專利名稱：高壓過程流體使用的流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量流體流量的渦流流量計，更具體地涉及高壓過程流體使用的流量計。
背景技術(shù)：
各種差動壓力敏感渦流流量計已經(jīng)被提出，它們工作的原理為設(shè)置在流體流動中的緩沖體(buffbody)或開口擋板(shedding bar)交替在開口擋板的相對側(cè)上引起或產(chǎn)生渦流，引起在該擋板的任一側(cè)上壓力的變化。單擋板結(jié)構(gòu)特性的渦街的頻率與喘流中的流動速度成正比例。
渦流流量計在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，渦流流量計方案的示例可在1990年5月2日授予Kleven等的美國專利No.4,926,695、1994年9月6日授予Beulke的美國專利No.5,343,762中被看到，在此通過引用被結(jié)合。
典型地，用于測量流體流量的渦流流量計包括具有壁的管道，該壁環(huán)繞用于傳送流體的孔。該壁具有形成在那里的縮減厚度(reducedthickness)的壁區(qū)域。該縮減厚度的壁區(qū)域有時稱為“縮減硬度的區(qū)域”或“撓曲部分”。開口擋板被設(shè)置在孔中。在典型實施例中，開口擋板包括上流末端、下流末端及連接上游和下游末端的中間部分。該中間部分包括縮減硬度的區(qū)域，該區(qū)域響應(yīng)由圍繞上流末端的流體流動而在流體內(nèi)產(chǎn)生的擾動或渦流而撓曲，以促使至少部分下游末端的運動。這種流量計進一步包括連接到下游末端用于檢測運動并且提供作為其函數(shù)的輸出的檢測裝置。一般地，該檢測裝置檢測橫向運動，以及被可去除地連接到從壁區(qū)域延伸遠離孔的桿，其中該桿將運動傳遞給檢測裝置。
在美國機械工程師協(xié)會(ASME)鍋爐壓力容器代碼(BPVC)中描述了確保渦流儀表符合過程壓力保持力(強度)要求的一種方法。為了確定儀表處于給定壓力的安全因數(shù)，代表設(shè)計方案的儀表被加壓，直到結(jié)構(gòu)爆裂。根據(jù)對產(chǎn)生的第一個儀表體的測試得到因數(shù)，并且基于利用的材料的各種因數(shù)執(zhí)行計算，以實現(xiàn)該設(shè)備。例如，包含成分和制造過程的材料特性被考慮進計算中，以確定設(shè)備可能被標定的最大壓力。
對于更高壓力，撓曲部分經(jīng)常表現(xiàn)結(jié)構(gòu)中的弱點，該弱點可在暴露于高壓時撕裂或爆裂開。由于必須將撓曲部分設(shè)計為足夠的薄以允許連接到緩沖體或開口擋板的桿的運動，因此常規(guī)的撓曲部分難于在高壓力處提供要求的安全因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
用于測量流體流量的渦流流量計具有用于傳輸流體的管道?？s減厚度區(qū)域形成在管道的部分中。設(shè)置在該管道中的開口擋板被連接到縮減厚度區(qū)域，并且被配置以將響應(yīng)流體流動而圍繞樞軸線的搖動應(yīng)用到縮減厚度區(qū)域。在縮減厚度部分上的至少一個加強肋平行于流體的流動而延伸。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例在原位置處的流量計的部分剖視圖。
圖2是圖1中流量計的撓曲部分的放大圖。
圖3是沿圖1中線3-3的流量計的橫截面圖。
圖4是沿圖1中線3-3的橫截面的縮減厚度區(qū)域的放大圖。
圖5是圖1中縮減厚度區(qū)域的頂視圖。
具體實施例為了在具體壓力標定中有資格使用，使用者被要求承受爆裂壓力測試，該測試根據(jù)ASME BPVC給出有效的安全因數(shù)。
爆裂＞(安全因數(shù))×PR/(F×R)其中PR是壓力標定的最大工作壓力，F(xiàn)是鑄造品質(zhì)因數(shù)和R是具體技術(shù)方案中利用的材料的實際對最小抗張強度的比值。安全因數(shù)可能取決于特定用途和技術(shù)方案。
本發(fā)明包括對常規(guī)撓曲部分的修正(有時被稱為縮減壁厚的區(qū)域)，以包括在撓曲部分中心線的任一側(cè)上在流動方向中跨越撓曲部分延伸的肋。此外，增大設(shè)置在撓曲部分的中心線上的中心肋的尺寸。在這些增強下，該撓曲部分能夠保持(承受)近似常規(guī)儀表的150％的壓力。此外，側(cè)肋增加了儀表的敏感度，以交替由開口擋板產(chǎn)生的壓力，通過減小由于儀表的剛性中心撓曲部分上的壓力而在傳感器上導(dǎo)致的補償力。
圖1說明本發(fā)明的渦流流量計的實施例。流量計10包括具有壁14的管道12，該壁14環(huán)繞孔16?？?6通常沿孔軸18傳輸流體，流體可是液體或氣體。開口擋板20為生成渦流阻礙物。樞軸部件22從形成在壁14中的動24延伸至孔16中。波動流體壓力作用在開口擋板和樞軸部件22上，以致于樞軸部件22響應(yīng)于波動壓力而移動。
中心肋26被設(shè)置在孔24中且連接到撓曲部分28。撓曲部分28通常連接到壁14。桿30從撓曲部分28伸出。檢測器件32(以陰影示出的)優(yōu)選通過附著至桿30被連接到撓曲部分28，并且檢測樞軸部件22的運動。檢測器件32產(chǎn)生檢測的運動的輸出指示，并且經(jīng)由導(dǎo)線34傳遞給電路36。典型地，電路36適于將檢測的運動經(jīng)由通信鏈路40傳遞給控制中心38(通信鏈路40可以是兩線、三線或四線回路，或者是無線通信鏈路)。
在優(yōu)選實施例中，加強肋42被設(shè)置在撓曲部分28的中心線27(或樞軸線)的任一側(cè)上的撓曲部分上(參考標記27被示出在圖2和5中)。一般地，中心肋26和加強肋42平行于孔軸18的方向伸展(平行于流動的方向)。
在一個實施例中，加強肋42被定位在中心肋26的中央和撓曲部分28的外側(cè)邊沿之間的撓曲部分上。通過考慮撓曲部分28的直徑D可以確認該位置，在那里，加強肋42被定位在中心肋26的任一側(cè)上近似0.25D處。在替換實施例中，加強肋42位于中心肋26的邊沿和撓曲部分28的外側(cè)邊沿之間的中心(例如，相對于撓曲部分28的邊沿在近似0.22D處)。在這個實施例中，中心肋26與桿30是幾乎相同的寬度，并且在撓曲部分28的整個直徑上延伸。在替換實施例中，中心肋26是比桿30寬一英寸的部分，并且在撓曲部分的整個直徑上延伸。加強肋幾乎是相同的高度和寬度。在一個實施例中，加強肋具有與撓曲部分幾乎相同的高度和寬度。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，撓曲部分28是彎曲的以與管壁匹配。因此，加強肋42的高度是相對于撓曲部分28的表面的，但根據(jù)管曲率半徑相對于固定點而改變。
取決于技術(shù)方案，可以調(diào)整肋大小以說明不同壓力和不同彎曲大小。此外，加強肋42的位置可以被調(diào)整朝向或遠離中心線。在優(yōu)選實施例中，加強肋42基本上居中位于撓曲部分28的中心線和撓曲部分28的外側(cè)邊沿之間。
可以理解的是，這些加強肋42增加了儀表的爆裂壓力強度。將加強肋42添加給儀表典型地增加了50％的儀表的爆裂壓力強度。此外，加強肋42增加了流量計對來自流體渦流的交替壓力的敏感度，通過降低由于作用在儀表10的撓曲部分28上的壓力而帶來的傳感器上補償力。
圖2示出圖1中撓曲部分28的放大圖。如圖所示，管道12具有開口24，撓曲部分28設(shè)置在開口24中。中心肋26在撓曲部分的整個直徑上延伸，并且被定位在撓曲部分28的中心線44上。在這個實施例中，加強肋42被設(shè)置在中心肋26的任一側(cè)且延伸至撓曲部分28的外沿。加強肋42被定位在幾乎處于中心線44和撓曲部分28的外沿之間的中點。桿30從中心肋26延伸且遠離管道12。如前所述，在優(yōu)選實施例中，傳感器經(jīng)由桿30被連接至開口擋板。
圖3示出圖1中渦流流量計沿線3-3的橫截面圖。流量計10包括具有壁14的管道12，該壁環(huán)繞孔16?？?6通常沿孔軸18傳輸流體，該流體可是液體或氣體。開口擋板20是產(chǎn)生渦流的阻擋物。樞軸部件22(圖1中所示)從撓曲部分28的濕潤側(cè)延伸。波動流體壓力作用在開口擋板和樞軸部件22上，以使樞軸部件22相應(yīng)波動壓力而移動。
在這個實施例中，中心肋26被設(shè)置在孔24中，并且連接至撓曲部分28。撓曲部分28通常連接至壁14。桿30從撓曲部分28延伸。加強肋42被設(shè)置在中心肋26的任一側(cè)上的撓曲部分，該中心肋在撓曲部分28的中心線上任一側(cè)上。一般地，中心肋26和加強肋平行于孔軸18的方向延伸(平行于流動的方向)。法蘭部件46將變送器室48(以陰影示出的)連接至儀表體。變送器室48還可以包含用于將檢測的數(shù)據(jù)加工成傳送給控制中心的信號。
圖4說明撓曲部分28的放大的橫截面圖。撓曲部分28被設(shè)置在管道12內(nèi)的開口24中。中心肋26被居中在撓曲部分28上，并且加強肋42被近似居中在中心肋42和撓曲部分28的外圓周邊沿之間。中心肋26和加強肋42彼此平行且平行于流體流動方向地延伸。樞軸部件22被設(shè)置在開口擋板20上且被連接至桿30，以使桿30響應(yīng)由樞軸部件22和開口擋板20經(jīng)歷的流體壓力而移動。
一般地，撓曲部分28(縮減厚度的區(qū)域)具有厚度T。加強肋42具有寬度W和高度H。應(yīng)當(dāng)理解的是，撓曲部分28是彎曲的，以與管壁的曲率相匹配，以致于加強肋42的高度H是相對于撓曲部分28的彎曲表面。在優(yōu)選實施例中，寬度W和高度H近似等于厚度T。
圖5示出從頂部看向開口24的撓曲部分28。該撓曲部分28具有直徑D，從沿撓曲部分28的外表面(沒有濕潤的)的邊沿至邊沿可以測量該直徑。在一個優(yōu)選實施例中，相對于撓曲部分28的中心線(樞軸線)27可以確定加強肋42的位置，抑制加強肋42居中位于近似0.25D。
如前所述，確定儀表標定的壓力的主要方法是爆裂壓力測試。在這些測試中，流量計被連接至測試設(shè)備，然后被加壓，直到因流量計不再承受壓力而發(fā)生故障為止。在所有測試情況中，在撓曲部分區(qū)域中發(fā)生的故障為最薄壁部分。
為了ASME編碼的目的，通過下面等式確定儀表的安全因數(shù)SF=F×BPPr×TSTa]]>其中SF是安全因數(shù)，F(xiàn)是鑄造品質(zhì)因數(shù)，BP是爆裂壓力，Pr是標定的壓力，Ts是材料的抗張強度規(guī)格，以及Ta是如通過來自采取鑄造的加熱的測試樣本所確定的測試的材料的實際抗張強度。
將加強肋42添加到在中心線和撓曲部分的邊沿之間的撓曲部分28，明顯增加了最終的爆裂壓力。在一個示例測試中，加強肋近似是0.035英寸寬和0.070英寸高，并且平行于中心肋26延伸。加強肋42被定位在現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中發(fā)生最大總位移的區(qū)域。計算預(yù)測爆裂壓力增加大于百分之三十。測試的設(shè)備示出百分之五十的爆裂壓力的提高。
對加強撓曲部分設(shè)計的進一步分析表現(xiàn)出在常規(guī)撓曲部分設(shè)計上提高的靈敏度。計算預(yù)測在靈敏度剩增加近似百分之六。在測試中，加強肋42在某些實施例中使儀表的靈敏度增加至多百分之二十。
同樣重要的是，注意到中心肋提供使樞軸部件22趨于回復(fù)到其平衡位置的回復(fù)力?；貜?fù)力趨于增加樞軸部件的振動的固有頻率，這確保樞軸部件22的固有頻率大于在工作中碰到的最高渦流頻率。加強頻率可真正地提高這個回復(fù)力。
此外，應(yīng)當(dāng)注意到，在所示實施例中，加強肋偏離縮減厚度區(qū)域的樞軸線。在優(yōu)選實施例中，加強肋幾乎居中在樞軸線和縮減厚度區(qū)域的邊沿之間，使偏移距離幾乎是相同的。然而在某些實施例中，理想的是改變加強肋的位置。例如，加強肋的位置可以以幾乎相同距離偏離樞軸線和邊沿之間的中間點?？蛇x擇地，加強肋可以與樞軸線間隔略微不同的距離，以使加強肋定位在縮減厚度區(qū)域上的特定位置。
最后，盡管上面說明在一些實施例中已經(jīng)很大程度上描述了如基本上平行于樞軸線(或中心肋)延伸的加強肋，但是理想的可能是改變加強肋相對于中心線的角度。例如，在一個實施例中，理想的可能是將加強肋毗鄰樞軸線定位在撓曲部分上且與樞軸線成角度延伸。在這種實施例中，加強肋相對于樞軸線或圓周邊沿的位置將取決于采取測量的位置而可能改變。通過改變該角度，可能的是調(diào)整儀表的靈敏度同時保持提高的壓力保持力優(yōu)點。
盡管參考優(yōu)選實施例已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會認識到，在不脫離本發(fā)明的范圍和宗旨的情況下，多種改變可能被做出。
權(quán)利要求
1.一種用于測量流體流量的渦流流量計，包括用于傳輸流體的管道；在該管道的部分中的縮減厚度的區(qū)域；開口擋板，所述被設(shè)置在連接至縮減厚度的區(qū)域的管道中且被配置以響應(yīng)流體的流動而將擺動施加給圍繞樞軸線的縮減厚度的區(qū)域；以及至少一個加強肋，所述加強肋在縮減厚度的區(qū)域上且平行于流體的流動延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流流量計，其中加強肋被平行于樞軸線設(shè)置在縮減厚度的區(qū)域的一側(cè)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的渦流流量計，進一步包括第二加強肋，所述第二加強肋平行于流體的流動延伸且相對于至少一個加強肋被定位在樞軸線的相對側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流流量計，進一步包括被連接到縮減厚度的區(qū)域的傳感器，用于檢測其中的運動，提供流量的輸出指示。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流流量計，其中至少一個加強肋被定位在樞軸線和縮減厚度的區(qū)域的邊沿之間的近似中點。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流流量計，進一步包括中心肋，其平行于流體的流動而延伸且被定位在樞軸線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的渦流流量計，進一步包括設(shè)置在管道的外側(cè)且連接至中心肋的桿。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦流流量計，進一步包括被連接到該桿的傳感器，用于檢測其中的運動，提供流量的輸出指示。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流流量計，其中至少一個加強肋具有近似等于縮減厚度區(qū)域的厚度的高度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦流流量計，其中至少一個加強肋跨越縮減厚度區(qū)域從邊到邊地延伸。
11.一種用于測量流體流量的渦流流量計，包括用于傳輸流體的管道；在該管道的部分中的縮減厚度的區(qū)域；開口擋板，所述開口擋板被設(shè)置在連接至縮減厚度的區(qū)域的管道中且被配置以響應(yīng)流體的流動而將擺動施加給圍繞樞軸線的縮減厚度的區(qū)域；以及至少一個加強肋，所述加強肋平行于樞軸線橫跨縮減厚度的區(qū)域從邊到邊延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦流流量計，進一步包括被連接到縮減厚度的區(qū)域的傳感器，用于檢測其中的運動，提供流量的輸出指示。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦流流量計，其中至少一個加強肋被定位在樞軸線和縮減厚度的區(qū)域的圓周邊沿之間的近似中點。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦流流量計，進一步包括中心肋，所述中心肋被連接至縮減厚度的區(qū)域且被定位在樞軸線上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的渦流流量計，進一步包括設(shè)置在管道的外側(cè)且連接至中心肋的桿；以及被連接到該桿的傳感器，用于檢測其中的運動，提供流量的輸出指示。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦流流量計，進一步包括連接至傳感器且適于將傳感器的輸出傳遞給控制中心的電路。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的渦流流量計，進一步包括第二加強肋，其平行于樞軸線延伸且相對于至少一個加強肋被定位在樞軸線的相對側(cè)。
18.一種用于測量流體流量的渦流流量計，包括用于傳輸流體的管道；形成在該管道的部分中的縮減厚度的區(qū)域；開口擋板，所述開口擋板被設(shè)置在連接至縮減厚度的區(qū)域的管道中且被適于響應(yīng)流體的流動而將擺動施加給圍繞樞軸線的縮減厚度的區(qū)域；和在縮減厚度的區(qū)域上的至少一個加強肋。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦流流量計，進一步包括被連接到縮減厚度的區(qū)域的傳感器，用于檢測其中的運動，提供流量的輸出指示。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的渦流流量計，進一步包括連接至傳感器且適于將傳感器的輸出傳遞給控制中心的電路。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦流流量計，其中所述至少一個加強肋被定位在樞軸線和縮減厚度的區(qū)域的邊沿之間的近似中點。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦流流量計，其中所述至少一個加強肋延伸小于縮減厚度的區(qū)域的全部長度。
23.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦流流量計，進一步包括中心肋，所述中心肋被連接至縮減厚度的區(qū)域且被定位在樞軸線上
24.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦流流量計，其中縮減厚度的區(qū)域具有直徑D，并且其中至少一個加強肋被定位在距離縮減厚度的區(qū)域的邊沿的距離0.25D處。
25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦流流量計，進一步包括第二加強肋，所述第二加強肋平行于樞軸線延伸且偏離開至少一個加強肋和樞軸線。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的渦流流量計，其中至少一個加強肋和第二加強肋被定位在樞軸線的相對側(cè)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的渦流流量計，其中至少一個加強肋和第二加強肋偏離基本上相等數(shù)量。
28.根據(jù)權(quán)利要求18所述的渦流流量計，其中縮減厚度的區(qū)域具有厚度，并且其中至少一個加強肋包括以使寬度和高度幾乎等于厚度的寬度和高度的尺寸。
全文摘要
一種用于測量流體流量的渦流流量計(10)包括用于傳輸流體的管道(12)?？s減厚度的區(qū)域(28)被形成在該管道(12)的部分中。設(shè)置在管道(12)中的開口擋板(20)被連接至縮減厚度的區(qū)域(28)且被配置以響應(yīng)流體的流動而將擺動施加給圍繞樞軸線(27)的縮減厚度的區(qū)域(28)。在縮減厚度的區(qū)域上的至少一個加強肋(42)平行于流體的流動延伸。
文檔編號G01F1/32GK1942741SQ200580011397
公開日2007年4月4日 申請日期2005年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月16日
發(fā)明者杰弗里·D·福斯特 申請人:羅斯蒙德公司