекающего вещества. Специалистам будет понятно, что количество и тип измерительных преобразователей будут зависеть от конкретной измеряемой характеристики.
На фиг.2-5 также показана уравновешивающая конструкция 208 по настоящему варианту осуществления настоящего изобретения. Согласно одному аспекту настоящего варианта осуществления настоящего изобретения уравновешивающая конструкция 208 выполнена с возможностью, по меньшей мере, частичного уравновешивания вибраций трубопровода 210. Согласно одному аспекту настоящего варианта осуществления настоящего изобретения уравновешивающая конструкция 208 выполнена с возможностью, по меньшей мере, частичного уравновешивания количества движения трубопровода 210.
Как показано на фиг.2-5, уравновешивающая конструкция 208 включает в себя основание 260, соединенное с приводным элементом 250. Как показано, приводной элемент 250 предпочтительно представляет собой консольный кронштейн, который продолжается в целом под прямым углом из основания 260. Основание 260 в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения предпочтительно является относительно массивным и неподвижным по сравнению с приводным элементом 250. Например, и без ограничения, основание 260 может быть выполнено с массой, по меньшей мере, в 5 раз большей, чем масса приводного элемента 250. Например, и без ограничения, основание 260 может быть выполнено с массой, по меньшей мере, в 5 раз большей, чем масса трубопровода 210. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения эти числа могут быть больше, например, в 14 и в 8 раз больше, чем приводной элемент 250 и трубопровод 210, соответственно.
Уравновешивающая конструкция 208 в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения соединена с трубопроводом 210. Как показано, основание 260 включает в себя пару соединителей 270, 271, которые могут быть в виде показанных пластин или которые могут быть выполнены любой другой формы. В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения соединители 270, 271 соединяют основание 260 с внутренней частью концевых участков 211, 212 трубопровода 210. В показанном варианте осуществления настоящего изобретения два соединителя 270, 271 соединены с противоположными концевыми сторонами 261, 262 основания 260 к соответствующим концевым участкам 211, 212 трубопровода 210.
Согласно одному аспекту настоящего варианта осуществления настоящего изобретения трубопровод 210, приводной элемент 250 и основание 260 выполнены с возможностью создания уравновешивающей системы. Следует понимать, что система может быть не абсолютно сбалансирована; однако система выполнена с возможностью быть более сбалансированной, чем системы по предшествующему уровню техники, которые не включают в себя уравновешивающую конструкцию 208. В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения трубопровод 210 и приводной элемент 250 работают как две отдельные вибрационные системы, которые приводятся в действие с одинаковой резонансной частотой в противофазе вокруг оси Х. Как показано на фиг.3, приводной элемент 250 вибрирует при своей резонансной частоте, сгибаясь над основанием 260. Специалистам в данной области техники будет понятно, что фиг.3 представляет собой преувеличение вызванных движений для того, чтобы лучше представить замыслы настоящего варианта осуществления настоящего изобретения. Также показанный на фиг.3 трубопровод 210 вибрирует вне фазы с приводным элементом 250.
Движение трубопровода 210 вокруг оси Х прилагает крутящий момент к соединителям 270, 271. Специалистам в данной области техники также будет понятно, что движение приводного элемента 250 вокруг оси Х также прилагает крутящий момент к соединителям 270, 271 посредством основания 260. Допуская, в целях простоты, что масса трубопровода 210, включая массу протекающего вещества, и масса приводного элемента 250 равны, тогда приводной элемент 250 и трубопровод 210 могут быть приведены в противофазу с одинаковой частотой и с одинаковой амплитудой, чтобы создать сбалансированную систему.
В этом примере количество движения как трубопровода 210, так и приводного элемента 250 сбалансировано, поскольку количество движения является продуктом массы и скорости, при этом скорость пропорциональна амплитуде вибрации. Результат заключается в том, что крутящие моменты, приложенные к соединителям 270, 271, примерно равны и имеют противоположный знак, таким образом, гася друг друга. Кроме того, неподвижные узловые точки расположены по существу вдоль концевого участка 211, 212 осей и по существу там, где соединители 270, 271 соединяются с трубопроводом 210. Соответственно, получена полностью сбалансированная система, при этом крутящий момент и вибрации по существу гасятся. Кроме того, к наружным концам концевых участков 211, 212 трубопровода 210 и к фланцам приложен маленький крутящий момент или он совсем отсутствует.
Согласно одному аспекту настоящего варианта осуществления настоящего изобретения трубопровод 210 и уравновешивающая конструкция 208 предпочтительно изолированы от каких-либо соединительных конструкций, с помощью относительно мягких опор, которые выполнены с возможностью ограничения передачи движения каким-либо соединительным конструкциям. Соответственно, трубопровод 210 и уравновешивающая конструкция 208 функционируют как изолированная вибрационная конструкция с двумя массами, вибрирующими в противофазе с одной и той же частотой, которая самоуравновешивается. Соответственно, имеется две вибрационные системы, т.е. вибрационная система трубопровода, которая может включать в себя трубопровод 210 или трубопровод 210 вместе с соединителями 270, 271 и основанием 260, и вибрационная система приводного элемента, которая может включать в себя приводной элемент 250 или приводной элемент 250 вместе с соединителями 270, 271 и основанием 260, как будет описано далее. Две вибрационные системы отделены общими неподвижными узловыми точками, которые предпочтительно лежат по существу на оси концевых участков 211, 212 трубопровода 210, по существу проксимальными к соединителям 270, 271.
Предпочтительно, настоящее устройство также может обеспечивать многочисленные преимущества, если масса трубопровода 210 изменяется. Например, масса трубопровода 210 может увеличиваться так как, например, когда масса протекающего внутри трубопровода 210 вещества увеличивается, или масса самого трубопровода 210 увеличивается сама по себе за счет, например, составного материала. Когда это происходит, частота вибрации и частота амплитуды трубопровода 210 снижаются. Это происходит автоматически как результат дополнительной массы и мягкого монтажа комбинированной вибрационной конструкции. Кроме того, в качестве естественной реакции, амплитуда вибрации приводного элемента 250 увеличивается. Это изменение в соотношении амплитуд вызывает перемещение узловой точки. Однако узловые точки просто движутся внутрь вдоль оси Х трубопровода в область, где движение трубопровода является чисто вращательным. Чистое вращение может быть обеспечено путем использования соединений 290, 291 корпуса, как описано ниже. Поскольку Кориолисова сила не создается чистым вращение вокруг оси Х трубопровода, движение узловых точек вдоль оси Х не влияет на выходной сигнал.
В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения увеличение в амплитуде вибрации приводного элемента 250 отражается как увеличение диапазона движения, вокруг которого приводной элемент 250 склоняется вокруг основания 260. Это увеличение движения является слабым, но, несмотря на это, приводит к дополнительному крутящему моменту, который приложен к основанию 260, и который передается дальше как крутящий момент на соединители 270, 271. Этот дополнительный крутящий момент заставляет соединители 270, 271 и основание 260 очень незначительно поворачиваться вокруг оси концевых участков 211, 212 трубопровода 210 в одной фазе с приводным элементом 250. Как показано на фиг.4, это вращение приводит к тому, что основание 260 слегка качается в одной фазе с приводным элементом 250. Хотя покачивающееся движение преувеличено на чертежах в иллюстративных целях, специалистам в данной области техники будет понятно, что покачивающееся движение основания 260 является незначительным из-за массы основания 260 и гибкости приводного элемента 250.
Соответственно, основание 260 и соединители 270, 271 поворачиваются вокруг оси Х, продолжающейся через концевые участки 211, 212 в одной фазе с приводным элементом 250, образуя вибрационную систему. Тогда как частота трубопровода 210 уменьшается из-за изначального увеличения массы, соединение движения приводного элемента 250 с основанием 260 и соединителями 270, 271 имеет тот же самый эффект; увеличение массы и уменьшение частоты. Таким образом, частота приводного элемента 250 снижается по существу до значения, совпадающего с частотой трубопровода 210. Подобным образом, соединение массы основания 260 и соединителей 270, 271 увеличивает амплитуду приводного элемента 250, так что количество движения приводного элемента 250 и основания 260 становятся равны количеству движения проточной трубы 210, и таким образом равновесие восстанавливается.
Подобным образом масса трубопровода 210 может уменьшаться, как, например, когда масса протекающего внутри трубопровода 210 вещества уменьшается. Когда это происходит, частота вибрации и амплитуда вибрации трубопровода 210 увеличивается. Это происходит автоматически в результате снижения массы. Кроме того, в качестве естественной реакции, амплитуда вибрации приводного элемента 250 снижается. К тому же, это изменение в соотношении амплитуд приводит к перемещению узловых точек вдоль оси Х вход-выход трубы, не влияя по существу на выходное измерение.
В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения увеличение в амплитуде вибрации трубопровода 210 отражается как увеличение диапазона движения, вокруг которого трубопровод 210 сгибается вокруг оси Х концевых участков 210, 211. Это увеличение движения опять является незначительным, но, несмотря на это приводит к дополнительному крутящему моменту, который приложен к соединителям 270, 271, и который далее передается как крутящий момент на основание 260. Этот дополнительный крутящий момент заставляет соединители 270, 271 и основание 260 очень незначительно поворачиваться вокруг оси Х концевых участков 211, 212 трубопровода 210. Как показано на фиг.5, этот поворот приводит к тому, что основание 260 немного покачивается в одной фазе с трубопроводом 210. Хотя покачивающееся движение преувеличено на чертежах в иллюстративных целях, специалистам в данной области техники будет понятно, что покачивающееся движение основания 260 является незначительным из-за массы основания 260 и гибкости трубопровода 210.
Соответственно, основание 260 и соединители 270, 271 поворачиваются вокруг оси Х, продолжающейся через концевые участки 211, 212 в одной фазе с трубопроводом 210, образуя вибрационную систему. Тогда как частота трубопровода 210 увеличивается из-за снижения массы текучей среды, соединение массы основания 260 и соединителей 270, 271 производит противоположный эффект, понижая частоту. Чистый эффект заключается в том, что частота возрастает незначительно. Подобным образом, поворот массы основания 260 и соединителей 270, 271 с проточным трубопроводом 210 сокращает амплитуду приводного элемента 250 и незначительно увеличивает его частоту до значения, равного частоте проточного трубопровода 210. Таким образом, соотношение амплитуды трубопровода 210 и приводного элемента 250 изменяется, так что количество движения приводного элемента 250 и основания 260 по существу равно количеству движения проточного трубопровода 210, и таким образом восстанавливается равновесие.
Поскольку основание 260 предпочтительно выполнено с относительной большой массой, требуется только очень маленькое изменение в амплитуде вибрации основания 260, чтобы вызвать относительно большое изменение в характеристиках вибрации трубопровода 210 и приводного элемента 250. Основание 260 незначительно поворачивается вместе с трубопроводом и добавляет свою массу к проточному трубопроводу 210, когда протекает текучая среда низкой плотности. Основание незначительно поворачивается вместе с приводным элементом и добавляет свою массу приводному элементу 250, когда протекает текучая среда высокой плотности. Таким образом, основание добавляет свою массу легкому элементу (проточному трубопроводу 210 или приводному элементу 250). Равновесие дополнительно поддерживается путем изменения амплитуды вибрации, так что легкий элемент увеличивает свою амплитуду вибрации, тогда как более тяжелый элемент снижает свою амплитуду вибрации. Кроме того, маленькая амплитуда вибрации основания 260 вызывает только малый крутящий момент, приложенный к внутренним концам концевых участков 211, 212 трубопровода 210. Соответственно, только очень незначительное количество крутящего момента приложено к корпусу 300 с текучими средами высокой или низкой плотности.
3
3
3
3
3
3
Соответственно, в настоящем варианте осуществления настоящего изобретения основание 260 переключается между движением в одной фазе с трубопроводом 210 и движением в одной фазе с приводным элементом 250 в соответствии с массой проточного трубопровода 210 и, более конкретно, с плотностью протекающего вещества. Предпочтительно основание 260 и внутренние концы концевых участков 211, 212 являются неподвижными при протекающих веществах, имеющих удельную силу тяжести равную приблизительно 1000 (kg/m) кг/м. Предпочтительно, при веществах, имеющих удельную силу тяжести меньше, чем приблизительно 1000 (kg/m) кг/м, трубопровод 210 имеет более высокую амплитуду, приводной элемент 250 имеет более низкую амплитуду, при этом основание 260 и соединители 270, 271 поворачиваются очень незначительно с трубопроводом 210. Концевые участки 211, 212 трубопровода буду также поворачиваться очень незначительно с трубопроводом 210. Предпочтительно, при веществах, имеющих удельную силу тяжести больше, чем приблизительно 1000 (kg/m) кг/м, трубопровод 210 имеет более низкую амплитуду, приводной элемент 250 имеет более высокую амплитуду, при этом основание 260 и соединители 270, 271 поворачиваются очень незначительно с приводным элементом 250. В этом случае концевые участки 211, 212 трубопровода также будут поворачиваться очень незначительно с основанием 260 и соединителями 270, 271. Поскольку чистый поворот трубопровода 210 не придает Кориолисова ускорения протекающему веществу, поэтому чувствительность измерительного устройства не будет находиться под большим влиянием. Следует понимать, что конкретные плотности текучей среды, проиллюстрированные выше, являются только примерами, при этом конкретная плотность текучей среды может изменяться. Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения размер уравновешивающей конструкции 208 может быть выбран таким, что основание 260 по существу является неподвижным, когда внутри трубопровода 210 нет текучей среды (добавленная плотность равна 0). В этом случае основание 260 будет поворачиваться незначительно плавно с приводным элементом 250, какой бы ни был там поток текучей среды. В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения размер основания 260 может быть выбран, так что основание 260 поворачивается с трубопроводом 210 для всех ожидаемых диапазонов плотности текучей среды. Другими словами, могла бы быть выбрана некоторая максимальная плотность текучей среды, где ожидается, что расходомер будет работать с текучими средами при максимальной плотности текучей среды. Поэтому во время по существу всех ожидаемых условий эксплуатации плотность текучей среды будет ниже максимальной плотности текучей среды, приводя к тому, что основание 260 поворачивается с трубопроводом 210 по существу все время. Однако амплитуда поворота основания будет изменяться с плотностью текучей среды. Следует понимать, что если плотность текучей среды превысит максимальную плотность текучей среды, тогда основание 260 будет поворачиваться с приводным элементом 250, как описано выше. Подобным образом, с плотностью текучей среды на уровне максимальной плотности текучей среды, основание 260 будет оставаться по существу неподвижным.
Следует также понимать, что хотя большая часть описания рассказывает об основании 260, движущемся в ответ на изменение плотности текучей среды, следует понимать, что могут возникать другие условия, которые будут изменять массу трубопровода 210, например, такие как коррозия, эрозия, отложения и т.д. Поэтому основание 260 может компенсировать разнообразные условия, которые могут изменять массу проточного трубопровода.
В настоящем варианте осуществления настоящего изобретения концевые участки 211, 212, например, являются предпочтительно достаточно длинными, и, не ограничиваясь этим, предпочтительно имеют, по меньшей мере, длину в три диаметра трубы, так что они являются по существу мягкими при кручении. Это дополнительно уменьшает крутящий момент, приложенный к фланцам и к наружным концам концевых участков 211, 212.
Как показано на фиг.2, узел 206 измерительного преобразователя может также включать в себя корпус 300 и соединения 290, 291 корпуса. Показанные соединения 290, 291 корпуса включают в себя первый участок 295, соединенный с трубопроводом 210, и второй участок 296, соединенный с корпусом 300. Как показано, соединения 290, 291 корпуса являются предпочтительно просто конструкциями, несущими трубопровод, расположенный между фланцами и соединителями 270, 271.
Согласно одному аспекту настоящего варианта осуществления настоящего изобретения соединения 290, 291 корпуса предпочтительно выполнены с возможностью выполнения опоры для вибрационной системы, которая является жесткой в осевом и поперечном направлении, помимо этого мягкой при кручении. Это может быть осуществлено путем выполнения соединений 290, 291 корпуса с деформируемыми элементами 292, 293, 294, например, которые продолжаются радиально по отношению к оси концевых участков 211, 212 трубопровода 210. Хотя выполнено три деформируемых элемента 292, 293, 294, следует понимать, что любое количество деформируемых элементов 292, 293, 294 могут быть использованы и конкретное количество деформируемых элементов не будет ограничивать объем настоящего изобретения. Они могут быть смонтированы на трубопроводе 210 любым образом, включая, например, центральную ступицу 295, соединенную с трубопроводом 210. Жесткое поступательное и мягкое крутящее соединение выполняет, по меньшей мере, две функции. Во-первых, ограничивая концевые участки 211, 212 крутящим движением, они ограничивают узловые точки осью концевых участков и таким образом ограничивают ошибки измерений, связанные с перемещением узловых точек. Во-вторых, позволяя концевым участками свободно поворачиваться, вибрационная конструкция поддерживается в крутящем направлении очень мягким образом. Мягкая опора позволяет соотношению амплитуд изменяться с плотностью текучей среды и обеспечивает признак изобретения, касающийся самоуравновешивания.
В настоящем описании описаны конкретные примеры для объяснения специалистам в данной области техники, как осуществить и использовать наилучший вариант изобретения. В целях пояснения изобретательских принципов некоторые традиционные аспекты были упрощены или пропущены. Специалистам в данной области техники будут понятны варианты на основе этих примеров, которые подпадают под объем изобретения. Подробные описания вышеприведенных вариантов осуществления настоящего изобретения не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления настоящего изобретения, задуманных изобретателями, которые имеются в пределах объема изобретения. Несомненно, специалисты в данной области техники поймут, что некоторые элементы из выше описанных вариантов осуществления настоящего изобретения могут быть различным образом скомбинированы или устранены, чтобы создать дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения, при этом подобные дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения подпадают под объем и идеи изобретения. Для специалистов также очевидно, что вышеописанные варианты осуществления настоящего изобретения могут быть скомбинированы в целом или частично, чтобы создать дополнительные варианты осуществления настоящего изобретения в пределах объема и замыслов изобретения.
Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления и примеры настоящего изобретения были описаны здесь в целях иллюстрации, различные эквивалентные модификации возможны внутри объема изобретения, как будет понятно специалистам в данной области техники. Приведенные здесь идеи могут быть применены к другим вариантам осуществления настоящего изобретения, помимо описанных выше и показанных на сопровождающих чертежах. Соответственно, объем изобретения определяется сопровождающей формулой изобретения.