Вибрационный измеритель с корпусом с синтетической обмоткой
Изобретение относится к вибрационным измерителям, в частности к вибрационному измерителю с корпусом из синтетической обмотки. Предложен датчик (10) в сборе вибрационного измерителя (5). Датчик (10) в сборе содержит один или более трубопровод (103A, 103B) текучей среды. Датчик (10) в сборе также содержит корпус (200), охватывающий по меньшей мере участок одного или более трубопроводов (103A, 103B) текучей среды. Синтетическая обмотка (300) накладывается на, по меньшей мере, участок корпуса (200) и выполняется с возможностью увеличения давления разрыва корпуса (200) и предотвращения снижения собственных колебательных частот корпуса (200). Причем синтетическая обмотка (300) наложена с первой толщиной на первый участок корпуса и по меньшей мере со второй толщиной на по меньшей мере второй участок корпуса. Технический результат - увеличение давления разрыва корпуса и поддержание или увеличение собственных колебательных частот корпуса. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 5 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к вибрационным измерителям и, в частности, к вибрационному измерителю с корпусом с синтетической обмоткой.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Вибрационные измерители, например денситометры, объемные расходомеры и расходомеры Кориолиса, используются для измерения одного или более параметров веществ, например плотности, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры, и для получения другой информации о веществе. Вибрационные измерители включают в себя один или более трубопроводов, которые могут иметь разнообразные форм, например, они могут быть прямыми, U-образными, или иметь неправильные конфигурации. Один или более трубопроводов предоставляют первичную оболочку измеряемого флюида. Измеряемый флюид может содержать жидкость, газ, или их комбинацию. Жидкость может включать в себя взвешенные твердые частицы.
Один или более трубопроводов имеют набор собственных колебательных мод, включая, например, простые изгибные, крутильные, радиальные, и связанные моды. В одном или более 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 более электронных измерителей передают синусоидальный приводной сигнал на по меньшей мере 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 более трубопроводов на частоте привода на приводной моде. Например, приводной сигнал может быть периодическим электрическим током, пропускаемым через индукционную катушку.
Один или более датчиков регистрируют движение трубопровода(-ов) и создают сигнал датчика, отображающий движение колеблющегося трубопровода(-ов). Датчик обычно представляет собой комбинацию магнит/катушка с магнитом, обычно прикрепляемым к одному трубопроводу, и катушкой, прикрепляемой к установочной конструкции или к другому трубопроводу. Сигнал датчика передается на один или более электронных измерителей; и в соответствии с известными принципами, сигнал датчика может быть использован одним или несколькими электронными измерителями для определения параметров вещества или для регулировки приводного сигнала, в случае необходимости.
Обычно трубопроводы, так же, как и привод и датчики, заключены в пределы корпуса. Корпус может предоставить многочисленные преимущества, например защиту внутренних компонентов, а также обеспечить вторичное сдерживание флюида, если в трубопроводе текучей среды образуется трещина, например. Для того чтобы корпус обеспечил адекватное вторичное сдерживание, давление разрыва (давление, при котором элемент разрушается) корпуса должно быть по меньшей мере столь же высоким, как и рабочее давление смачиваемого канала текучей среды (трубопроводы текучей среды, манифольд, фланец, и т.д.). Многие из вибрационных измерителей, имеющихся в настоящее время на рынке, имеют смачиваемый канал текучей среды с давлением разрыва приблизительно 15000 фунтов/кв.дюйм (1034 бар); однако это число может варьироваться в зависимости от материала, используемого для смачиваемого канала текучей среды, размеров измерителя, и т.д. Номинальное давление для смачиваемого канала текучей среды в этом случае может быть назначено контролирующим органом, или органом безопасности, на основании давления разрыва, или на основании некоторого аналитического уравнения. Номинальное давление вторичного сдерживания 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 канала текучей среды, 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 контролирующих органов давление разрыва корпуса должно также резко увеличиться для обеспечения приемлемого вторичного сдерживания. 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, корпус может быть характеризован как тонкостенный, цилиндрической формы компонент, где давление внутри корпуса действует против стенок корпуса, создающего кольцевое напряжение. Кольцевое напряжение может быть описано уравнением (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. Во многих ситуациях, максимально допустимое кольцевое напряжение устанавливается контролирующими органами, или другими стандартами безопасности. 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 возможным, без уменьшения при этом размера трубопроводов текучей среды. 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 меньше, чем приблизительно 1-дюймовый (2,54 см) внутренний диаметр трубопровода, стандартный корпус часто достаточно прочен, чтобы обеспечить адекватное вторичное сдерживание 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 корпуса с внутренним диаметром 10 дюймов (25,4 см) или более. Измерители этого размера часто встречаются в нефтегазовой промышленности, где вторичное сдерживание становится более важным. Корпуса этого размера часто имеют давление разрыва приблизительно 860 фунтов/кв.дюйм (59,3 бар), во много раз ниже давления разрыва смачиваемого канала 15 000 фунтов/кв.дюйм (1034 бар). С такими размерами, корпус должен иметь толщину приблизительно 2 дюйма (5,08 см), приводя 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, корпуса, используемые в уровне техники для этих больших измерителей, предоставлялись просто для защиты трубопроводов и электрических компонентов вибрационного измерителя, но не обеспечивали приемлемого вторичного сдерживания 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 корпуса вибрационных измерителей обеспечат вторичное сдерживание, если трубопровод текучей среды будет поврежден.
Варианты осуществления, описанные ниже, преодолевают эти и другие проблемы, и в данной области техники достигается усовершенствование. Варианты осуществления, описанные ниже, предоставляют корпус с синтетической обмоткой, применяемой вокруг по меньшей мере участка корпуса. Синтетическая обмотка может существенно увеличить давление разрыва корпуса, минимизируя добавленный вес и влияние на колебательные частоты корпуса.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Датчик в сборе вибрационного измерителя предложен в соответствии с вариантом осуществления. Датчик в сборе содержит один или более трубопроводов текучей среды и корпус, охватывающий по меньшей мере участок одного или более трубопроводов текучей среды. В соответствии с вариантом осуществления, датчик в сборе дополнительно содержит синтетическую обмотку, наложенную на по меньшей мере участок корпуса.
Способ выполнения датчика в сборе вибрационного измерителя предложен в соответствии с вариантом осуществления. Датчик в сборе включает в себя один или более трубопроводов текучей среды. В соответствии с вариантом осуществления, способ включает в себя этап, на котором охватывают по меньшей мере участок одного или более трубопроводов текучей среды корпусом. В соответствии с вариантом осуществления, способ дополнительно включает в себя этап, на котором накладывают синтетическую обмотку на по меньшей мере участок корпуса.
АСПЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В соответствии с аспектом, датчик в сборе вибрационного измерителя содержит:
один или более трубопровод текучей среды;
корпус, охватывающий по меньшей мере участок одного или более трубопроводов текучей среды; и синтетическую обмотку, наложенную на по меньшей мере участок корпуса.
Предпочтительно, синтетическая обмотка наложена на по существу всю внешнюю поверхность корпуса.
Предпочтительно, синтетическая обмотка содержит синтетическое волокно.
Предпочтительно, волокна синтетической обмотки ориентированы для регулировки одной или более колебательных частот корпуса.
Предпочтительно, синтетическая обмотка содержит два или более различных синтетических волокна.
Предпочтительно, синтетическая обмотка накладывается с первой толщиной на первый участок корпуса и по меньшей мере со второй толщиной на по меньшей мере второй участок корпуса.
В соответствии с другим аспектом, способ выполнения датчика в сборе вибрационного измерителя, содержащего один или более трубопроводов текучей среды, включает в себя этапы, на которых:
охватывают по меньшей мере участок одного или более трубопроводов текучей среды корпусом; и
накладывают синтетическую обмотку на по меньшей мере участок корпуса.
Предпочтительно, этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором накладывают синтетическую обмотку на по существу всю внешнюю поверхность корпуса.
Предпочтительно, синтетическая обмотка содержит синтетическое волокно.
Предпочтительно, этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором ориентируют волокна синтетической обмотки для регулировки одной или более колебательных частот корпуса.
Предпочтительно, синтетическая обмотка содержит два или более различных синтетических волокон.
Предпочтительно, этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором осуществляют предварительное натяжение синтетической обмотки.
Предпочтительно, этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором накладывают больше чем один слой синтетической обмотки.
Предпочтительно, этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором накладывают синтетическую обмотку с первой толщиной на первый участок корпуса и по меньшей мере со второй толщиной на по меньшей мере второй участок корпуса.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 изображает вибрационный измеритель в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 2 показывает датчик в сборе с корпусом в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 3 показывает датчик в сборе с синтетической обмоткой участка корпуса в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 4 показывает датчик в сборе с синтетической обмоткой всей внешней поверхности корпуса в соответствии с вариантом осуществления.
Фиг. 5 показывает датчик в сборе с синтетической обмоткой всей внешней поверхности корпуса волокнами, ориентированными в различных направлениях в соответствии с вариантом осуществления.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1-5 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области техники того, как выполнить и использовать наилучшим образом варианты осуществления вибрационного измерителя с обернутым корпусом. С целью пояснения принципов изобретения, некоторые обычные аспекты были упрощены или исключены. Специалисты в данной области техники увидят возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний настоящего описания. Специалисты в данной области техники увидят, что описанные ниже признаки могут быть различным образом скомбинированы, образуя множественные вариации вибрационного измерителя. Таким образом, описанные ниже варианты осуществления не ограничиваются описанными ниже конкретными примерами, а только пунктами формулы изобретения и их эквивалентами.
На фиг. 1 показан вибрационный измеритель 5, в виде измерителя, содержащего датчик 10 в сборе и один или более электронных измерителей 20. Вибрационный измеритель 5 может содержать расходомер Кориолиса, объемный расходомер, денситометр, и т.д. Электронный измеритель 20 соединяется с датчиком 10 в сборе через кабельные соединения 100 для измерения параметров вещества, например, плотности флюида, массового расхода, объемного расхода, суммарного массового расхода, температуры, а также для предоставления другой информации по каналу 26.
Датчик 10 в сборе по настоящему изобретению включает в себя пару фланцев 101 и 101'; манифольды 102 и 102'; монтажные пластины 113 и 113'; привод 104; датчики 105-105'; и трубопроводы 103A и 103B. Привод 104 и датчики 105, 105' присоединены к трубопроводам 103A и 103B текучей среды. Привод 104 показан как прикрепленный к трубопроводам 103A, 103B текучей среды в положении, где привод 104 может возбуждать колебания участка трубопроводов 103A, 103B на приводной моде. Датчики 105, 105' прикреплены к трубопроводам 103A, 103B, чтобы регистрировать движение трубопроводов 103A, 103B.
Специалисты в данной области техники должны отметить, что в пределы объема притязаний настоящего изобретения входит использование обсуждаемых здесь принципов вместе с вибрационным измерителем любого типа, включая в себя вибрационные измерители, которые не имеют возможностей измерения расходомера Кориолиса. Примеры таких устройств включают в себя вибрационные денситометры, объемные расходомеры, и т.д.
Фланцы 101 и 101' по примеру настоящего изобретения присоединяются к манифольдам 102 и 102'. Манифольды 102 и 102' по примеру настоящего изобретения прикреплены к противоположным концам разделителя 106 (или проставки). Разделитель 106 поддерживает определенное расстояние между манифольдами 102 и 102', чтобы предотвратить нежелательные колебания в трубопроводах 103A и 103B. Когда датчик 10 в сборе вставляется в трубопроводную магистраль (не показана), которая транспортирует вещество, вещество входит в датчик 10 в сборе через фланец 101, проходит через впускной манифольд 102, где суммарное количество материала направляется в трубопроводы 103A и 103B, протекает через трубопроводы 103A и 103B, и назад, в выпускной манифольд 102', где материал выходит из датчика 10 в сборе через фланец 101'.
Как можно заметить, флюид в пределах трубопроводов 103A, 103B часто имеет повышенную температуру и может быть опасным для окружающей среды. Кроме того, часто оказывается затруднительным вовремя обнаружить трещины, которые могут образовываться во трубопроводах 103A, 103B текучей среды. Поэтому датчик 10 в сборе часто включает в себя корпус 200.
На фиг. 2 показан датчик 10 в сборе с корпусом 200, охватывающим трубопроводы 103A, 103B текучей среды, привод 104, и датчики 105, 105'. Хотя показанный вариант осуществления имеет корпус 200, полностью охватывающий трубопроводы 103A, 103B, в других вариантах осуществления, корпус 200 может окружать только участок трубопроводов 103A, 103B. Например, корпус 200 может окружать только участок трубопроводов 103A, 103B, где располагаются привод 104 и датчики 105, 105'. Как можно заметить, корпус 200 может включать в себя один или более электрических разъемов для кабелей 100. Корпус может окружать трубопроводы 103A, 103B текучей среды наряду с другими выбранными компонентами датчика 10 в сборе. Часто корпус 200 выполняется из металла, например, из нержавеющей стали; однако, могут быть использованы другие материалы. Корпус 200 обычно соединяется с манифольдами 102, 102' через пластины 113, 113', которые лучше видны на фиг. 1. Например, корпус 200 может быть приварен к пластинам 113, 113'. В некоторых вариантах осуществления, пластины 113, 113' могут содержать участок корпуса 200 и, таким образом, содержать часть вторичного сдерживания датчика 10 в сборе. Во многих вариантах осуществления, корпус 200 содержит две половины 200a, 200b, корпуса которые стыкуются между собой для окружения трубопроводов 103A, 103B текучей среды и свариваются, или иначе соединяются, между собой. В показанном на фиг. 2 варианте осуществления можно видеть внутреннюю и внешнюю линии 201, 202 сварки. В соответствии с вариантом осуществления, корпус 200 включает в себя область 203 изгиба. Область 203 изгиба по существу соответствует изгибу трубопроводов 103A, 103B текучей среды, что можно видеть из фиг. 1. Однако следует отметить, что, если трубопроводы 103A, 103B текучей среды состоят из прямых трубопроводов текучей среды, корпус 200 может быть аналогично выполнен как прямой элемент, не требуя области 203 изгиба.
В соответствии с вариантом осуществления, корпус 200, как показано на фиг. 2, имеет давление разрыва, которое ниже, чем давление разрыва смачиваемого канала текучей среды. Иначе говоря, если в смачиваемом канале текучей среды развивается трещина, корпус 200 вследствие давления также будет поврежден, что приведет к потенциально катастрофической ситуации. Поэтому, корпус 200, показанный на фиг. 2, не обеспечивает адекватное вторичное сдерживание. Простое увеличение толщины корпуса, чтобы увеличить давление разрыва корпуса, часто оказывается не реализуемым вариантом, как отмечено выше, вследствие чрезмерного веса и соответствующей стоимости.
На фиг. 3 показан датчик 10 в сборе в соответствии с другим вариантом осуществления. В показанном на фиг. 3 варианте осуществления, датчик 10 в сборе включает в себя синтетическую обмотку 300, которая накладывается вокруг участка корпуса 200. Синтетическая обмотка 300 может содержать синтетический волоконный материал, например, стекловолокно, металлическое волокно, или углеволокно. В показанном на фиг. 3 варианте осуществления, синтетическая обмотка 300 наложена только на верхний участок корпуса 200 вблизи области 203 изгиба. Во многих ситуациях, где корпус 200 включает в себя область 203 изгиба, область 203 изгиба часто оказывается наиболее слабым участком в корпусе 200. Следовательно, область 203 изгиба часто оказывается первым участком корпуса, который разрывается под давлением. Поэтому, в показанном на фиг. 3 в варианте осуществления, это единственный участок корпуса 200, обернутый синтетической обмоткой 300.
В соответствии с вариантом осуществления, синтетическая обмотка 300 может содержать один или более листов синтетического материала, который может быть наложен вокруг корпуса 200 одним или несколькими слоями. Больше слоев может быть использовано в местоположениях, которые требуют дополнительного укрепления в целях удержания давления. Листы могут содержать стандартные ленты, которые могут быть обернуты один или более раз вокруг корпуса 200 или могут содержать предварительно подогнанные по размеру и форме листы, специально для конкретного корпуса 200. Между отдельными слоями синтетического материала может быть использовано адгезивное вещество, чтобы удерживать слои синтетической обмотки 300 между собой. В некоторых вариантах осуществления, адгезивное вещество может содержать участок обмотки 300. Например, одна сторона обмотки 300 может включать в себя адгезивное вещество, которое предоставляется изготовителем синтетической обмотки 300. Как другая альтернатива, синтетический материал может содержать единственный лист, который непрерывно оборачивается один или более раз вокруг корпуса 200 и удерживается на концах с адгезивным веществом. Специалисты в данной области техники легко распознают альтернативные способы для наложения синтетической обмотки 300, например, механические крепления, фрикционную посадку, и т.д. Поэтому, конкретный раскрытый способ никоим образом не должен ограничивать объем притязаний настоящего варианта осуществления.
В соответствии с вариантом осуществления, синтетическая обмотка 300 содержит синтетическое волокно. Как можно отметить, много синтетических волокон, например, углеродное волокно, имеют большое отношение прочности к весу. Обычно, синтетические волокна имеют большее отношение прочности к весу, чем нержавеющая сталь, например. Следовательно, используя синтетические волокна в качестве синтетической обмотки 300, можно увеличить давление разрыва участка корпуса 200, обернутого синтетической обмоткой 300, не добавляя большой вес. Часто, добавленный синтетической обмоткой 300 вес оказывается намного меньшим, чем если бы для увеличения давления разрыва увеличивать толщину металла, используемого для формирования корпуса 200. Как специалисты в данной области техники легко распознают, добавление прочности корпусу 200, без значительного добавления веса корпуса 200, может поддержать или увеличить собственные колебательные частоты корпуса 200. И напротив, если толщину металлического корпуса 200 увеличить, то добавленный вес вероятно уменьшит собственные колебательные частоты, что может быть нежелательным в некоторых вариантах осуществления.
Также оказывается возможным увеличить частоты изгибной моды кантилеверного типа для корпуса, преднамеренно добавляя дополнительные обмотки и, поэтому, дополнительную жесткость, к нижнему участку корпуса вблизи пластин 113, 113'. Эта методика добавляет дополнительную жесткость корпусу в местоположении большой модовой энергии деформации, таким образом заметно поднимая первые несколько частот изгибной моды кантилеверного типа. Хотя эта методика также добавляет массу к корпусу, она не будет добавлена в местоположении большого модового смещения и, поэтому, частоты первых нескольких изгибных мод корпуса заметно не понижаются. Альтернативно, если снижение частот изгибной моды корпуса желательны, это может быть достигнуто добавлением дополнительных обмоток и, таким образом, дополнительной массы, вблизи вершины корпуса 203 в местоположении большого модового смещения, где масса будет иметь существенный эффект понижения частот корпуса.
Хотя показанный на фиг. 3 вариант осуществления имеет синтетическую обмотку 300, наложенную вокруг внешней поверхности корпуса 200, следует отметить, что в альтернативных вариантах осуществления синтетическая обмотка 300 может быть наложена на внутреннюю поверхность корпуса 200. Однако наложение синтетической обмотки 300 на внутреннюю поверхность корпуса 200 обычно намного сложнее и может требовать большего корпуса для размещения трубопроводов текучей среды данного размера, исходя из толщины обмотки 300. Поэтому в показанных и обсуждаемых вариантах осуществления, синтетическая обмотка 300 обеспечивается на внешней поверхности корпуса 200, но пункты формулы изобретения не должны быть ограничены этой конфигурацией.
На фиг. 4 показан датчик 10 в сборе в соответствии с другим вариантом осуществления. В показанном на фиг. 4 варианте осуществления, внешняя поверхность корпуса 200 по существу полностью обернута синтетической обмоткой 300. В некоторых вариантах осуществления, синтетическая обмотка 300 может быть также наложена на монтажные пластины 113, 113' или на другие участки датчика 10 в сборе, например, на манифольды 102, 102', для гарантии достаточной защиты для давления разрыва. Синтетическая обмотка 300 может быть наложена на корпус 200 по существу таким же образом, как описано выше в связи с фиг. 3, например. Как можно заметить, наложением синтетической обмотки 300 на по существу всю внешнюю поверхность корпуса 200 давление разрыва может быть дополнительно поднято по сравнению с показанным на фиг. 3 вариантом осуществления, когда только участок корпуса 200 покрывается синтетической обмоткой 300. Поэтому, как специалисты в данной области техники заметят, когда степень покрытия синтетической обмоткой 300 увеличивается, давление разрыва корпуса должно также увеличиться. Давление разрыва корпуса может быть дополнительно увеличено, увеличивая толщину синтетической обмотки 300. Например, давление разрыва для упомянутого выше корпуса, с первоначальным давлением разрыва приблизительно 860 фунтов/кв.дюйм (59,3 бар) может быть увеличено до давления разрыва приблизительно 5000 фунтов/кв.дюйм (345 бар), обматывая по существу весь корпус 200 синтетической обмоткой 300 до толщины приблизительно ¼ дюйма (0,64 см). Толщина синтетической обмотки 300 может быть увеличена увеличением толщины отдельного листа синтетической обмотки 300, или наложением множественных слоев синтетической обмотки 300. Давление разрыва также может быть увеличено при использовании более прочного синтетического материала. Например, углеродное волокно обычно является более прочным, чем стекловолокно.
На фиг. 5 показан датчик 10 в сборе в соответствии с еще одним вариантом осуществления. В показанном на фиг. 5 варианте осуществления, по существу весь корпус 200 обернут синтетической обмоткой 300. Однако участок 500 синтетической обмотки 300, ближайший к области 203 изгиба, имеет волокна, ориентированные в направлении, отличном от остальной части 501 синтетической обмотки. Как можно видеть, участки 501 синтетической обмотки 300, вблизи основания корпуса 200, имеет волокна, ориентированные приблизительно под 45° относительно продольной оси X-X датчика 10 в сборе. Однако участок 500 синтетической обмотки 300, вблизи области 203 изгиба, имеет волокна, ориентированные приблизительно под 90° относительно продольной оси X-X.
В соответствии с вариантом осуществления, ориентация волокон может быть выбрана для лучшего управления и тонкой регулировки колебательных частот корпуса 200. Как хорошо известно в данной области техники, синтетические волокна часто анизотропны и, таким образом, модуль упругости синтетических волокон зависит от направления. Следовательно, ориентируя волокна в определенных направлениях, конкретные колебательные частоты корпуса 200 могут быть повышены или понижены. Определенная ориентация волокон может зависеть от конкретного типа используемого синтетического волокна, желаемой толщины синтетического волокна, желаемого изменения частот корпуса, числа слоев волокна, и т.д. Специалисты в данной области техники легко увидят, что желаемая ориентация волокон может быть определена экспериментально, или посредством анализа конечных элементов, например. Волокна могут быть ориентированы в различных направлениях посредством вращения синтетического материала до наложения на корпус 200. В соответствии с другим вариантом осуществления, два или более различных синтетических материала, имеющих отличающиеся ориентации волокон, могут быть использованы с различными синтетическими материалами, накладываемыми на различные области корпуса.
В соответствии с другим вариантом осуществления, жесткость, добавляемая корпусу 200 синтетической обмоткой 300, может быть отрегулирована предварительным натяжением синтетической обмотки 300. В соответствии с вариантом осуществления, это может быть достигнуто обматыванием корпуса 200 при повышенной температуре, то есть, большей, чем охватывающая температура, или температура, при которой вибрационный измеритель 5 предположительно будет работать. При наложении синтетической обмотки 300 при повышенной температуре, синтетическая обмотка 300 будет сокращаться при охлаждении, дополнительно сжимаясь вокруг корпуса 200. Жесткость, добавленная сокращением синтетической обмотки 300, может увеличить колебательные частоты корпуса 200. В соответствии с другим вариантом осуществления, предварительное натяжение может быть достигнуто наложением синтетической обмотки 300 на корпус 200 при ее растяжении. Предварительное натяжение может увеличить сжатие, которое синтетическая обмотка 300 обеспечивает корпусу 200.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления, толщина синтетической обмотки 300 может варьироваться в зависимости от местоположения обмотки 300 на корпусе 200. Например, как упомянуто выше, область 203 изгиба корпуса 200 обычно является наиболее слабой точкой в корпусе 200 и, таким образом, обычно содержит точку давления разрыва. Поэтому в некоторых вариантах осуществления синтетическая обмотка 300 может быть обернута как более толстая в этой области, чем остальная часть корпуса 200. В другом варианте осуществления, синтетическая обмотка 300 может быть обернута как более толстая в основании корпуса 200, вблизи того места, где корпус 200 присоединяется к пластинам 113, 113'. Это сечение корпуса 200 подвергается наибольшему изгибу во время работы. Поэтому, жесткость этой области корпуса 200 с синтетической обмоткой может повысить колебательные частоты корпуса.
Варианты осуществления, описанные выше, предоставляют различные примеры, которые поясняют специалистам в данной области техники, как увеличить давление разрыва корпуса вибрационного измерителя, используя синтетическую обмотку. Синтетическая обмотка может содержать синтетическое волокно. Синтетическая обмотка может быть наложена на участок корпуса или на весь корпус. Синтетическая обмотка может быть наложена больше, чем одним слоем. В вариантах осуществления, где синтетический материал содержит синтетическое волокно, волокна синтетической обмотки могут быть ориентированы для регулировки жесткости в желаемом направлении, тем самым регулируя одну или более собственных колебательных частот корпуса.
Подробные описания вышеупомянутых вариантов осуществления не являются исчерпывающими описаниями всех вариантов осуществления, предполагаемых авторами как находящиеся в пределах объема притязаний настоящего описания. Действительно, специалисты в данной области техники распознают, что определенные элементы вышеописанных вариантов осуществления могут быть по-разному объединены или исключены, образуя дополнительные варианты осуществления, и такие дополнительные варианты осуществления находятся в пределах объема притязаний и принципов настоящего описания. Специалистам в данной области техники также будет очевидно, что вышеописанные варианты осуществления могут быть объединены полностью или частично, чтобы создать дополнительные варианты осуществления в пределах объема притязаний и принципов настоящего описания.
Таким образом, хотя определенные варианты осуществления описаны здесь в иллюстративных целях, различные эквивалентные модификации возможны в пределах объема притязаний настоящего описания, как будет понятно специалистам в данной области техники. Предоставленные здесь принципы могут быть применены к другим вибрационным измерителям, а не только к описанным выше и показанным на сопровождающих чертежах вариантам осуществления. Соответственно, объем притязаний описанных выше вариантов осуществления должен быть определен из нижеследующей формулы изобретения.
1. Датчик (10) в сборе вибрационного измерителя (5), содержащий:
один или более трубопровод (103А, 103В) текучей среды;
корпус (200), охватывающий, по меньшей мере, участок одного или более трубопроводов (103А, 103В) текучей среды; и
синтетическую обмотку (300), наложенную на, по меньшей мере, участок корпуса (200), выполненную с возможностью увеличения давления разрыва корпуса (200) и предотвращения снижения собственных колебательных частот корпуса (200), причем синтетическая обмотка наложена с первой толщиной на первый участок корпуса и по меньшей мере со второй толщиной на по меньшей мере второй участок корпуса.
2. Датчик (10) в сборе по п. 1, в котором синтетическая обмотка (300) наложена на, по существу, всю внешнюю поверхность корпуса (200).
3. Датчик (10) в сборе по п. 1, в котором синтетическая обмотка (300) содержит синтетическое волокно.
4. Датчик (10) в сборе по п. 3, в котором волокна синтетической обмотки (300) ориентированы для регулировки одной или более колебательных частот корпуса (200).
5. Датчик (10) в сборе по п. 3, в котором синтетическая обмотка (300) содержит два или более различных синтетических волокна.
6. Способ выполнения датчика в сборе вибрационного измерителя, содержащего один или более трубопровод текучей среды, включающий в себя этапы, на которых:
охватывают, по меньшей мере, участок одного или более трубопроводов текучей среды корпусом; и
накладывают синтетическую обмотку на, по меньшей мере, участок корпуса, выполненную с возможностью увеличения давления разрыва и предотвращения снижения собственных колебательных частот корпуса, причем накладывают синтетическую обмотку с первой толщиной на первый участок корпуса и по меньшей мере со второй толщиной на по меньшей мере второй участок корпуса.
7. Способ по п. 6, в котором этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором накладывают синтетическую обмотку на, по существу, всю внешнюю поверхность корпуса.
8. Способ по п. 6, в котором синтетическая обмотка содержит синтетическое волокно.
9. Способ по п. 8, в котором этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором ориентируют волокна синтетической обмотки для регулировки одной или более колебательных частот корпуса.
10. Способ по п. 8, в котором синтетическая обмотка содержит два или более различных синтетических волокон.
11. Способ по п. 6, в котором этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором осуществляют предварительное натяжение синтетической обмотки.
12. Способ по п. 6, в котором этап наложения синтетической обмотки включает в себя этап, на котором накладывают больше чем один слой синтетической обмотки.
