温度计保护套管振动计算

强振动工况下双金属温度计的改进方案

强振动工况下双金属温度计的改进方案摘要：在石油化工装置或设备中普遍存在的振动问题，是对生产现场的安全威胁之一，也一直是行业内的关注重点。

在强振动工况下，对现场仪表就提出了较高的要求，如何保证在强振动工况下现场仪表如双金属温度计稳定运行，就显得尤为重要。

我们在这里专门对双金属温度计如何在强振动工况下的改进措施进行了详细的分析，并对在四川石化现场的实际应用进行了介绍。

关键词：振动，双金属温度计，频率1现场振动工况分析石油化工装置或设备中的振动问题一直是一个世界性的难题，它涉及到多种学科：如流体力学、动力学、固体力学、以及振动理论、响应谱理论、时效分析等，处理起来非常复杂繁琐。

同时，它的随机性、偶然性也很强，甚至有些振动问题在理论上还没有突破瓶颈，行业内还在对此问题进行完善，不断再认识发展。

振动工况以及一般相应的处理措施包括如下几个方面：（1）自然力风或者地震引起的振动，按照设计规范进行规避；（2）对于管道内流体的流动引起的全管系的振动，通常表现在对现场工艺的合理设计和具体的操作进行规范。

这其中包括操作条件的规定、流体的流速控制以避免水锤现象，管径规格大小的选择以确保管道的刚度，管道走线的合理布局以减小冲击和规避块状流、塞状流，流体严格的流量控制以规避喘振引起的管道振动。

（3）对现场装置或设备本身引起的管道振动，一般从其本身构造的特点，基础的设计以及施工的缺陷上找原因。

通常应用有限元分析软件进行振动核算，将管道振动消灭在设计阶段。

2现场仪表如何规避介质流动引起的共振前面我们叙述了常见的几种振动工况，但是即使管道本身在合理安全的振动频率区间，也不一定适合现场仪表。

我们知道任何一个有质量的物体都有其固有频率（或者叫做自然频率fn），现场仪表主要是其保护装置在插入管道置于流体的高速流动冲击下将受到振动载荷（外来简谐力）的作用，进而产生无阻尼的强迫振动，现场仪表被迫以激励频率fs 进行振动。

若要保证现场仪表安全可靠的运行，依据振动理论，激励频率与自然频率之比应满足以下条件：fs / f n ≤0.8（备注：有些资料要求核算的公式是fs/fn≤0.8 或fs/fn≥1.3，此种情况实际上是没有考虑现场设备管道在关停机过程，激励频率的下降导致的共振区间，参见ASME PTC19.3 的相关论述）由此可知，振动强度的核算实际上是计算现场仪表的保护套管的自然频率 fn 与工况条件下激励频率 fs ，以及他们的比值，只要在设计时保证满足上述公式核算要求即可，这里我们不再赘述。

温度套管强度计算方法

１）验证套管本身及套管连接件承载介质静压
力的能力。２）验证套管承受来自介质流动产生的稳态应
力和疲劳应力（也称动态应力）的能力。由于共振与非共振工况下套管应力计算的理
论公式完全不同［４］，因此为了计算不同流速条件下的稳态应力和疲劳应力，必须判断套管是否有共振现象发生。
稿件收到日期：２０１８－０６－１２，修改稿收到日期：２０１８－１１－１６。作者简介：张宓（１９８１—），男，黑龙江大庆人，获工学硕士学位，现就职于大庆石化工程有限公司，主要从事自动控制设计工作，任工程师。
工业用热电偶、热电阻、双金属温度计等温度检测元件，要求既能迅速准确测温又能够具有足够的强度，以满足复杂工况要求。因此，在工业温度测量领域大量使用了温度套管，套管可以隔断温度检测元件与介质的直接接触，并进行有效支撑和固定，以达到延长使用寿命、提高安全性和改善可维护性的目的。［１］
本文在ＡＳＭＥＰＴＣ１９．３ＴＷ—２０１６《温度套管性能测试规范》的基础上［３］，结合其他文献的相关内容，总结出了一套温度套管强度计算的具体实现方法。１温度套管强度计算内容
当套管插入具有流动介质的管道或容器时，受力状况类似于１根悬臂梁受到介质压力以及流动引起的冲击力的干扰作用，因此套管强度计算应包括以下几方面的内容：

温度计套管的计算

直至破坏［。２］因此，于温度计套管来说，使温度计套管对应的和满足一定的关系，避免共振的产生，以
１温度计套管的计算
简谐运动的振动频率是由振动物体本身的性质决定的，以叫固有频率（）所。固有频率与物体的密度、形等物理因素有关。外
转方向相反的有规则的两行涡列，称为卡曼故
涡街。
勺勺
与被测介质相接触，温度测量仪表可分为接触式与非接触式两大类。在现代化的石油化工装置中，接触式温度仪表依据测量原理主要分为以下几种：
（）１
式中Ｓ— —斯特罗哈系数，雷诺数为５× ￡在
１１ × １范围内，￡本上Ｏ～５Ｏ的Ｓ基
是一个常数，于圆柱体Ｓ＝０２；对ｔ．０
— —
计算，温度计套管的形状和结构形式应该依据介质
的方法。
对卡曼涡街的研究发现，由于柱面上的涡以一
定的频率交替脱落，因而柱面压力和切向力也以相同的频率发生规则的变化，生交变的横向力，产如
果这个施加在圆柱上的横向交变力与圆柱的固有
频率相等，就会引起柱的共振，其振幅越来越大使
收稿日期：０７０ — ２修改稿收到日期：２０ — ３２２０－３１；０７０ — ８

温度计保护套管振动计算

ASME PTC 19.3温度计保护套管振动计算
fs——激励频率，插入介质中的保护套管收振动荷载后(即外来的简谐力)，会产生无阻尼的强迫振动，刺史保护套管被迫以外力频率振动。

fn——自然频率，温度计保护套管的固有频率。

判断条件：
当套管的fn和fs之比接近1时，就回产生共振，从而损坏套管。

因此对保护套管进行振动强度核算，即求套管的fn与fs的比值，并保证满足fs/fn不大于0.8，不小于1.3。

计算：
一、激励频率
V——介质流速，m/s
B——套管插入管道内的端部直径，m
简化计算，一般取Ns=0.22(斯德鲁哈尔数)
二、自然频率
E——弹性模量，psi
I——瞬时惯量，I=π(Da4-d4)/64
L——套管长度，in
m——单位长度套管的质量，m=ρmπ(D a2– d2)/4
Da——套管的平均直径，in，Da=(A+B)/2
d——套管钻孔直径，in
ρm——套管材质密度，lb/in3。

温度计保护套管共振频率计算及适用工况探讨

温度计保护套管共振频率计算及适用工况探讨温度计保护套管是一种用于保护温度计和增强其测量精度的装置。

在实际应用中，温度计保护套管的共振频率是一个重要的参数，它直接影响着温度计的测量精度和稳定性。

因此，对温度计保护套管的共振频率进行准确的计算和分析，可以帮助我们更好地了解其性能特点，并为实际工况的选择和应用提供参考依据。

首先，我们需要了解温度计保护套管的共振频率计算方法。

一般来说，温度计保护套管的共振频率可以通过有限元分析或理论计算的方法来求解。

有限元分析是一种数值计算方法，通过对温度计保护套管的结构进行离散化，建立有限元模型，然后通过求解特征值问题来得到共振频率。

而理论计算则是基于结构力学和振动理论，通过对温度计保护套管的几何形状、材料性质和边界条件等进行分析，推导出共振频率的计算公式。

在实际计算中，可以根据具体情况选择合适的方法进行计算，以获得准确的共振频率值。

其次，我们需要讨论温度计保护套管的适用工况。

温度计保护套管通常用于工业生产过程中的温度测量，因此在选择和应用时需要考虑到工作环境的要求和限制。

例如，在高温、高压、腐蚀性环境下，需要选择耐高温、耐腐蚀的材料制成的保护套管；在振动、冲击较大的工况下，需要考虑保护套管的抗振动性能。

此外，温度计保护套管的共振频率也是一个重要的参数，应根据具体的工况要求进行计算和分析，以确保温度计的测量精度和稳定性。

综上所述，温度计保护套管的共振频率计算和适用工况探讨是温度计应用中的重要问题，通过对共振频率的准确计算和工况的合理选择，可以提高温度计的测量精度和可靠性，确保其在工业生产过程中的准确应用。

在实际工程中，需要结合理论计算和实验验证的方法，对温度计保护套管的性能进行全面的评估和优化，以满足不同工况下的需求。

温度计套管尾频计算wfc[详解]

温度计套管的性能测试计算
温度计及传感器按照测温方式可以分为接触式和非接触式，工业冷冻机组大多使用的是接触式，由于制冷系统内部压力比较高，一般采用将温度计插入套管中，温度计套管与测温流体直接接触，测温套管设计如果不合理，会导致套管发生共振而损坏，不仅直接影响温度测量，还会造成制冷系统的泄露，因此设计套管时必须进行性能计算。

对温度计套管经常采用尾频计算【WFC】：
WFC是Wake Frequency Calculation
当流体流经温度计套管时，由于套管对流体的遮挡作用导致流体的动量发生改变，而这将会在套管后部产生一个湍流尾流，而且这个尾流内会形成一个漩涡，且漩涡会沿着套管两边交替地脱落，这种交替脱落的漩涡直接作用于套管上，会对套管产生两种周期性变化的力：沿流体流动方向的升力和流体流动方向平行的曳力，这两种力将导致套管发生振动，严重时会导致套管发生共振，对温度计套管造成损坏。

对于温度计套管性能测试计算时需要核算三个量：
1、振动计算
尾流振动频率f w、温度计套管固有频率f n
要求【f w / f n≤0.8】总的设计原则
2、最大操作压力
必须满足材料的许用应力
3、最大插入深度
满足f w / f n≤0.8。

温度计套管尾频计算WFC

温度计套管的性能测试计算
温度计及传感器按照测温方式可以分为接触式和非接触式，工业冷冻机组大多使用的是接触式，由于制冷系统内部压力比较高，一般采用将温度计插入套管中，温度计套管与测温流体直接接触，测温套管设计如果不合理，会导致套管发生共振而损坏，不仅直接影响温度测量，还会造成制冷系统的泄露，因此设计套管时必须进行性能计算。

对温度计套管经常采用尾频计算【WFC】：
WFC是Wake Frequency Calculation
当流体流经温度计套管时，由于套管对流体的遮挡作用导致流体的动量发生改变，而这将会在套管后部产生一个湍流尾流，而且这个尾流内会形成一个漩涡，且漩涡会沿着套管两边交替地脱落，这种交替脱落的漩涡直接作用于套管上，会对套管产生两种周期性变化的力：沿流体流动方向的升力和流体流动方向平行的曳力，这两种力将导致套管发生振动，严重时会导致套管发生共振，对温度计套管造成损坏。

对于温度计套管性能测试计算时需要核算三个量：
1、振动计算
尾流振动频率f w、温度计套管固有频率f n
要求【f w / f n≤0.8】总的设计原则
2、最大操作压力
必须满足材料的许用应力
3、最大插入深度
满足f w / f n≤0.8
综合诸多因素，对温度计套管影响最大的因素是：温度计套管插入深度、温度计套管尖端直径，设计时需考虑审核，以满足总的设计原则。

温度计套管的性能测试

温度计套管的性能测试王志强;马龙涛【摘要】The article analyses and speculated that the thermometer casing possible causes of bent and even broken——resonance, resonance causes are described. Summarizes a thermowell performance test methods and steps, and an example to elaborate the thermowells for natural frequencies and the relationship between Vortex shedding frequency, and stresses the need to meet the conditions of the thermowell.%本文分析并推测了温度计套管弯曲甚至断裂的可能原因——共振，阐述了共振产生的原因，总结出了一个温度计套管性能测试的方法步骤，并通过一个实例详细阐述了温度计套管固有频率和漩涡脱落频率之间的关系，以及温度计套管的应力需要满足的条件。

【期刊名称】《仪器仪表用户》【年(卷),期】2016(023)007【总页数】5页(P81-85)【关键词】温度计套管;卡曼涡街;共振;固有频率【作者】王志强;马龙涛【作者单位】中石化石油工程设计有限公司，山东东营 257026;中国石油大学华东，山东青岛 266580【正文语种】中文温度是石化、化工、冶金、电力等行业不可缺少的重要测量参数之一。

按照测温方式的不同，目前温度计可以分为接触式温度计和非接触式温度计两大类。

非接触式温度计可以分为红外式温度计和辐射式温度计；接触式温度计主要包括水银膨胀式温度计、电容式温度计、热电偶温度计和热电阻温度计等。

简单、可靠、成本低廉是接触式温度计的突出优点。