[发明专利]扭绞传感器管

说明书

相关申请的交叉参考

本申请基于并要求2011年12月1日递交的美国临时专利申请序列号No.61/565,765的权益，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及用于测量过程中流体变量的传感器管，例如热电偶套管(thermowell)。更具体地，本发明涉及使用简单制造技术来实现涡旋脱落(vortex shedding)降低的传感器管配置。

背景技术

过程流体温度是通常用于控制或另外监测过程的重要物理参数。典型地，使用温度传感器(例如，电阻温度器件(RTD)、热电偶或热敏电阻)来测量过程流体温度。温度传感器本身通常不能经受住与过程流体直接接触。因此，使用热传导传感器管(例如，热电偶套管)来与过程流体通过接口相连，而同时保护温度传感器。过程流体与热电偶套管直接接触，并且来自过程流体的热量通过热电偶套管传递至置于热电偶套管中的温度传感器。这样，温度传感器可以精确地测量过程流体温度，而不会与过程流体直接接触。热电偶套管允许放置温度传感器而不必破坏过程密封。

由于将传感器管和热电偶套管直接插入到过程中，因此它们受到大量应力。当热电偶套管用在管道或罐中时，热电偶套管受到涡旋脱落(vortex shedding)引起的高疲劳应力(fatigue stress)。这种涡旋脱落出现在根据斯德鲁哈尔数(Strouhal Number)所确定的特定频率下。斯德鲁哈尔数近似为0.22，并且随着雷诺数(Reynolds Number)略微变化。斯德鲁哈尔数是f_sd_m/V，其中，f_s是脱落频率，d_m是圆柱热电偶套管的直径，V是流速。当脱落频率接近热电偶套管的固有频率时，热电偶套管在其固有频率下剧烈振动，并且超过疲劳应力界限。通常两种速度有意义，最大应力由横流振动(crossflow vibration)引起，横流振动是斯德鲁哈尔数给定的频率。有意义的第二速度是斯德鲁哈尔数给定的速度的1/2。该速度使热电偶套管与流发生一致(inline)振动，并且由从热电偶套管的每一侧脱落的涡旋引起，其中力以两倍的脱落频率而产生。这种振动模式与横流条件相比通常产生较小的应力，但是仍会引起热电偶套管因疲劳而发生故障。

热电偶套管设计通常按ASME PTC 19.3TW-2010要求来检验，并且对于指定条件给出可接受的流速。在热电偶套管的最低固有频率0.4至0.6倍的涡旋频率中，检查一致振动(inline vibration)模式的应力水平。该速度范围中的一些应用由于疲劳应力水平而不可接受。该标准要求所有应用中涡旋频率低于固有频率的0.8倍。

在一些情况下，涡旋脱落力会导致由于疲劳应力故障而引起的热电偶套管破坏，并且因此导致不能保持压力，且由于管道中的脱落部分而引起对下游部件的潜在损坏。

已经尝试降低从热电偶套管脱落的涡旋。例如，已知将螺旋形箍条附至热电偶套管以降低涡旋脱落。Jeremy Knight的美国专利公开2008/0307901A1也示出了附有螺旋形箍条的热电偶套管或气体取样管。此外，可以在M.M.Zdravkovich的题为″Review and classification of various aerodynamic and hydrodynamic means for suppressing vortex shedding″Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，7(1981)pp.145-189中找到用于降低涡旋脱落的其他方法。

提供具有有效涡旋脱落降低、可容易制造的传感器管将对在过程流体流动或以其他方式运动时测量过程流体变量的技术做出重要改进。

发明内容

提供了用于对插入到运动过程流体中的传感器进行保护的传感器管。该传感器管包括：过程接口部，用于安装至过程容器；以及延伸部，从过程接口部延伸到密封端。延伸部包括具有纵轴的扭绞部。过程接口部和延伸部限定了被配置为在其中容纳传感器的传感器孔。扭绞部的横截面包括至少三个相等尺寸的侧壁，并且其中侧壁沿着扭绞部的纵轴成螺旋状。

附图说明

图1是根据本发明实施例的包括扭绞热电偶套管的过程流体温度测量系统的图示。

图2是沿着图1中线A-A的截面图。

图3是根据本发明另一实施例的扭绞传感器管的一部分的图示。