附件和带有这种悬挂件的科里奥利质量流量测量装置

技术领域

本发明涉及按权利要求1前序部分所述用于科里奥利质量流量测量装置 (CMD)的附件以及带有这种附件的科里奥利质量流量测量装置。

背景技术

CMD使流体通过的测量管产生一种周期性的运动-典型的是弯曲振动- 并在至少两个部位上测量流体对管壁的力作用。从测量部位上所测量的相位差 中可以确定质量流量。

但是，流体由于流动对管壁的力作用(这就是科里奥利效应)与出现的其 他力相比非常小。因此，为了能够将测量结果与基础和干扰区分开来，对与结 构对称相关的装置存在很高的要求。但特别是必须将CMD在振动技术上尽可 能完全与其环境脱离(特别是它所安装的管道，其特性不能受到影响)。这种 退耦也称为CMD的“平衡”。

在现有技术中，人们反复尝试通过使用双管结构和/或者弯曲的测量管来 达到平衡。这些手段在流体的大密度范围上可以达到平衡。但工艺技术上主要 使用单管不弯曲的测量管。在此方面有三种典型的应用(对此参阅“科里奥利 质量测量计中的单管技术-确定方位”W.Drahm，atp 42，7(2000)第20页)：

-固定的对称结构

在这里，通过特殊的安装规程确保CMD非常确定地与环境结合。装置本 身具有很大的质量。缺点是增加了安装成本，难于固定和装置对外界影响(例 如较低的零点稳定度)非常敏感。

-弯曲-反向振动器

测量管的振动通过安装弯曲-反向振动器得到平衡。该振动器与测量管反 相振动，在理想情况下消除重心的振荡运动。然后在边缘上没有输出力。这种 平衡一般情况下只对一种密度的流体发挥作用，在其他密度情况下则再也不能 确定测量管和反向振动器的质量关系，而且对环境的耦合大大上升。然后测量 精度随之降低。

-扭转反向振动器

取代弯曲-反向振动器，通过偏心设置质量将弯曲固有振动与管的扭转振 动耦合。

提出通过在测量管上设置一定数量的悬挂质量来达到该目的，其重心处于 垂直通过测量管地纵向轴的弯曲振动平面地延伸的共用表面上，但一般情况下 不处于该纵轴线上。一种可选择的方案是如US 2002/0117010A1介绍的设置一 偏心刚性槽。因为两种振动方式(弯曲振动方式和扭转振动方式)以类似的方 式受流体质量的影响，所以事实证明，边缘力-也就是弯曲力和扭转力-可 以在很大的密度范围上得到平衡。测量管的平衡部件下面也称为测量段。测量 数据应只在这种方式平衡的测量段内接收。

但如所提出的那样，这种平衡是以此为代价的，即根据扭转振动，对称的 扭矩(扭转力矩)沿管轴线作用于测量管的入口侧和出口侧末端。在此方面对 称的意思是说，入口侧和出口侧的扭矩在量上是相等的，但或者同向或者反向 定向。此外，通过这种轴向扭矩，在CMD的环境上产生一种振动技术上不希 望的耦合。

该方法提出由此克服扭矩的耦合，即与该测量管机械连接一个相对于旋转 对称轴旋转对称地构成的，可在与测量管的扭转振动方式相同的频率但相反的 相位扭转振动中偏移的附件。附件的旋转对称轴线与通过测量段入口横截面和 测量段出口横截面的中心点确定的直线(下面简称为中轴线)平行分布或者与 该直线重合。在完全直线测量管的情况下，中轴线与测量管中心线和测量管的 旋转对称轴线重合。

旋转对称在这里表示在所谓n个旋转对称的意义上是对称的。在此方面， N是一个自然数。在环绕旋转对称轴线以360°的角度/n个物体本身反映出旋 转的情况下，那么该物体具有n个旋转对称。例如，一个带有正方形基面的纵 向延伸的直角平行六面体与平行于纵向延伸方向分布的中轴线相关具有4个旋 转对称。因为在各自以90°环绕该旋转对称轴线旋转时，本身反映出该直角平 行六面体。带有矩形端面的纵向延伸的直角平方六面体具有2个旋转对称。例 如带有均匀质量分布的测量管这样的实心或者空心圆柱体除了n个旋转对称的 极端情况外，具有“无尽个旋转对称”，因为以任意角度的任何旋转本身都反 映出该实心或者空心圆柱体。在这种情况下，也可以说是旋转对称。

所提出的附件可以与垂直于旋转对称轴线定向并在测量段的中心与中轴线 相切的对称平面相关镜面对称。镜面对称的意思是说，该附件在镜面形成下本 身转变为对称平面。

按照现有技术，用于科里奥利质量流量测量装置测量管振动平衡的附件， 只能由例如像实心材料的横梁或者棒或者圆片这样的实心部件制成，一是达到 必需的刚性，二是达到必需的重量。结果是振动平衡的CMD目前很难实现。 像上述提出的CMD当然不再需要大的平衡质量。

发明内容

因此本发明的目的在于提供一种附件，利用该附件可以产生平衡的CMD， 该附件可以更容易也更廉价地加工并减少所需材料。

该目的在附件方面通过权利要求1所述特征得以实现，在CMD方面通过 权利要求10所述特征得以实现。

依据本发明，附件为具有空心型材导轨和/或带有封闭空心横截面的横梁 的组合体。附件特别是可以包括带有封闭的空心横截面型材的横梁，其中，该 横梁可以具有圆形或者椭圆形或者矩形或者曲折形的空心横截面型材。

但依据本发明的附件也可以包括纵向延伸的型材导轨，它们例如可以具有 不封闭的U形或者L形或者V形的形状。

通过斜撑垂直于纵向延伸方向地加固型材导轨。这种结构的优点在于，由 此可以避免开口边干扰的低频振动。

在一特别有利的实施方式中，附件的振动特性可以通过型材壁厚和/或者 型材导轨或横梁的扭转面的扭矩调整。

在依据本发明的附件中，型材导轨和/或者横梁可以具有开口，里面装入 用于平衡重量的插入件。优点在于通过该开口可以从外部接触例如像CMD的 传感器或者执行元件这样的其他部件，但通过剪切开口产生的重量损失可以通 过插入件重新得到补偿。振动特性由此保持不变。插入件可以优选是空心套管， 旋入或者焊接在开口内。

依据本发明的CMD包括一个在所连接的弯曲和扭转方式下振动的测量 管，在该测量管上，一个关于旋转对称轴线旋转对称的、可在与测量管的扭转 振动方式频率相同但相位相反的扭转振动中偏移的附件，该附件按上述结构与 测量管机械连接，而且附件的旋转对称轴线与通过测量段入口横截面和测量段 出口横截面的中心确定的直线(中轴线)平行分布或者与该直线重合。

在此方面，附件可关于一个垂直于旋转对称轴线并在测量段的中心与中轴 线相交的对称平面镜面对称。

在特别有利的设计方案中，在测量管上安装至少另一个平衡件，用于平衡弯 曲力和/或者扭转力。

附件可以在入口侧和出口侧与测量管连接，特别是在入口侧和出口侧的测 量段末端上与测量管相连接，但也在测量段的内部与测量管连接。

另一平衡件也可以安装在测量管上测量段的内部。

附件至少在测量段的区域内可以包围测量管，但也可以设置在测量管的外 部但与其连接。

该科里奥利质量流量测量装置可以包括唯一一个直线或者弯曲测量管，其 中，测量管特别是U形或者S形或者V形弯曲。

依据本发明的附件可以包括至少一个入口侧的第一分段、出口侧的第二分 段和中间的第三分段，其中，每个分段关于旋转对称轴线旋转对称。在此方面， 中间分段的扭转面扭矩在量上大于入口侧和出口侧分段的扭转面扭矩。

尤其有利的一种实施方式是，其中，入口侧和出口侧分段起到扭簧的作用， 而中间分段则起到惯性质量的作用。

此外，附件的振动特性由其扭转面扭矩根据旋转对称轴线确定。该扭转面 扭矩在机械上是一种公知的量，例如在柏林Springer出版社1995年第18版 Dubbel的机械制造手册第C27-C29页上有所介绍。正如该手册第C29页表7 上列举的那样，带有不变壁厚的薄壁空心体的扭转面扭矩，与带有该壁厚由横 截面中心线包围的面，通过横截面中心线的圆周分开的正方形制品成正比。扭 转角相反与扭转面扭矩成正比。

当悬挂体中间分段的扭转面扭矩大于入口侧和出口侧分段的扭转面扭矩 时，它是有利的。然后在这种实施方式中，确保入口侧和出口侧分段起到扭簧 的作用，而中间分段起到本身很少扭转的质量的作用。

此外，在依据本发明的CMD中，附件扭转振动方式的频率和相位可以通 过中间和入口侧以及出口侧分段的扭转面扭矩数量关系以及通过中间分段与入 口侧和出口侧分段之间过渡的位置进行调整。在此方面，中间分段与入口侧或 出口侧分段之间的过渡台阶式或者连续进行。

本发明其他有利的设计和改进参阅从属权利要求。

附图说明

现借助其中示出本发明几个实施例的附图对本发明以及本发明其他有利的 设计和改进作详细介绍和说明。其中：

图1示出带有依据本发明附件的科里奥利质量流量测量装置；

图2示出用于构成依据本发明附件的空心型材横梁的局部视图；

图3-6示出用于制造依据本发明附件的不同空心型材；

图7示出带有另一依据本发明附件的CMD；

图8示出带有依据本发明附件的另一CMD；

图9示出带有依据本发明附件的另一CMD。

具体实施方式

图1示出带有唯一一个直线测量管702的科里奥利质量流量测量装置 701。测量管702的中轴线708在这里与测量管702的旋转对称轴线重合。在 测量管702的入口侧和出口侧末端710，712上，安装法兰盘718，718a，用于 将测量装置701与过程管道系统相连接。测量段在这里在法兰盘718，718a之 间测量管的整个长度上延伸。

一个关于其旋转对称轴线4个旋转对称的附件720与测量管702连接，从 而附件720从各面包围测量管并因此还有这里的测量段702。附件720包括入 口侧的第一分段、出口侧的第二分段和中间的第三分段722，724，726。其旋 转对称轴线与测量管702的中轴线重合。

入口侧的第一分段、出口侧的第二分段722，724由薄壁的空心圆柱体构 成。中间的第三分段726为组合体，实施为4个关于测量管中轴线708旋转对 称。该物体构成一个正方形，带有里面基本正方形的端板750，750a和四个构 成正方形的纵边与测量管702平行分布的连接件752，754，756，758。端板750， 750a具有同心设置的圆孔以穿过测量管。入口侧和出口侧在端板750，750a上 焊接构成第一和第二分段的空心圆柱体722，724，它们也可以钎焊或者通过其 他连接技术连接。正方形的连接件752，754，756，758或者焊接、钎焊或者 旋接机械固定在板750，750a上。

在入口端和出口端与入口侧或者出口侧之间的中心上，通过与其纵向延伸 方向垂直设置的另外的连接件各连接两个相邻的连接件752，754，756，758， 从而各自形成一个框式的斜撑772，770，774，它们与测量管的中轴线垂直定 向。

在中间斜撑772上固定励磁装置，在入口侧和出口侧的两个斜撑上安装用 于接收管振动状态的传感器。

空心圆柱体的第一和第二分段722，724的直径小于正方形端板750，752 的边长。第一和第二分段722，724的作用是扭簧，第三分段726的作用是质 量。通过框式斜撑772，770和774达到了第三分体在重量减轻下提高刚性的 目的。

如图2所示，连接件752，754，756，758及另外的连接件为带有封闭空 心型材的矩形横梁。图3-6示出可用于构成依据本发明附件的其他可能的空心 型材形状：矩形(图3)，圆形(图4)，椭圆形(图5)和曲折形(图6)。

在中间分体726的入口侧角上，旋接作为校准质量的圆柱体760，762，764。 它们在测量装置最终安装后安装并根据中间分段726的重量和距离这样选择， 使平衡达到最佳化。根据要求可以在所有八个角上安装校准质量，或者如图7 所示，仅在几个角上安装。

附件720的扭转振动特性通过第一和第二分体722，724的几何形状特性- 也就是其长度、直径和壁厚-，通过中间分体的几何形状特性-特别是整个 长度和正方体的边长-并通过连接件752，754，756，758的质量以及通过附 加安装的校准质量可以调整。

图7示出带有依据本发明附件的CMD另一可选择的实施方式。

图7示出带有唯一一个直线测量管802的科里奥利质量流量测量装置 801。测量管802的中轴线808在这里与测量管802的旋转对称轴线重合。在 测量管802的入口侧和出口侧末端810，812上安装法兰盘818，818a，用于将 测量装置801与过程管道系统相连接。测量段，也就是测量管通过在由流过测 量管的介质和测量管壁之间产生交替作用的那些区域，在这里在法兰盘818， 818a之间测量管的整个长度上延伸。

关于其旋转对称轴线2个旋转对称的附件820与测量管802相连接，从而 附件820从各面包围测量管802。附件820包括入口侧的第一分段、出口侧的 第二分段和中间的第三分段822，824，826。其旋转对称轴线与测量管802的 中轴线重合。

入口侧的第一分段、出口侧的第二分段822，824由薄壁的空心圆柱体构 成。中间的第三分段826为多部分的组合体，实施为2个关于与测量管中轴线 808旋转对称。

该体构成一个正方形，带有里面基本正方形的端板850，850a和两个以纵 向延伸的空心正方形方式与测量管802平行延伸的连接件852，854。连接件 852，854分别在端板850，850a的窄面上与其旋接。其高度相当于端板850， 850a的高度。端板850，850a整体上与连接件852，854共同构成一个矩形框。 该端板也是纵向延伸的空心正方形。

端板850，850a具有同心设置的圆孔以穿过测量管。入口侧和出口侧在端 板850，850a上焊接构成第一和第二分段的空心圆柱体822，824，它们也可以 钎焊。

空心圆柱体的第一和第二分段822，824的直径小于正方形端板850，852 的边长。

第一和第二分段822，824起着扭簧的作用，第三分段826起着质量的作 用。

附件820的扭转振动特性通过第一和第二分体822，824的几何形状特性- 也就是其长度、直径和壁厚-，通过中间分体的几何形状特性-特别是通过 其长度和正方形的边长以及正方形的宽度与高度之比-并通过连接件852，854 的质量可以调整。

总而言之，图7的实施方式与图1的实施方式具有相似性。但它当然比那 个加工更简单。

连接件852，854的纵侧内各加装两个开口880，881。穿过这些开口可以 将例如用于接收振动测量信号的传感器安装在测量管上。当然，通过加入这些 开口可以改变附件的重量以及振动特性。因此，将套管882，883装入开口880， 881内并旋接在那里，以平衡重量和加固开口边。

图8示出带有唯一一个直线测量管1302的科里奥利质量流量测量装置 1301。测量管1302由一个部件制成，但在功能上分为入口侧和出口侧的管延 长段1314，1316和处于其间的测量段，以测量段入口横截面1304和测量段出 口横截面1306为界。通过其中心1304a，1306a确定测量管1302的中轴线1308。 中轴线1308在这里与测量管1302的旋转对称轴线重合。在管延长段1314，1316 上安装用于将测量装置1301与过程管线系统连接的法兰盘1318，1318a。

附件1320与测量管1302连接，从而附件1320在测量段的区域内从各面 包围测量管1302。附件1320如图1所述构成，带有由依据本发明的空心型材 体组成的中间分段。它也可以如图7所述构成。

测量管1302也可以如现有技术中常用的那样由例如钛这样的金属组成。 附件1320也可以由金属组成。在测量段的入口侧和出口侧末端1310，1312上 将其焊接在测量管上。

在测量管1302上安装另一平衡件1380，用于平衡弯曲力和/或者扭转力。 该平衡件作为管构成，并与测量管1302例如通过焊接或者旋接固定在连接部 位1310a和1312a上。平衡件1380与测量管1302的连接部位1310a，1312a因 此处于测量段的内部。

以图8的设置为依据的构思是，通过至少一个平衡件平衡弯曲力和/或扭 转力的测量管的部分和通过附件平衡扭转力矩的部分可以全等，或者两个部分 的一个包括另一个。两个部分各自更大的那个确定测量段。在图8的情况下， 通过附件平衡的部分确定测量段。

图9示出带有唯一一个直线测量管1402的科里奥利质量流量测量装置 1401。测量管1402由一个部件制成，但在功能上分为入口侧和出口侧的管延 长段1414，1416和处于其间的测量段，以测量段入口横截面1404和测量段出 口横截面1406为界。通过其中心1404a，1406a确定测量管1402的中轴线1408。 中轴线1408在这里与测量管1402的旋转对称轴线重合。在管延长段1414，1416 上安装用于将测量装置1401与过程管线系统连接的法兰盘1418，1418a。

附件1420与测量管1402连接，从而附件1420在测量段的区域内从各面 包围测量管1402。附件1420如图1所述构成，带有由依据本发明的空心型材 体组成的中间分段。它也可以如图7所述构成。其旋转对称轴线与测量管1402 的中轴线1408重合。

测量管1402也可以如现有技术中常用的那样由例如钛这样的金属组成。 附件1420也可以由金属组成。在测量段的入口侧和出口侧末端1410，1412上 将其焊接在测量管上。

在测量管1402上将作为其他平衡件的四个板1480a，1480b，1480c，1480d 与中轴线1408相关偏心安装。它们的作用是按照前面已经介绍的方式平衡测 量管1402上的弯曲力和/或者扭转力。这些板1480a，b，c，d这样设置，使它 们处于测量段的内部和附件1420中间分段1426的内部。