具有减小的涡激振动敏感度的插入管道或容器的保护管制造技术

本发明专利技术涉及具有减小的涡激振动敏感度的插入管道或容器的保护管(1)，该保护管(1)用于插入到容纳介质(M)的管道或容器(2)中，涉及一种具有这种保护管(1)的测量装置(3)并且涉及用于产生该保护管(1)的方法。保护管(1)包括：管状构件(5)，该管状构件具有在管状构件(4)的上端和下端之间延伸的钻孔(6)；和至少一个螺旋翅片(9)，该螺旋翅片形成在管状构件(5)的至少一段外表面(S)上，缠绕管状构件(5)的外表面(S)，并且沿着管状构件(5)的至少一部分限定流动通道(10)。选择所述至少一个螺旋翅片(9)的至少一个几何参数，使得该几何参数取决于在容器或管道(2)中的介质(M)的至少一个过程条件。器或管道(2)中的介质(M)的至少一个过程条件。器或管道(2)中的介质(M)的至少一个过程条件。

【技术实现步骤摘要】
具有减小的涡激振动敏感度的插入管道或容器的保护管


[0001]本专利技术涉及一种用于插入到容纳介质的管道或容器中的保护管，其中该保护管用于接纳用于确定和/或监测介质的过程变量的测量插件，涉及一种具有这种保护管的装置，并且涉及一种生产根据本专利技术的保护管的方法。

技术介绍

[0002]用于确定和/或监测介质的过程变量的测量插件领域中的保护管是例如已知的呈用于温度计的热电偶套管的形式，其中该温度计用于确定并且/或者监测介质的温度。温度计的测量插件通常至少包括一个用于确定和/或监测介质温度的温度传感器。温度传感器又包括至少一个温度敏感部件，例如呈电阻元件的形式，尤其是铂元件，或呈热电偶的形式。但是，保护管还已知与气体采样探头相关，其中将气体样本特别是动态地从管道或容器中取出。因此，本专利技术总体上涉及采用插入式探头主体的流体处理和相关测量，并且不限于热电偶套管或气体采样探头。
[0003]这种保护管经常暴露于相应介质的介质流中，这会导致作用在保护管上的不同机械力，如剪切力或由相干涡旋脱落引起的力，而且，这可导致涡激振动(VIV)。流体动力学中的涡旋脱落被称为“卡门涡街”，其是指由于围绕形体的介质流不稳定分离而引起的在交替方向上的打转涡旋的重复图案，从而导致所述形体振动。振动频率与介质围绕着流动的形体的固有频率越接近，则该形体振动得就越大。如，振动的频率是由若干个过程参数决定的，诸如介质的物理性质、流动速度和形体的形状。
[0004]例如，由于受VIV影响的保护管损坏的高风险，在生产期间需要对这些振动进行充分考虑。例如，对于温度计，可以使用标准方法，诸如ASME PTC 19.3TW
‑
2000，这些方法限定了若干设计规则，这些设计规则有助于减少相干涡旋脱落的负面影响。这些设计规则的基本原则是增加温度计的振动的固有频率，以使该固有频率与涡旋脱落频率分开。以这种方式，使共振涡激振动的危险状况最小化。为此，温度计的几何形状通常是变化的，如通过减少其长度和/或通过增加其直径而变化。
[0005]或者，当功能限制不允许温度计尺寸发生某些变化时，经常使用机械支撑件或吸收器来降低温度计对涡旋脱落的敏感性。这些机械支撑件或吸收器通常被装配到容器或管道的开口与温度计外表面之间的间隙中。然后，该支撑件或吸收器通过减少温度计的自由长度来增加温度计的固有频率。但是，事实证明难以以能够实现高水平的联接并因此实现期望的效果的方式安装这些支撑件或吸收器。
[0006]再一个，另一种降低保护管的VIV的方法是在保护管上提供某些结构或结构元件。在这方面，保护管外表面上的螺旋翅片已被证明是非常成功的，例如如US3076533A、US4991976、US7424396B2、US653931B1、US7836780B2、US2013/0142216A1、GB2442488A或WO2020/035402A1中描述的不同构造。
[0007]基于这些方法，作为本专利技术基础的目标技术问题是增加保护管对涡激振动的抵抗力。

技术实现思路

[0008]该问题通过根据权利要求1的保护管、根据权利要求8的测量装置和根据权利要求10的方法来解决。
[0009]关于保护管，该目标技术问题是通过插入到容纳介质的管道或容器中的保护管来解决的，该保护管包括：
[0010]管状构件，具有：
[0011]钻孔，该钻孔在管状构件的上端和下端之间延伸，以及
[0012]至少一个螺旋翅片，该至少一个螺旋翅片形成在管状构件的至少一段外表面上，缠绕管状构件的外表面，并且沿着管状构件的至少一部分限定流动通道。
[0013]根据本专利技术，选择该至少一个螺旋翅片的至少一个几何参数，使得该参数取决于在容器或管道中的介质的至少一个过程条件。
[0014]保护管通常通过开口安装在管道或容器上，该开口可以具有用于将保护管连接到容器或管道的过程连接。保护管至少部分地延伸到容器或管道的内部容积中并且至少部分地与流动介质接触。保护管可以布置成使得其纵向轴线与介质的流动方向垂直。但是，也可以采用纵向轴线和流动方向之间的不同于90
°
的角度。
[0015]本专利技术提供了一种具有至少一个定制的螺旋翅片的保护管，该螺旋翅片根据具体应用的过程进行选择。这样，可以优化保护管对相干涡旋脱落的稳定性。存在用于提供根据本专利技术的定制的热电偶套管的若干实施例，随后描述其中的几个特别优选的实施例。
[0016]在一个实施例中，过程条件是介质的流动剖面、流动速度、压力、温度、密度或粘度，管道或容器的直径、容积或粗糙度，或管状构件的直径或长度中的至少一个。所有这些介质和管道/容器相关参数确实对VIV有影响。表征螺旋翅片的几何参数是上述过程条件的函数。
[0017]另一实施例包括，几何参数是限定流动通道和/或该至少一个螺旋翅片的形式和/或形状的至少一个参数，尤其是该至少一个螺旋翅片的高度、节距、宽度、深度或形状，或是流动通道的截面面积。通过根据至少一个过程条件选择几何参数，显著提高对VIV的抵抗力。
[0018]保护管可用于广泛的应用，并且例如，其可以是带有入口端和出口端的气体采样探头或皮托管(Pitot tube)的一部分。但是，在一个实施例中，保护管是热电偶套管，并且管状构件在一个端部段是封闭的。
[0019]保护管的一个实施例进一步包括，流动通道的截面面积被设计成使其具有预先限定的形状和/或尺寸，该预先限定的形状和/或尺寸是根据容器或管道中的介质的该至少一个过程条件进行选择的。为了抑制VIV，流动通道应提供将介质的动能转化成压力变化的抽吸机构。这样，对相干涡旋脱落的敏感性降低。
[0020]在这一点上，有利的是，流动通道的截面面积的预先限定的形状和/或尺寸是通过如下构建的，在流动通道的区域中，从该至少一个螺旋翅片并且/或者从管状构件的壁移除至少一个具有预先确定体积的段。这样，可以使抽吸机构最大化。
[0021]保护管的另一实施例包括，该至少一个螺旋翅片的尺寸和/或形状和/或流动通道的截面面积沿着管状构件的轴线变化。这样，可以再次考虑流动剖面的特定影响，从而显著增加保护管对于相干涡旋脱落的抵抗力。
[0022]该目标技术问题还通过一种用于确定和/或监测介质的过程变量的测量装置来解决，该测量装置包括保护管，该保护管是根据关于所述保护管描述的任一实施例所述的保护管。
[0023]在测量装置的一个实施例中，保护管用于接纳测量插件，该测量插件用于确定和/或监测介质的过程变量，尤其是介质的温度。
[0024]最后，通过一种用于生产插入到容纳介质的管道或容器中的保护管的方法来解决目标技术问题，该保护管包括：
[0025]管状构件，具有：
[0026]钻孔，该钻孔在管状构件的上端和下端之间延伸，以及
[0027]至少一个螺旋翅片，该至少一个螺旋翅片形成在管状构件的至少一段外表面上，并且缠绕管状构件的外表面。
[0028]该方法包括选择该至少一个螺旋翅片的至少一个本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种保护管(1)，所述保护管(1)用于插入到容纳介质(M)的管道或容器(2)中，所述保护管(1)包括：管状构件(5)，该管状构件具有：钻孔(6)，所述钻孔(6)在所述管状构件(4)的上端和下端之间延伸，以及至少一个螺旋翅片(9)，所述至少一个螺旋翅片(9)形成在所述管状构件(5)的至少一段外表面(S)上，缠绕所述管状构件(5)的所述外表面(S)，并且沿着所述管状构件(5)的至少一部分限定流动通道(10)，其特征在于，选择所述至少一个所述螺旋翅片(9)的至少一个几何参数，使得所述至少一个几何参数取决于在所述容器或管道(2)中的所述介质(M)的至少一个过程条件。2.根据权利要求1所述的保护管(1)，其中，所述过程条件是所述介质(M)的流动剖面(v(x,y))、流动速度(v)、压力、温度、密度或粘度，所述管道或容器(2)的直径(d)、容积或粗糙度，或所述管状构件(5)的长度(l)或直径中的至少一个。3.根据权利要求1或2所述的保护管(1)，其中，所述几何参数是限定所述流动通道(10)和/或所述至少一个螺旋翅片(9)的形式和/或形状的至少一个参数，尤其是所述至少一个螺旋翅片(9)的高度(h)、节距(p)、宽度(t)、深度或形状，或是所述流动通道(10)的截面面积(a
fc
)。4.根据前述权利要求中的任一项所述的保护管(1)，其中，所述保护管(1)是热电偶套管(4)，并且所述管状构件(5)在一个端部段(5b)中被封闭。5.根据前述权利要求中的任一项所述的保护管(1)，其中，所述流动通道(10)的所述截面面积(a
fc
)被设计成使得其具有预先限定的形状和/或尺寸，所述预先限定的形状和/或尺寸取决于在所述容器或管道(2)中的所述介质(M)的所述至少一个过程条件来选择。6.根据权利要求5所述的保护管(1)，其中，所述流动通道(10)的所述截面面积(a
fc
)的所述预先限定的形状和/或尺寸通过以下方式来构建，在所述流动通道(10)的区域中，从所述至少一个螺旋翅片(9)并且/或者从所述管状构件(5)的壁上移除至...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹鲁卡，
申请(专利权)人：恩德莱斯豪瑟尔韦泽尔有限商业两合公司，
类型：发明
国别省市：