КОРПУС ДАТЧИКА ДЛЯ ИЗМЕРИТЕЛЯ РАСХОДА ФЛЮИДА
HOUSING OF SENSOR FOR FLUID FLOW METER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Варианты реализации, описанные ниже, относятся к измерителям расхода флюида и, более конкретно, к системе датчика для измерителя расхода флюида с опорной рамой корпуса, окружающей, по меньшей мере, участок корпуса сборки датчика.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Измерители расхода флюида, например, денситометры, объемные расходомеры и расходомеры Кориолиса используются для измерения одного или нескольких параметров веществ, таких как, например, плотность, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температура, и для получения другой информации о веществе. Вибрационные измерители включают в себя один или несколько трубопроводов, которые могут иметь разнообразные формы, например, трубопроводы могут быть прямыми, U-образными или иметь неправильные конфигурации. Один или несколько трубопроводов предоставляют первичную защитную оболочку для измеряемого флюида. Измеряемый флюид может содержать жидкость, газ или их комбинацию. Флюид может включать в себя взвешенные твердые частицы.
Один или несколько трубопроводов имеют набор собственных колебательных мод, включая, например, простые изгибные, крутильные, радиальные и связанные моды. В одном или нескольких трубопроводах возбуждаются колебания, по меньшей мере, одним приводом на резонансной частоте на одной из этих мод, далее называемой приводной модой, с целью определения параметров вещества. Один или несколько электронных измерителей передают синусоидальный приводной сигнал, по меньшей мере, на один привод, который обычно представляет собой комбинацию магнит/катушка, с магнитом, обычно прикрепляемым к трубопроводу, и индукционной катушкой, прикрепляемой к монтажной структуре или к другому трубопроводу. Приводной сигнал заставляет привод возбуждать колебания одного или нескольких трубопроводов на частоте привода на приводной моде. Например, приводной сигнал может быть периодическим электрическим током, пропускаемым через индукционную катушку.
Один или несколько тензометрических датчиков регистрируют движение трубопровода(-ов) и создают тензометрический сигнал, отображающий движение колеблющегося трубопровода(-ов). Тензометрический датчик обычно представляет собой комбинацию магнит/катушка, с магнитом, обычно прикрепляемым к одному трубопроводу, и катушкой, прикрепляемой к монтажной структуре или к другому трубопроводу. Тензометрический сигнал передается на один или несколько электронных измерителей; и в соответствии с хорошо известными принципами, тензометрический сигнал может быть использован одним или несколькими электронными измерителями для определения параметров вещества или для регулировки приводного сигнала, если это необходимо.
Обычно, трубопроводы, так же как и привод и тензометрические датчики, заключены в пределы корпуса. Корпус может предоставить многочисленные преимущества - например, защиту внутренних компонентов, а также обеспечить вторичное удержание флюида, если флюидные трубопроводы образуют трещину, например. Для того, чтобы корпус обеспечил адекватную вторичную защиту, давление разрыва (давление, при котором компонент разрушается) корпуса должно быть, по меньшей мере, столь же высоким, что и рабочее давление смачиваемого флюидом канала (флюидные трубопроводы, манифольд, фланец и т.д.). Многие из вибрационных измерителей, имеющихся в настоящее время на рынке, имеют смачиваемый флюидом канал с давлением разрыва приблизительно 15000 фунтов/кв.дюйм (1034 бар); однако, это число может варьироваться в зависимости от материала, используемого для смачиваемого флюидом канала, размеров измерителя и т.д. Номинальное давление для смачиваемого флюидом канала в этом случае может быть назначено контролирующим органом, или органом безопасности, на основании давления разрыва или на основании некоторого аналитического уравнения. Номинальное давление вторичной защиты обычно включает в себя такой запас прочности, что номинальное давление оказывается ниже фактического давления разрыва. Например, Американское Общество Инженеров Механики (ASME) в настоящее время реализует коэффициент запаса прочности приблизительно от шести до десяти, в зависимости от свойств материалов и используемых способов сварки. Поэтому, для смачиваемого флюидом канала, имеющего давление разрыва приблизительно 15000 фунтов/кв.дюйм (1034 бар), номинальное давление ASME, предполагая коэффициент запаса прочности десять, составляет только 1500 фунтов/кв.дюйм (103 бар). Отчасти вследствие консервативного выбора номинального давления контролирующими органами, давление разрыва корпуса должно также резко увеличиться для обеспечения приемлемой вторичной защиты. Это значительное увеличение давления разрыва корпуса оказывается проблематичным, особенно с учетом того, что диаметр корпуса всегда оказывается много большим, чем диаметр компонентов смачиваемого канала.
Для понимания того, как увеличить номинальное давление корпуса, форма корпуса может быть упрощена, и корпус может быть характеризован как тонкостенный, цилиндрической формы компонент, где давление внутри корпуса действует против стенок корпуса, создавая кольцевое напряжение. Кольцевое напряжение может быть описано уравнением (1).
σ=P*ID/2t (1),
где:
σ - кольцевое напряжение;
P - внутреннее давление;
ID - внутренний диаметр корпуса; и
t - толщина корпуса.
Существуют также и другие напряжения, например, осевое напряжение, однако кольцевое напряжение является наибольшим и, поэтому, наиболее соответствующим для выбора минимальной толщины для желаемого номинального давления. Во многих ситуациях максимально допустимое кольцевое напряжение устанавливается контролирующими органами или другими стандартами безопасности. Хотя испытываемые корпусом напряжения в реальности более сложны, чем это отображено уравнением (1), это уравнение может дать основное представление основных сил, действующих на корпус. Как можно видеть из уравнения (1), один подход к поддержанию приемлемого кольцевого напряжения, позволяя при этом иметь более высокое давление, заключается в уменьшении внутреннего диаметра корпуса. Однако этот подход редко оказывается возможно реализовать, без уменьшения при этом размера расходомерных трубопроводов. Другой подход заключается в увеличении толщины корпуса. Корпус часто формируется из металла, например, из нержавеющей стали или углеродистой стали; хотя могут быть использованы и другие материалы, например, пластик. При относительно меньших размерах измерителя, то есть, при меньшем, чем приблизительно 1-дюймовый (2,54 см) внутренний диаметр трубопровода, стандартный корпус часто оказывается достаточно прочным, чтобы обеспечить адекватную вторичную защиту для флюида, или, альтернативно, предоставление дополнительной толщины стального корпуса оказывается разумным и относительно недорогим. Как можно заметить, при увеличении диаметра трубопровода, размер корпуса обычно также увеличивается. Следовательно, в вибрационных измерителях, которые включают в себя размеры трубопровода, большие, чем приблизительно 1-дюймовый внутренний диаметр (2,54 см), возможность корпуса выдерживать давление флюида до повреждения трубопровода уменьшается, а увеличение толщины корпуса имеет серьезные недостатки. Например, некоторые вибрационные измерители с большим расходом могут иметь корпусы с внутренним диаметром 10 дюймов (25,4 см) или более. Измерители этого размера часто встречаются в нефтегазовой промышленности, где вторичная защита становится более важной. Корпусы этого размера часто имеют давление разрыва приблизительно 860 фунтов/кв.дюйм (59,3 бар), во много раз ниже давления разрыва смачиваемого канала - 15000 фунтов/кв.дюйм (1034 бар). С такими размерами корпус должен иметь толщину приблизительно 2 дюйма (5,08 см), что приводит к весу корпуса более чем 2000 фунтов (908 кг), чтобы иметь давление разрыва 15000 фунтов/кв.дюйм (1034 бар). Как можно заметить, такой подход приводит к завышенной стоимости и избыточному весу корпуса вибрационного измерителя.
Отчасти, вследствие высокой стоимости и веса, связанных с увеличением толщины корпуса, используемые в технике предшествующего уровня корпусы для этих больших измерителей предоставлялись просто для защиты трубопроводов и электрических компонентов вибрационного измерителя, но не обеспечивали приемлемой вторичной защитной оболочки для флюида. Это создавало ситуацию, когда повреждение трубопровода почти немедленно приводит к повреждению корпуса. Вследствие имеющихся соображений безопасности, в дополнение к недавним утечкам нефти, утечкам химических веществ и вследствие экологических соображений, имеется возрастающий спрос на гарантию того, что корпусы вибрационных измерителей обеспечат вторичную защиту, если расходомерный флюидный трубопровод будет поврежден.
Варианты реализации, описанные ниже, преодолевают эти и другие проблемы, и достигается усовершенствование в данной области техники. Описанные ниже варианты реализации предоставляют систему датчика с опорной рамой корпуса, окружающей, по меньшей мере, участок корпуса сборки датчика. Опорная рама может существенно увеличить давление разрыва корпуса, минимизируя добавленный вес и влияние на колебательные частоты корпуса. В некоторых вариантах реализации, вес, добавленный опорной рамой корпуса, может быть уменьшен посредством формирования опорной рамы корпуса с множеством ребер, простирающихся от центрального участка корпуса. Ребра могут увеличить давление разрыва корпуса при минимальном добавленном весе.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Система датчика, включающая в себя сборку датчика измерителя расхода флюида, предоставляется в соответствии с вариантом реализации. Сборка датчика содержит один или нескольких расходомерных флюидных трубопроводов и корпус, окружающий, по меньшей мере, участок одного или нескольких расходомерных флюидных трубопроводов. В соответствии с вариантом реализации, система датчика дополнительно содержит опорную раму корпуса. Опорная рама корпуса окружает, по меньшей мере, участок корпуса. В соответствии с вариантом реализации, опорная рама корпуса включает в себя один или несколько ребер, простирающихся вдоль, по меньшей мере, участка корпуса.
Способ для увеличения давления разрыва сборки датчика для измерителя расхода флюида предоставляется в соответствии с вариантом реализации. Сборка датчика включает в себя один или несколько расходомерных флюидных трубопроводов. В соответствии с вариантом реализации, способ содержит этап окружения, по меньшей мере, участка одного или нескольких расходомерных флюидных трубопроводов, корпусом. В соответствии с вариантом реализации, способ дополнительно содержит этап окружения, по меньшей мере, участка корпуса опорной рамой корпуса, включающей в себя одно или несколько ребер, простирающихся вдоль, по меньшей мере, участка корпуса. В соответствии с вариантом реализации, способ дополнительно содержит этап приведения в контакт корпуса с одним или несколькими ребрами, по меньшей мере, когда корпус деформируется в наружном направлении на пороговую величину.
ОБЪЕКТЫ
В соответствии с объектом, система датчика содержит:
сборку датчика для измерителя расхода флюида, включающую в себя:
один или несколько расходомерных трубопроводов;
корпус, окружающий, по меньшей мере, участок одного или нескольких расходомерных трубопроводов; и
опорную раму корпуса, окружающую, по меньшей мере, участок корпуса, включающую в себя одно или несколько ребер, простирающихся, по меньшей мере, вдоль участка корпуса.
Предпочтительно, одно или несколько ребер входят в контакт с корпусом, по меньшей мере, когда корпус деформируется в наружном направлении на пороговую величину.
Предпочтительно, опорная рама корпуса присоединяется, по меньшей мере, к участку корпуса.
Предпочтительно, одно или несколько ребер присоединяются к внешней оправе.
Предпочтительно, одно или несколько ребер простираются между центральной точкой и внешней оправой.
Предпочтительно, одно или несколько ребер простираются вдоль грани корпуса.
Предпочтительно, опорная рама корпуса содержит первый участок опорной рамы корпуса и второй участок опорной рамы корпуса, соединенные друг с другом вокруг корпуса.
В соответствии с другим объектом, способ для увеличения давления разрыва сборки датчика для измерителя расхода флюида, включающего в себя один или несколько расходомерных трубопроводов, содержит этапы:
окружения, по меньшей мере, участка одного или нескольких расходомерных трубопроводов корпусом;
окружения, по меньшей мере, участка корпуса опорной рамой корпуса, включающей в себя одно или несколько ребер, простирающихся, по меньшей мере, вдоль участка корпуса; и
приведения в контакт с корпусом одного или нескольких ребер, по меньшей мере, когда корпус деформируется в наружном направлении на пороговую величину.
Предпочтительно, этап окружения, по меньшей мере, участка корпуса опорной рамой корпуса увеличивает давление деформации корпуса.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап соединения опорной рамы корпуса с корпусом.
Предпочтительно, этап окружения, по меньшей мере, участка одного или нескольких расходомерных трубопроводов, содержит присоединение первого участка корпуса ко второму участку корпуса, чтобы создать соединение корпуса и, причем этап соединения опорной рамы корпуса с корпусом содержит соединение внешнего кольца с корпусом вблизи места соединения корпуса.
Предпочтительно, этап соединения опорной рамы корпуса с корпусом содержит соединение одного или нескольких ребер, простирающихся между внешней оправой и центральной точкой, с корпусом.
Предпочтительно, этап окружения, по меньшей мере, участка корпуса содержит соединение первого участка опорной рамы корпуса со вторым участком опорной рамы корпуса вокруг корпуса.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап нагревания опорной рамы корпуса до окружения, по меньшей мере, участка корпуса.
Предпочтительно, способ дополнительно содержит этап разрешенного охлаждения опорной рамы корпуса вокруг корпуса, чтобы применить сжимающую силу к корпусу.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 изображает измеритель расхода флюида в соответствии с вариантом реализации.
Фиг. 2 - измеритель расхода флюида с участком корпуса, удаленным из сборки датчика измерителя расхода флюида в соответствии с вариантом реализации.
Фиг. 3a - опорная рама корпуса в соответствии с вариантом реализации.
Фиг. 3b - сборка датчика с опорной рамой корпуса в соответствии с вариантом реализации.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Чертежи на Фиг. 1-3b и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как реализовать и использовать наилучший рабочий режим вариантов реализации сборки датчика. С целью пояснения принципов изобретения, некоторые обычные объекты были упрощены или исключены. Специалисты в данной области техники увидят возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения. Специалисты в данной области техники увидят, что описанные ниже признаки могут быть различным образом скомбинированы, образуя множественные вариации сборки датчика. Таким образом, описанные ниже варианты реализации не ограничиваются описанными ниже конкретными примерами, но только пунктами формулы и их эквивалентами.
На Фиг. 1 и 2 показан измеритель 5 расхода флюида в соответствии с вариантом реализации. Измеритель 5 расхода флюида содержит сборку 10 датчика и электронный измеритель 20. Измеритель 5 расхода флюида может содержать расходомер Кориолиса, объемный расходомер, измеритель плотности и т.д. Измеритель 5 расхода флюида может содержать вибрационный измеритель, или невибрационный измеритель. Сборка 10 датчика и электронный измеритель 20 могут быть электрически связаны через кабельные соединения 100, например. Электронный измеритель 20 и кабельные соединения 100 не показаны на Фиг. 2 для упрощения чертежа. Электронный измеритель 20 может дополнительно обмениваться данными с внешней системой обработки или пользовательским интерфейсом, например, с компьютером, через выходной канал 26. Измеритель 5 расхода флюида может измерять один или несколько параметров вещества, например, плотность флюида, массовый расход, объемный расход, суммарный массовый расход, температуру, и передавать другую информацию по каналу 26.
В соответствии с вариантом реализации, сборка 10 датчика включает в себя корпус 101. На Фиг. 1, корпус 101 полностью собран и окружает расходомерные трубопроводы 103A, 103B. Однако на Фиг. 2, передний участок 101a корпуса 101 удален, чтобы показать внутренние компоненты сборки 10 датчика. Как можно видеть из Фиг. 1, передний и задний участки 101a, 101b могут быть соединены между собой вдоль соединения 102 корпуса. В соответствии с вариантом реализации, место соединения 102 корпуса может содержать сварное соединение, например. Однако могут быть использованы другие способы для соединения переднего и заднего участков 101a, 101b корпуса 101, например, клеящие вещества, пайка твердым припоем, и т.д. Простираясь между местом соединения 102 корпуса, каждый участок 101a, 101b корпуса содержит грань 111a, 111b, соответственно. В показанном варианте реализации, грани 111a, 111b являются, вообще говоря, плоскими и обычно содержат наиболее слабые участки корпуса 101 и, таким образом, подвергаются наибольшей деформации из-за давления, как описано более подробно ниже. Специалисты в данной области техники легко увидят, что хотя корпус 101 показан как содержащий два участка 101a, 101b, в других вариантах реализации, корпус 101 может содержать больше, чем два участка.
Сборка 10 датчика настоящего примера включает в себя пару манифольдов 102, 102'; привод 104; тензометрические датчики 105, 105' и трубопроводы 103A, 103B. Привод 104 и тензометрические датчики 105, 105' присоединяются к расходомерным трубопроводам 103A и 103B. Привод 104 показан прикрепленным к расходомерным трубопроводам 103A, 103B в положении, где привод 104 может заставлять колебаться участок трубопроводов 103A, 103B на приводной моде. Тензометрические датчики 105, 105' прикрепляются к трубопроводам 103A, 103B для регистрации перемещения трубопроводов 103A, 103B.
Специалисты в данной области техники должны отметить, что в пределах объема притязаний настоящего изобретения находится использование обсуждаемых здесь принципов в связи с любым типом измерителя расхода флюида, включая в себя измерители расхода флюида, которые не имеют возможностей измерения расходомера Кориолиса.
Когда сборка 10 датчика вводится в магистральную трубопроводную систему (не показана), которая переносит вещество, вещество входит в сборку 10 датчика через впускной манифольд 102, где общее количество материала направляется в трубопроводы 103A, 103B, протекает через трубопроводы 103A, 103B, и назад - в выпускной манифольд 102', где оно выходит из сборки 10 датчика.
Как известно, флюид в пределах трубопроводов 103A, 103B часто имеет повышенную температуру и/или давление и может быть опасным для окружающей среды. Кроме того, часто затруднительно зарегистрировать трещины, которые могут развиться в расходомерных трубопроводах 103A, 103B, пока это еще не слишком поздно. Поэтому, сборка 10 датчика часто включает в себя корпус 101. Хотя корпус 101 показан на чертежах как по существу полностью окружающий трубопроводы 103A, 103B, в других вариантах реализации корпус 101 может окружать только участок трубопроводов 103A, 103B. Например, в некоторых вариантах реализации, корпус 101 может окружать только участок трубопроводов 103A, 103B, где расположены привод 104 и тензометрические датчики 105, 105'. Как можно видеть, корпус 101 может включать в себя один или несколько вводов 120 для кабельных соединений 100.
Корпус 101 может окружать расходомерные трубопроводы 103A, 103B наряду с другими желаемыми компонентами сборки 10 датчика. Часто, корпус 101 выполнен из металла, например, из нержавеющей стали, или из углеродистой стали; однако, могут быть использованы другие материалы. Корпус 101 обычно присоединяется к манифольдам 102, 102', которые лучше видны на Фиг. 2. Например, корпус 101 может быть приварен к манифольдам 102, 102'. Во многих вариантах реализации, корпус 101 содержит два упомянутых выше участка 101a, 101b корпуса, которые стыкуются между собой, окружая расходомерные трубопроводы 103A, 103B, и свариваются или иначе соединяются между собой, как рассмотрено выше.
В соответствии с вариантом реализации, корпус 101, как показано на Фиг. 1 и 2, имеет давление разрыва, которое ниже, чем давление разрыва смачиваемого флюидом канала. Иначе говоря, если трещина развивается в смачиваемом флюидом канале, то корпус 101 также разрушается из-за давления, приводящего к потенциально разрушительной ситуации. Поэтому корпус 101, показанный на Фиг. 1 и 2, не обеспечивает адекватной вторичной защиты. Простое увеличение толщины корпуса для увеличения давления разрыва корпуса часто оказывается непрактичным решением, как рассмотрено выше, из-за чрезмерного веса и стоимости, связанной с данным подходом.
На Фиг. 3a показана опорная рама 300 корпуса в соответствии с вариантом реализации. В соответствии с вариантом реализации, опорная рама 300 корпуса может быть предоставлена наряду со сборкой 10 датчика, чтобы предоставить систему 30 датчика. Как подробнее рассмотрено ниже, опорная рама 300 корпуса может содержать одно или несколько ребер 330, которые простираются между центральной точкой 331 и внешней оправой 332.
На Фиг. 3b показана система 30 датчика в соответствии с вариантом реализации. Система 30 датчика содержит сборку 10 датчика и опорную раму 300 корпуса. В показанном на Фиг. 3 варианте реализации предоставляется опорная рама 300 корпуса. Опорная рама 300 корпуса содержит средство, которое, по меньшей мере, частично окружает корпус 101, чтобы ограничить деформацию корпуса 101. В соответствии с вариантом реализации, опорная рама 300 корпуса может ограничивать деформацию корпуса 101, вызванную внутренним давлением, например. Опорная рама 300 корпуса может ограничивать деформацию корпуса вхождением в контакт с корпусом 101, по меньшей мере, для корпуса, деформируемого в наружном направлении на пороговую величину. Как рассмотрено ниже, в некоторых вариантах реализации опорная рама 300 корпуса может всегда находиться в контакте с корпусом 101, даже когда корпус 101 не деформируется на пороговую величину.
В некоторых вариантах реализации, опорная рама 300 корпуса может содержать тот же самый материал, что и используемый для формирования корпуса 101. Например, если корпус 101 сделан из углеродистой стали, опорная рама 300 корпуса также может быть сформирована из углеродистой стали. Однако, могут быть использованы другие материалы, и выбор конкретного материала, используемого для формирования опорной рамы 300 корпуса, может зависеть от конкретного применения и желаемого увеличения номинального давления корпуса 101.
В соответствии с вариантом реализации, опорная рама 300 корпуса может быть выбрана по размеру и форме так, чтобы окружать, по меньшей мере, участок корпуса 101. В некоторых вариантах реализации, опорная рама 300 корпуса может входить в контакт только с участками корпуса 101, если корпус 101 деформируется на пороговую величину вследствие давления в пределах корпуса 101, превышающего давление деформации (давление, при котором, по меньшей мере, участок корпуса 101 деформируется на пороговую величину). Например, в некоторых вариантах реализации опорная рама 300 корпуса может не контактировать с гранями 111a, 111b, если грани 111a, 111b не деформируются в наружном направлении на пороговую величину. В таких вариантах реализации, опорная рама 300 корпуса может находиться в контакте только с местом соединения 102 корпуса во время обычной работы. В соответствии с другим вариантом реализации, опорная рама 300 корпуса может быть подвешена внешним элементом (не показан), так, что, когда корпус 101 подвергается меньшему давлению, чем давление деформации, части опорной рамы 300 корпуса не контактируют с корпусом 101.
В соответствии с вариантом реализации, опорная рама 300 корпуса может быть присоединена, по меньшей мере, к участку корпуса 101. Например, опорная рама 300 корпуса может быть приварена или как-то иначе присоединена к корпусу 101. В некоторых вариантах реализации только некоторые участки опорной рамы 300 корпуса могут быть соединены с корпусом 101, тогда как другие участки просто входят в контакт с корпусом 101. Например, опорная рама 300 корпуса может быть присоединена к корпусу 101 вблизи места соединения 102 корпуса, но только контактировать с гранями 111a, 111b корпуса 101. Такая конфигурация может обеспечить адекватную опорную раму относительно деформации из-за избыточного давления при минимизации необходимой сварки. Однако в других вариантах реализации, опорная рама 300 корпуса может просто входить в контакт с корпусом 101, не будучи присоединенной к корпусу 101. Например, опорная рама 300 корпуса может содержать два или более участков 300a, 300b, которые могут быть соединены друг с другом и окружать, по меньшей мере, участок корпуса 101.
В показанном варианте реализации, опорная рама 300 корпуса содержит первый участок 300а опорной рамы корпуса и второй участок 300b опорной рамы корпуса. Хотя только малая часть второго участка 300b опорной рамы корпуса является видимой, два участка 300a, 300b опорной рамы корпуса по существу идентичны и, таким образом, чертеж, показывающий второй участок 300b опорной рамы корпуса, для простоты исключен.
Как только корпус 101 собран вокруг, по меньшей мере, участка расходомерных трубопроводов 103A, 103B, первый и второй участки 300a, 300b опорной рамы корпуса могут быть сведены между собой, чтобы окружить, по меньшей мере, участок корпуса 101. В соответствии с вариантом реализации, после сведения между собой первого и второго участков 300a, 300b опорной рамы корпуса, эти два участка могут быть соединены друг с другом. Например, участки 300a, 300b опорной рамы корпуса могут быть сварены друг с другом. В соответствии с другим вариантом реализации, два участка 300a, 300b опорной рамы корпуса могут быть не соединены друг с другом, а вместо этого каждый из участков 300a, 300b корпуса может быть соединен с корпусом 101. В еще одном варианте реализации, участки 300a, 300b опорной рамы корпуса могут быть соединены друг с другом, а так же, как и с корпусом 101.
В соответствии с другим вариантом реализации, первый и второй участки 300a, 300b опорной рамы корпуса могут быть установлены вокруг корпуса 101 до сборки корпуса вокруг расходомерных трубопроводов 103A, 103B. Например, первый участок 300a опорной рамы корпуса может быть присоединен к первому участку 101a корпуса, и второй участок 300b опорной рамы корпуса может быть присоединен ко второму участку 101b корпуса. Впоследствии, участки 101a, 101b корпуса могут быть сведены в положение, чтобы окружить, по меньшей мере, участок расходомерных трубопроводов 103A, 103B. Участки 101a, 101b корпуса могут быть затем соединены друг с другом. В соответствии с вариантом реализации, по существу одновременно или последовательно, два участка 300a, 300b опорной рамы корпуса также могут быть соединены друг с другом. Поэтому, в некоторых вариантах реализации порядок сборки может быть не важным.
В соответствии с вариантом реализации, опорная рама 300 корпуса может включать в себя одно или несколько ребер 330. В некоторых вариантах реализации, одно или несколько ребер 330 могут соединяться в центральной точке 331. Однако одно или несколько ребер 330 не должны соединяться в центральной точке 331. В соответствии с показанным вариантом реализации, центральная точка 331 располагается вблизи центра грани 111a корпуса 101; однако, в других вариантах реализации, центральная точка 331 может быть расположена вне центра грани 111a корпуса 101. Например, центральная точка 331 может быть расположена вблизи другого местоположения корпуса 101, где жесткость корпуса минимальна.
В соответствии с вариантом реализации, одно или несколько ребер 330 могут простираться между центральной точкой 331 и внешней оправой 332. Внешняя оправа 332 может не быть непрерывной, как показано на Фиг. 3. В некоторых вариантах реализации, одно или несколько ребер 330 могут иметь форму, соответствующую внешней поверхности корпуса 101 вдоль длины ребер 330. Ребра 330 могут быть соединены или не соединены с корпусом 101. Например, в некоторых вариантах реализации, центральная точка 331 и внешняя оправа 332 могут быть соединены с корпусом 101, тогда как ребра 330 просто контактируют с гранями 111a, 111b корпуса 101. В других вариантах реализации, по меньшей мере, участок ребер 330 может быть также соединен с корпусом 101. В некоторых вариантах реализации, одно или несколько ребер 330 могут контактировать с участком корпуса 101, таким как грани 111a, 111b корпуса 101, только если корпус 101 деформируется в наружном направлении на пороговую величину. После контакта с одним или несколькими ребрами 330, дополнительная деформация ограничивается так, чтобы увеличить давление разрыва корпуса 101. Следует отметить, что хотя ребра 330, прежде всего, контактируют с гранями 111a, 111b, ребра 330 могут контактировать с другими участками корпуса 101.
Если грани 111a, 111b участков 101a, 101b корпуса рассматриваются как большие диафрагмы, то применение ребер 330 может быть понято лучше. Как легко увидят специалисты в данной области техники, для данного материала и толщины, чем больше площадь поверхности диафрагмы, тем меньшее требуется давление для деформации диафрагмы. Однако, если укрепляющие ребра предоставляются напротив задней поверхности диафрагмы, то эффективная площадь поверхности, которая может деформироваться, может быть по существу снижена. Это так потому, что участок диафрагмы, который примыкает к ребрам, по существу препятствует деформации. Вместо этого, предоставляются множественные отдельные поверхностные области, которые намного меньше, что может противостоять более высокому давлению до деформации, то есть, диафрагма имеет более высокое давление деформации.
Аналогично, без опорной рамы 300 корпуса, грани 111a, 111b содержат относительно большие поверхностные области, которые могут деформироваться, когда они подвергаются действию порогового давления. Пороговое давление деформации может быть ниже рабочего давления флюида, и, таким образом, корпус 101 не будет обеспечивать адекватную вторичную защитную оболочку. Однако, предоставляя опорную раму 300 корпуса с одним или несколькими ребрами 330, поверхностная область корпуса 101, который может деформироваться, разделена на множественные отдельные меньшие поверхностные области. Участки корпуса 101, которые примыкают к ребрам 300, по существу могут только ограниченно деформироваться и, таким образом, ниже порогового давления, только участки корпуса 101 между ребрами 300 могут деформироваться. Следовательно, для деформации участков корпуса 101a, 101b требуется более высокое давление деформации. Поэтому более высокое давление требуется до разрушения корпуса.
Кроме того, ребра 330 могут быть предоставлены как разнесенные между собой, что приводит к более низкому полному весу опорной рамы 300 корпуса, по сравнению с простым увеличением толщины корпуса 101. В некоторых вариантах реализации, меньший вес приводит к меньшему влиянию на резонансные частоты корпуса 101. Как известно специалистам в данной области техники, обычно желательно отделить резонансную частоту корпуса от приводной частоты. Поэтому, усиление корпуса 101, при минимизации дополнительного веса, может привести к суммарному увеличению резонансной частоты корпуса до большей, чем приводная частота.
В соответствии с вариантом реализации, благодаря одному или нескольким ребрам 330, отделяющим имеющуюся деформируемую поверхностную область, опорная рама 300 корпуса может увеличить давление разрыва корпуса 101. Как отмечено выше, два участка 300a, 300b опорной рамы корпуса могут быть обнесены вокруг корпуса 101 и соединены между собой. В соответствии с некоторыми вариантами реализации, внешние оправы 332a, 332b могут быть сварены между собой вблизи места соединения 102 корпуса. Поэтому, с внешними оправами 332a, 332b участков 300a, 300b опорной рамы корпуса, соединенных вблизи места соединения 102 корпуса, место соединения 102 корпуса может быть дополнительно усилено. Как можно видеть, если внешние оправы 332a, 332b контактируют с местом соединения 102 корпуса, то для деформации и разрыва соединения 102 корпуса будет требоваться большее давление, чем в системах предшествующего уровня техники, которые не включают в себя опорную раму 300 корпуса.
Например, в соответствии с тестом конечного элемента, корпус 101 был сжат приблизительно до 15000 фунтов/кв.дюйм (1034 бар). До предоставления опорной рамы 300 корпуса, участки корпуса 101 деформировались приблизительно на 3,71 дюйма (9,42 см). Эта деформация может быть постоянной, и вероятно будет неблагоприятной, приводя к разрыву корпуса 101.
Однако после окружения корпуса 101 опорной рамой 300 корпуса и сжатия его до того же самого значения 15000 фунтов/кв.дюйм (103 бар) давления, максимальная зарегистрированная деформация была уменьшена приблизительно до 0,37 дюймов (0,94 см). Таким образом, опорная рама 300 корпуса привела к десятикратному снижению деформации корпуса 101. Это существенное уменьшение деформации может по существу увеличить номинальное давление корпуса 101, поскольку требуется намного большее давление для постоянной деформации корпуса 101 или разрыва корпуса 101. Следует отметить, что предоставленные выше конкретные значения основаны на одном тесте и конфигурации корпуса и, таким образом, никоим образом не должны ограничивать объем притязаний настоящего варианта реализации.
В соответствии с вариантом реализации, для дополнительного увеличения давления деформации корпуса 101, опорная рама 300 корпуса может быть предварительно растянута для увеличения сжатия, приложенного к корпусу 101. Например, опорная рама 300 корпуса может быть нагрета, после чего опорная рама 300 корпуса и, в частности, ребра 330, расширятся в соответствии с коэффициентом теплового расширения их материалов. При нагревании, опорная рама 300 корпуса может быть установлена вокруг, по меньшей мере, участка корпуса 101, так, что, по меньшей мере, участок корпуса 101 оказывается окруженным опорной рамой 300 корпуса. Когда опорная рама 300 корпуса охлаждается, она сжимается вокруг корпуса 101 и прикладывает сжимающую силу к корпусу 101. В некоторых вариантах реализации, сжимающая сила может дополнительно увеличить давление, требуемое для деформации корпуса 101.
Варианты реализации, описанные выше, предоставляют систему 30 датчика для измерителя 5 расхода флюида, включающую в себя сборку 10 датчика и опорную раму 300 корпуса. Опорная рама 300 корпуса может окружать, по меньшей мере, участок корпуса 101 сборки датчика, чтобы предоставить дополнительную опору относительно деформации вследствие чрезмерного давления. Опорная рама 300 корпуса может, таким образом, увеличить давление разрыва корпуса 101, чтобы предоставить адекватную вторичную защитную оболочку. Специалисты в данной области техники легко увидят, что опорная рама 300 корпуса может быть добавлена к существующим сборкам датчика, которые уже находятся в эксплуатации в данной области техники, чтобы обеспечить соответствующую вторичную защитную оболочку для применений, для которых в настоящее время имеется недостаточная вторичная защитная оболочка.
Подробные описания вышеупомянутых вариантов реализации не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов реализации, рассматриваемых авторами как находящиеся в рамках настоящего описания. Действительно, специалисты в данной области техники увидят, что некоторые элементы вышеописанных вариантов реализации могут быть различным образом объединены или устранены для создания дополнительных вариантов реализации, и такие дополнительные варианты реализации находятся в пределах объема притязаний и принципов настоящего описания. Специалистам в данной области техники также будет очевидно, что вышеописанные варианты реализации могут быть объединены полностью или частично, чтобы создать дополнительные варианты реализации в пределах объема притязаний и принципов настоящего описания.
Таким образом, хотя конкретные варианты реализации описаны здесь в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в рамках настоящего описания, как увидят специалисты в данной области техники. Представленные здесь принципы могут быть применены к другим системам датчика, а не только к вариантам реализации, описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах. Соответственно, объем притязаний описанных выше вариантов реализации должен быть определен из нижеследующей формулы.