CN106716079B - 用于确定密度差的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于操作发动机系统200的方法，发动机系统200包括构造成消耗燃料的发动机208，具有至少两个流量计214,216。该方法包括以下步骤：操作设置在至少两个流量计中的供应流量计214和至少两个流量计中的返回流量计216之间的发动机208。在供应流量计214中测量第一燃料密度并且在返回流量计216中测量第二燃料密度。比较供应流量计214与返回流量计216之间的燃料密度测量结果317，并且基于第二燃料密度和第一燃料密度的差异确定密度差测量值Δρ319。Δρ319与理论燃料密度差值Δρt的范围比较，并且如果Δρ位于Δρt值的范围外预定阈值，则指示潜在燃料污染。

Description

用于确定密度差的方法及设备
技术领域
本发明涉及流量计，并且更具体地涉及用于通过密度差测量来确定燃料质量和系统效率的方法及设备。
背景技术
振动传感器(如例如，振动密度计和科里奥利流量计)为众所周知的，并且用于测量涉及流动穿过流量计中的导管的材料的质量流和其它信息。示例性科里奥利流量计在全都授予J.E. Smith等人的美国专利4,109,524、美国专利4,491,025和Re31,450中公开。这些流量计具有直或弯曲构造的一个或更多个导管。例如，科里奥利质量流量计中的各个导管构造具有一组自然振动模式，其可为简单弯曲、扭转或联接的类型。各个导管可驱动成在优选模式下振荡。
一些类型的质量流量计，尤其是科里奥利流量计能够以执行密度的直接测量的方式操作，以通过质量对密度的商来提供体积信息。见例如授予Ruesch的针对净油计算机的美国专利第4,872,351号，其使用科里奥利流量计来测量未知多相流体的密度。授予Buttler等人的美国专利第5,687,100号教导了一种科里奥利效应密度计，其针对作为振动管密度计操作的质量流量计中的质量流率效果来校正密度读数。
材料从流量计的入口侧上的连接的管线流动到流量计中，引导穿过(多个)导管，并且通过流量计的出口侧离开流量计。振动系统的自然振动模式部分地由导管和在导管内流动的材料的组合质量限定。
当不存在穿过流量计的流动时，施加于(多个)导管的驱动力引起沿(多个)导管的所有点以同样的相位或小"零点偏移"(其为零流动下测得的时间延迟)振荡。在材料开始流动穿过流量计时，科里奥利力引起沿(多个)导管的各个点具有不同的相位。例如，流量计的入口端处的相位滞后于集中驱动器位置处的相位，而出口处的相位先于集中驱动器位置处的相位。(多个)导管上的敏感元件产生代表(多个)导管的运动的正弦信号。来自敏感元件的信号输出处理成确定敏感元件之间的时间延迟。两个或更多个敏感元件之间的时间延迟与流动穿过(多个)导管的材料的质量流率成比例。
连接于驱动器的计量电子设备生成驱动信号来操作驱动器，并且还由从敏感元件接收的信号确定过程材料的质量流率和/或其它性质。驱动器可包括许多公知的布置中的一个；然而，磁体和相对的驱动线圈在流量计行业中取得了极大的成功。交变电流经过至驱动线圈用于使(多个)导管在期望的流动管幅度和频率下振动。本领域中还已知的是将敏感元件提供为非常类似于驱动器布置的磁体和线圈布置。然而，尽管驱动器接收引起运动的电流，但敏感元件可使用由驱动器提供的运动来引起电压。由敏感元件测得的时间延迟的大小为非常小的；通常以纳秒计。因此，必要的是使变换器输出非常准确。
大体上，流量计可最初校准，并且可生成连同零点偏移的流动校准因子。在使用中，流动校准因子可乘以由敏感元件测得的时间延迟减去零点偏移，以生成质量流率。在大多数情形中，流量计最初典型地由制造商校准，并且假定成提供准确的测量结果，而不需要后续校准。此外，现有技术的途径涉及使用者通过停止流动、关闭阀并且因此在过程条件下向计量计提供零点流率基准来在安装之后对流量计进行零点校准。
包括科里奥利流量计的振动传感器经常用于大型发动机系统中，如海上船舶中发现的那些。对于此类船舶，正确的燃料管理对于有效发动机系统操作而言为关键的。燃料管理典型地以港口处的装燃料或燃料加载开始。在该点上，燃料加载到船舶上，并且测量数量。然而，燃料质量此时是未知的。燃料质量通过将样本发送至其中可确定粘度、密度和成分的实验室来确定。令人遗憾地，该过程经常花费几天，故出现的燃料质量问题典型地仅在船舶离开港口并且在海上充分航行之后才揭露。此外，即使燃料质量满足给定的一组标准，燃料系统内的问题也可将污染物如水引入到燃料系统中，这是成问题的。
因此，本领域中需要的是用以确定定性燃料性质的方法和相关设备。需要的是用以确定在进入发动机之前和在离开发动机之后的燃料密度的方法和相关设备。需要的是检测燃料的潜在含水量。本发明克服这些及其它问题，并且实现本领域中的进步。
发明内容
根据实施例，提供了一种用于操作发动机系统的方法，该发动机系统包括构造成消耗燃料的发动机，并且具有至少两个流量计。实施例包括以下步骤：操作设置在至少两个流量计中的供应流量计与至少两个流量计中的返回流量计之间的发动机；在供应流量计中测量第一燃料密度并且在返回流量计中测量第二燃料密度；比较供应流量计与返回流量计之间的燃料密度测量结果；基于第二燃料密度与第一燃料密度之间的差异确定密度差测量值Δρ；将Δρ与理论燃料密度差值Δρt的范围相比较；以及如果Δρ位于Δρt值的范围外预定阈值，则指示潜在燃料污染。
根据实施例，提供了一种用于流量计的计量电子设备，其包括处理系统，连接于具有发动机的系统。实施例构造成：接收来自供应流量计和返回流量计两者的传感器信号；基于接收的传感器信号确定供应流量计与返回流量计之间的密度差测量值Δρ；将Δρ与理论燃料密度差值Δρt的范围相比较；以及将Δρ与Δρt值的范围的比较储存在计量电子设备中。
方面
根据一方面，提供了一种用于操作发动机系统的方法，该发动机系统包括构造成消耗燃料的发动机，并且具有至少两个流量计。方面包括以下步骤：操作设置在至少两个流量计中的供应流量计与至少两个流量计中的返回流量计之间的发动机；在供应流量计中测量第一燃料密度并且在返回流量计中测量第二燃料密度；比较供应流量计与返回流量计之间的燃料密度测量结果；基于第二燃料密度与第一燃料密度之间的差异确定密度差测量值Δρ；将Δρ与理论燃料密度差值Δρt的范围相比较；以及如果Δρ位于Δρt值的范围外预定阈值，则指示潜在燃料污染。
作为优选，该方法包括将Δρ储存在计量电子设备中的步骤。
作为优选，如果Δρ位于Δρt范围外预定阈值则指示潜在燃料污染的步骤包括如果Δρ超过Δρt范围预定阈值则指示燃料的水污染。
作为优选，该方法包括以下步骤：接收来自供应流量计的温度传感器信号值；接收来自返回流量计的温度传感器信号值；以及调整第一燃料密度测量结果和第二燃料密度测量结果，以分别补偿供应流量计和返回流量计的温度。
作为优选，该方法包括以下步骤：接收来自供应流量计和返回流量计外的温度传感器的温度传感器信号值；以及调整第一燃料密度测量结果和第二燃料密度测量结果来补偿温度传感器信号值。
作为优选，该方法包括如果Δρ位于Δρt范围外预定阈值则触发警报的步骤。
作为优选，该方法包括以下步骤：在发动机操作的同时测量供应流量计中的燃料流和返回流量计中的燃料流；通过将返回流量计中的燃料流与供应流量计中的燃料流相比较来计算发动机燃料消耗；以及指示燃料消耗测量结果。
根据一方面，提供了一种用于流量计的计量电子设备，其包括处理系统，连接于具有发动机的系统。计量电子设备构造成：接收来自供应流量计和返回流量计两者的传感器信号；基于接收的传感器信号确定供应流量计与返回流量计之间的密度差测量值Δρ；将Δρ与理论燃料密度差值Δρt的范围相比较；以及将Δρ与Δρt值的范围的比较储存在计量电子设备中。
作为优选，处理系统构造成如果Δρ位于Δρt值的范围外预定阈值，则指示潜在污染。
作为优选，处理系统构造成如果Δρ超过Δρt值的范围预定阈值，则指示潜在水污染。
作为优选，流量计与水乳化系统流体连通。
作为优选，处理系统构造成：确定供应流量计的温度；确定返回流量计的温度；以及输出针对操作温度校正的调整的流体消耗测量结果。
作为优选，处理系统构造成：确定供应流量计和返回流量计外的温度；以及输出针对供应流量计和返回流量计外的温度校正的调整的流体消耗测量结果。
附图说明
图1示出了现有技术的振动传感器组件；
图2示出了现有技术的燃料系统；
图3示出了根据本发明的实施例的计量电子设备；
图4为示出根据实施例的燃料系统中的燃料的测得密度的图表；
图5为描述根据实施例的操作发动机系统的方法的流程图；
图6为描述根据实施例的操作发动机系统的另一种方法的流程图；以及
图7为描述根据实施例的操作发动机系统的又一种方法的流程图。
具体实施方式
图1-7和以下描述绘出了特定实例，以教导本领域技术人员如何制造和使用本发明的最佳模式。出于教导发明原理的目的，简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员将认识到落入本发明的范围内的这些实例的变型。本领域技术人员将认识到以下描述的特征可以以各种方式组合来形成本发明的多个变型。因此，本发明不限于以下描述的特定实例，而是仅由权利要求和它们的等同物限制。
图1示出了包括传感器组件10和一个或更多个计量电子设备20的呈科里奥利流量计形式的流量计5的实例。一个或更多个计量电子设备20连接于传感器组件10，以测量流动材料的特征，如例如，密度、质量流率、体积流率、总质量流、温度和其它信息。
传感器组件10包括一对法兰101和101'、歧管102和102'，以及导管103和103'。歧管102,102'附连于导管103,103'的相对端。本实例的法兰101和101'附连于歧管102和102'。本实例的歧管102和102'附连于间隔物106的相对端。间隔物106在本实例中保持歧管102和102'之间的间距，以防止导管103和103'中的非期望振动。导管103和103'从歧管以基本上平行的方式向外延伸。当传感器组件10插入到传送流动材料的管线系统(未示出)中时，材料通过法兰101进入传感器组件10，穿过入口歧管102，其中总量的材料引导成进入导管103和103'，流动穿过导管103和103'并且回到出口歧管102'中，其中其通过法兰101'离开传感器组件10。
传感器组件10包括驱动器104。驱动器104在驱动器104可在驱动模式中使导管103,103'振动的位置附连于导管103和103'。更具体而言，驱动器104包括附连于导管103的第一驱动器构件(未示出)和附连于导管103'的第二驱动器构件(未示出)。驱动器104可包括许多公知布置中的一个，如例如安装于导管103的磁体和安装于导管103'的相对的线圈。
在本实例中，驱动模式为第一异相弯曲模式，并且导管103和103'选择并且适合地安装于入口歧管102和出口歧管102'，以便提供平衡的系统，其具有大致相同的质量分布、惯性矩，以及分别绕着弯曲轴线W-W和W'-W'的弹性模量。在本实例中，其中驱动模式为第一异相弯曲模式，导管103和103'由驱动器104沿相反方向绕着它们的相应弯曲轴线W-W和W'-W'驱动。呈交变电流形式的驱动信号可由一个或更多个计量电子设备20提供，如例如经由通路110，并且穿过线圈来引起两个导管103,103'振荡。本领域技术人员将认识到，其它驱动模式可在本发明的范围内使用。
所示传感器组件10包括附连于导管103,103'的一对敏感元件105,105'。更具体而言，第一敏感构件(未示出)位于导管103上，并且第二敏感构件(未示出)位于导管103'上。在所绘实施例中，敏感元件105,105'可为电磁检测器，例如，敏感元件磁体和敏感元件线圈，它们产生代表导管103,103'的速度和位置的敏感元件信号。例如，敏感元件105,105'可将敏感元件信号经由通路111,111'供应至一个或更多个计量电子设备20。本领域技术人员将认识到，导管103,103'的运动与流动材料的某些特征成比例，例如，流动穿过导管103,103'的材料的质量流率和密度。
应当认识到的是，尽管以上描述的传感器组件10包括双流动导管流量计，但良好地在本发明的范围内的是实施单导管流量计。此外，尽管流动导管103,103'示为包括弯曲流动导管构造，但本发明可利用包括直流动导管构造的流量计实施。还应当认识到的是，敏感元件105,105'可包括应变计、光学传感器、激光传感器，或本领域中已知的任何其它传感器类型。因此，以上描述的传感器组件10的特别实施例仅为一个实例，并且绝不应当限制本发明的范围。
在图1中所示的实例中，一个或更多个计量电子设备20从敏感元件105,105'接收敏感元件信号。路径26提供输入和输出器件，其允许一个或更多个计量电子设备20与操作者对接。一个或更多个计量电子设备20测量流动材料的特征，如例如，相差、频率、时间延迟、密度、质量流率、体积流率、总质量流、温度、计量计验证，以及其它信息。更具体而言，一个或更多个计量电子设备20例如从敏感元件105,105'和一个或更多个温度传感器107，如电阻温度装置(RTD)接收一个或更多个信号，并且使用该信息来测量流动材料的特征。温度传感器107可与流量计214,216一起，或者置于流量计214,216外。
振动传感器组件(如例如，科里奥利流量计或密度计)测量流动材料的特征的技术被充分理解；因此，为了本描述的简洁，省略了详细论述。然而，作为简要概述，流动穿过振荡流管的未知流体的密度与管共振的时段的平方成比例。在授予Ruesch的美国专利第4,491,009号中，描述了通过使用两个串联连接的积分器来计算密度的电路。基准电压施加于第一积分器。由于各个流管的弹簧常数随温度变化并且因此改变共振频率，故基准电压适当地补偿管的温度变化。两个积分器操作达等于共振时段的平方的时间段。以该方式，由模拟电路生成的输出信号提供温度依赖的函数和共振时段的值的平方的积。利用基准电压的适当缩放，输出模拟信号提供了流动穿过流管的未知流体的密度测量结果(以比重单位)的直接读出。应当注意的是，这仅是以振动计进行的现有技术的密度测量的一个实例，并且绝不用于限制本发明的范围。
图2示出了根据实施例的燃料系统200。系统200示为典型的船用燃料系统。燃料储存在主箱202,204中。在实施例的一个实例中，重燃料油(HFO)储存在第一主箱202中，并且船用柴油(MDO)储存在第二主箱204中。主箱202,204分别通过燃料管线203和205供给到日用箱206中。这仅为实例，并且应当清楚的是，可存在多于两个的主箱，或者可存在仅一个主箱。此外，HFO和MDO仅为可使用的燃料的实例，并且任何燃料设想为在实施例的范围内。日用箱206典型地尺寸确定成出于安全性和污染目的储存有限量的燃料。日用箱206防止过多燃料储存在如船只发动机舱的区域中，以便最小化火灾或爆炸的风险。如果存在火灾，则有限燃料可用性有助于降低火灾相关的事故的严重性。此外，日用箱206接收给出至发动机208的燃料，但不由此使用，因此返回燃料通过返回燃料管线207发送回至日用箱206。在一些系统200中，水乳化系统224可给出成将水引入到燃料中用于减少排放物的目的。
在操作期间，燃料典型地从日用箱206再循环至发动机208或其它燃料消耗装置，并且未消耗的任何燃料在闭环回路218中流动回至日用箱206。如果日用箱206变得燃料少，则来自主箱202,204的燃料再装满日用箱206。泵210提供将燃料从日用箱206泵送至发动机208并且泵送回所需的动作。联机的预热器212将燃料加热至对于由发动机208利用的燃料而言理想的温度。例如，HFO的操作温度大体上在大约120℃到150℃之间，而MDO理想地为大约30℃到50℃。用于特别燃料的适合温度允许了燃料的粘度控制和保持在理想范围中。燃料的运动粘度是某一温度下的流动性的量度。由于燃料的粘度随升高温度而降低，故在燃料离开发动机的燃料喷射器(未示出)的时刻的粘度必须在由发动机制造商指示的范围内，以便产生最佳燃料喷雾图案。脱离说明书的粘性导致低于标准的燃烧、功率损失以及潜在的沉积物形成。预热器212在针对使用的特别燃料正确地设定时允许获得最佳粘度。
为了测量流动参数，如质量流率或密度，例如，在实施例中利用串联流量计。供应流量计214位于发动机208上游，而返回流量计216位于发动机208下游。由于例如，发动机208并不使用提供至共同燃料轨道系统(未示出)中的发动机的所有燃料，故过多燃料再循环穿过日用箱206和闭环回路218。因此，单个流量计将不提供准确的流动测量结果(尤其是关于发动机燃料消耗)，因此需要供应流量计214和返回流量计216两者(分别在发动机208上游和下游)。由流量计214,216测得的流率的差异大致等于由发动机208消耗的燃料的流率。因此，流量计214,216之间的测得流率的差异在类似于图2中所示的构造的大多数应用中是感兴趣的主要值。然而，应当注意的是，共同轨道燃料系统仅用作实例，并且不限制要求权利的本发明的范围。设想出了其中燃料返回和/或再循环的其它燃料系统。还应当认识到的是，尽管系统200仅示出了一个燃料出口222和两个流量计214,216，但在一些实施例中，将存在多个燃料出口和多于两个的流量计。
当操作大型发动机时，知道系统的入口和出口状态对燃料系统200的效率和性能而言为关键的。大多数此类系统200，如图2中所示的燃料系统具有燃料调节系统(包括预热器212)，其用于将燃料在燃料进入发动机208之前制备至特定粘度、温度和稠度。具有正确的燃料状态可强有力地影响发动机的性能。预热器212下游的粘度计213测量燃料粘度，并且在一些实施例中可与预热器212通信，以调整预热器温度，使得燃料保持在预定的粘度范围内。当前，燃料监测系统几乎仅存在于发动机的入口侧上，并且在燃料穿过发动机之后，对燃料的状态的监测做得少。确定的是，发动机之后的燃料的状态的变化是燃料质量或发动机性能的指示。
根据实施例，发动机状态通过检查发动机208之前和之后的燃料的密度来监测，因为任何变化可指示系统中的潜在问题，如关于燃料质量和发动机性能的那些。供应流量计214测量发动机208之前的燃料密度，并且返回流量计216测量发动机208之后的燃料的密度。
图3示出了根据本发明的实施例的计量电子设备20。计量电子设备20可包括接口301和处理系统303。处理系统303可包括储存系统304。储存系统304可包括内部存储器，并且/或者可包括外部存储器。计量电子设备20可生成驱动信号311，并且将驱动信号311供应至驱动器104。此外，计量电子设备20可从流量计214,216接收传感器信号310，如，敏感元件/速度传感器信号、应变信号、光学信号、温度信号，或本领域中已知的任何其它信号。计量电子设备20可操作为密度计，或者可操作为质量流量计，包括操作为科里奥利流量计。应当认识到的是，计量电子设备20还可操作为一些其它类型的振动传感器组件，并且提供的特定实例不应当限制本发明的范围。计量电子设备20可处理传感器信号310，以便获得流动穿过流动导管103,103'的材料的流动特征。在一些实施例中，例如，计量电子设备20可接收来自一个或更多个RTD传感器或其它温度传感器107的温度信号312。
接口301可分别经由引线110, 111, 111'接收来自驱动器104或敏感元件105,105'的传感器信号310。接口301可执行任何必要或期望的信号调节，如，任何方式的格式化、放大、缓冲等。作为备选，信号调节中的一些或所有可在处理系统303中执行。此外，接口301可实现计量电子设备20与外部装置之间的通信。接口301可能够具有任何方式的电子、光学或无线通信。
接口301在一个实施例中可包括数字转换器302，其中传感器信号包括模拟传感器信号。数字转换器302可采样和数字化模拟传感器信号并且产生数字传感器信号。数字转换器302还可执行任何需要的抽样，其中数字传感器信号抽样以便减少所需的信号处理的量和减少处理时间。
处理系统303可进行计量电子设备20的操作，并且处理来自传感器组件10的流动测量结果。处理系统303可执行一个或更多个处理例行程序，如，密度差例行程序313、零点差例行程序314、总体操作例行程序315以及燃料类型信号例行程序316，并且因此处理流动测量结果，以便产生最终用于计算燃料系统200燃料消耗和计算密度差测量值319和任何其它相关计算的一个或更多个流动测量结果。
根据实施例，计量电子设备20可构造成测量穿过供应流量计214和返回流量计216的流动作为密度差例行程序313的部分。根据实施例，计量电子设备20还可测量温度信号312，并且使该温度与给定温度下捕获的流率相关联。
作为密度差例行程序313的实例，系统200可包括均具有(或共用)计量电子设备20的供应流量计214和返回流量计216。如果未共用，则计量电子设备可经由互连件220与彼此通信。供应流量计214和返回流量计216可均生成密度317。密度差测量值Δρ,319使用来自供应流量计214和返回流量计216的密度317计算，作为密度差例行程序313的部分。质量流率318或密度317可例如计算为操作例行程序315的部分。在操作例行程序315的一个实施例中，返回流率从供应流率减去，由此提供燃料消耗测量结果。计量电子设备20减去两个绝对流动信号来产生差异输出，并且附加地解决计量计之间的任何信号处理延迟。
在实施例中，读取温度信号312，并且返回流量计216与供应流量计214之间的零流率消耗差还被保存并且计算，作为零点差例行程序314的部分。零点差改进在两个计量计之间执行的流动差计算，因为其缓解计量计之间的温度影响。这消除对在操作之前执行调零程序的需要。在工作实例中，如果发动机关闭，则仍存在穿过两个流量计214,216的流动(例如，1000kg/hr)。计量计将很可能并未均读出刚好1000kg/hr。相反，一个可读出999kg/hr，而另一个读出1001kg/hr，故使用者将在发动机关闭时看到2kg/hr的消耗(或生产)测量结果。在长操作时段内，2kg/hr的该误差将等同于大差异。因此，在特定温度下，2kg/hr的零点差用于总体操作例行程序315中作为对任何流量计测量结果的校正。
处理系统303可包括通用计算机、微处理系统、逻辑电路，或一些其它通用或定制处理装置。处理系统303可分布在多个处理装置之中。处理系统303可包括任何方式的集成或独立的电子储存介质，如，储存系统304。
处理系统303除其它外，处理传感器信号310，以便生成驱动信号311。驱动信号311供应至驱动器104，以便使相关联的(多个)流管，如图1的流管103,103'振动。
应当理解的是，计量电子设备20可包括本领域中众所周知的各种其它构件和功能。这些附加特征出于简洁目的从描述和附图省略。因此，本发明不应当限于示出和论述的特定实施例。
图4为描述密度差测量结果的图表。检测燃料系统的水污染是本文中提出的实施例的使用的实例(而不限制)。除燃料质量的总体测量之外，燃料供应中未预计的水存在是问题可存在的定性指示。在实施例中，通过检查密度差测量结果(入口密度对出口密度)，有可能确定进入发动机208的燃料的潜在含水量。燃料的密度可由供应流量计214测量，并且计算第一燃料密度。一旦未由发动机208消耗的燃料穿过返回流量计216，则第二密度由返回流量计216计算。发动机入口(和供应流量计214)处的燃料的温度作为非限制性实例可比由返回流量计216测得的温度冷20℃。由于燃料的密度随升高温度的变化而减小，故较低密度测量结果将在返回流量计216中预计到。然而，如果返回流量计216的密度测量结果与供应流量计214的相同或比其高，则这间接地暗示燃料的水污染。图4的图表示出了时间404内如分别由供应流量计214和返回流量计216测量的测得的入口密度400和出口密度402。区域A指示了在发动机208关闭的情况下，燃料系统200的闭环回路218中流动的燃料。如显而易见的，一旦发动机208运行(区域B)，则出口的温度将升高。这在图表中开始的点由标为"消耗事件增大出口温度"的虚线垂线示出。在由该图表提供的实例中，在入口400处测得的密度保持稳定，甚至是在发动机208运行的情况下。然而，出口密度402在发动机208启动之后随时间过去而增大。这指示燃料中的水的潜在存在。
在一个实施例中，密度差测量值Δρ根据方程(1)计算：
Δρ=ρR-ρS (1)
其中：
ρP=由返回流量计计算的密度；以及
ρS=由供应流量计计算的密度。
这仅是如何计算Δρ的一个实例，并且设想出其它方法、方程和算法。
在一个情况中，如果燃料销售商供应在其中含有认为不可接受地高的量的水的燃料，则密度测量对说明此问题而言为有用的。然而，在燃料的密度将仅仅高于对于该特定燃料所预计的时，这是直接的单计量计密度计算。其为其中水在装燃料之后进入燃料系统的情况，其中差异燃料测量系统200是特别有利的。
在一个实施例中，若干水冷喷射器(未示出)可用于将燃料雾化并且喷射到发动机的燃烧室中。由于燃烧室中发现的高温，故经常必要的是冷却在其中凸出的喷射器末端。实现这一切的一种常见方案经由使水循环穿过喷射器内的通路而发生。
燃料喷射器主要由具有其中的燃料供应和返回通道的金属(典型地，钢)本体构成。燃料供应至喷射器末端附近的端室，其中阀(如例如但不限于，针阀)允许燃料计量到燃烧室中。阀在燃料压力超过构造成保持阀闭合的偏压部件的力时开启。还可存在喷射器本体中的通路用于水经过喷嘴的供应和返回。这描述了典型的共轨燃料喷射器系统作为实例，并且并未用于将本发明限制于此类燃料系统。此外，尽管描述水，但还设想出其它冷却剂。如果喷射器故障，则水可进入燃料供应。例如，供给至喷射器的燃料可在15psi的压力下给出至喷射器。例如，循环穿过喷射器的水可在30psi下。在喷射器故障的实例中，如果密封件退化，或者存在燃料和水导管的物理破裂，则由于水在高于喷射器内的燃料的压力下循环，故水将进入燃料导管，并且污染燃料系统200的闭环回路218。这能够检测为密度增大，如由返回流量计216并且使用供应流量计214作为基准测得的。
在类似的实例中，发动机208缸头(未示出)可包含水通路，以使水可循环穿过缸头用于冷却目的。在一些发动机设计中，燃料通路也可存在于缸头内。在缸头铸件故障或铸件内的孔隙的情况下，有可能的是水污染燃料供应。如在以上实例中，在缸头故障的情况中，水可进入燃料导管，并且污染燃料系统200的闭环回路218。再次，这能够检测为密度增大，如由返回流量计216与供应流量计214之间的密度差测量测得的。
一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)是单氮氧化物(共同为"NOx")，其在燃烧反应期间由氮气和氧气的反应产生(在较高温度下最显著)。海上船舶的大燃料系统200用于产生大量氮氧化物，其排放到大气中并且是相当多的空气污染物。由于大气是近似78%的氮和21%的氧，故NOx气体在燃烧发生在吸入大气的发动机中的任何时候都形成。令人遗憾地，NOx气体有助于臭氧、烟雾和潜在的酸雨的形成。因此，发动机和燃料系统经常并入用以减少NOx形成的方法。将水添加至船用柴油发动机的燃烧室是可用于减少NOx产生的策略。这降低峰值燃烧温度，因此消极地影响(即，减少)NOx形成。将水引入到燃烧室中的一种方式是通过使用乳化燃料。
乳化燃料典型地由水和液体燃料制成。在燃料系统的情况中，乳剂是多相液体，其中水和燃料相是不可混溶的。乳化剂(或表面活性剂)经常用于乳化中来促进稳定的混合物。燃料中的水的典型范围为5%到30%之间的质量。范围基于燃料类型、水纯度、发动机构造和超过本公开的范围的其它因素变化。燃料经常在进入燃烧室之前与机载于船上的水混合(见例如图2的乳化系统224)。燃烧室中的水的蒸发整体上引起缸壁和燃烧室的冷却。当然，降低的燃烧温度导致降低的NOx产生。如果水的百分比太高，则发动机效率受损，但是如果乳剂中的水的百分比太低，则NOx化合物的减少不足。由于对于特定发动机系统而言，添加成形成水/燃料乳剂的水的量是已知的，故穿过返回侧流量计216的燃料将具有可接受的密度范围，其与乳剂中的水的可接受的体积对应。如果密度差值指示不存在横跨发动机的燃料密度的变化，则这可指示有故障的乳化系统，其中没有足够的水添加至燃料。类似地，如果密度差值大于将基于应当添加至燃料的水的体积预计到的，则这可指示过多水添加至乳剂。
图5示出了用以指示潜在的燃料污染的方法的实施例。供应流量计214位于发动机208上游，并且返回流量计216位于发动机208下游。在步骤500中，设置在供应流量计214与返回流量计216之间的发动机208操作。由流量计214,216测得的流率的任何差异大致等于由发动机208消耗的燃料的流率。在步骤502中，第一燃料密度在供应流量计214中测得，并且第二燃料密度在返回流量计216中测得。在步骤504中，这些测得的燃料密度值接着比较。如以上提到的，燃料的密度随温度的变化而减小，故因此较低密度测量结果将预计在返回流量计216中。如果返回流量计的密度测量结果与供应流量计的密度测量结果在相当大程度上不同，则这间接地暗示燃料的污染。在步骤506中，确定燃料密度值之间的差Δρ，并且接着在步骤508中，与燃料密度值之间的理论差Δρt或Δρt值的范围相比较。例如而不限于，Δρ可使用方程(1)确定。然而，还设想出其它方程、算法和方法。在步骤510中，如果Δρ位于Δρt范围外预定阈值，则指示潜在的燃料污染。该阈值取决于发动机类型、燃料类型、温度、流量计214,216之间的温差、燃料乳化系统224的存在或不存在，等。
如以上提到的，发动机入口(和供应流量计214)处的燃料的温度预计比在发动机208操作时由返回流量计216测得的温度更冷。因此，返回流量计216的密度测量结果应当理论上低于供应流量计214的密度测量结果。如果不是，则这可指示燃料可由水污染。图6针对用于指示燃料系统200中的潜在水污染的实施例。注意，图6中所示的前五个步骤与图5中所示的前五个步骤是共同的。在步骤600中，设置在供应流量计214与返回流量计216之间的发动机208操作。在步骤602中，第一燃料密度在供应流量计214中测得，并且第二燃料密度在返回流量计216中测得。在步骤604中，这些测得的燃料密度值接着比较。如果返回流量计的密度测量结果与供应流量计的密度测量结果在相当大程度上不同，则这间接地暗示燃料的水污染。在步骤606中，确定Δρ，并且接着在步骤608中，与Δρt或Δρt范围相比较。在步骤610中，如果Δρ超过Δρt或Δρt范围预定阈值，则指示燃料的潜在水污染。作为非限制性实例应用，如果水冷却的燃料喷射器(未示出)用于将燃料雾化和喷射到发动机的燃烧室中，则喷射器的水套的破裂可将水在供应流量计214之后但在返回流量计216之前引入到燃料系统中。当然，这将以水污染燃料系统200的闭环回路218，这能够检测为密度增大，如由返回流量计216并且使用供应流量计214作为基准测得的。
图7为用于指示潜在燃料污染的相关实施例，其中使用流量计214,216的温度。在步骤700中，设置在供应流量计214与返回流量计216之间的发动机208操作。在步骤702中，第一燃料密度在供应流量计214中测得，并且第二燃料密度在返回流量计216中测得。在步骤704中，温度传感器信号值从供应流量计214和返回流量计216两者接收。这些值可储存在计量电子设备20中。温度可通过处理传感器信号，如从温度传感器107接收的那些来确定。例如，温度可使用RTD确定。例如，温度可对应于流量计温度、流管温度、流量计壳温度、计量电子设备温度，或供应流量计214或返回流量计216外的温度。在一个实施例中，各个流量计214,216包括单独的温度传感器。在一个实施例中，温度传感器置于流量计214,216外。在一个实施例中，单独的温度针对各个流量计214,216确定，并且测得的各个温度输入到计量电子设备20中。在另一个实施例中，在步骤706中，确定用于第一燃料密度测量结果和第二燃料密度测量结果的温度调整，以分别补偿供应流量计214和返回流量计216的温度。在另一个实施例中，确定供应流量计214和返回流量计216外的温度，并且第一燃料密度测量结果和第二燃料密度测量结果在步骤706中调整成补偿该测得温度。在步骤708中，这些温度补偿的测得的燃料密度值接着比较。在步骤710中，Δρ接着使用温度补偿的燃料密度值确定。在步骤712中，Δρ与Δρt范围相比较。如步骤714中所示，如果Δρ位于Δρt范围外预定阈值，则指示潜在燃料污染。
在指示潜在燃料污染的方法的实施例中，如果Δρ与Δρt相差预定阈值或者位于Δρt范围外预定阈值，则可触发警报。此外，方法还可包括以下步骤：在发动机操作的同时测量供应流量计中的燃料流和返回流量计中的燃料流，以便通过将返回流量计中的燃料流与供应流量计中的燃料流相比较来计算发动机燃料消耗。接着指示燃料消耗测量结果。
如以上所述的本发明提供了关于使用振动流量计如科里奥利流量计来确定燃料质量的各种系统及方法。尽管以上描述的各种实施例针对流量计，特别是科里奥利流量计，但应当认识到的是，本发明不应当限于科里奥利流量计，而是相反地，本文中描述的方法可关于其它类型的流量计，或缺乏科里奥利流量计的测量能力中的一些的其它振动传感器利用。
以上实施例的详细描述不是由发明人设想的在本发明的范围内的所有实施例的详尽描述。实际上，本领域技术人员将认识，以上描述的实施例的某些元件可不同地组合或消除以产生另外的实施例，并且此类另外的实施例落入在本发明的范围和教导内。对本领域技术人员而言还将显而易见的是，以上描述的实施例可总体或部分地组合来产生在本发明的范围和教导内的附加实施例。
因此，尽管本文中出于图示目的描述了本发明的特定实施例和用于其的实例，但各种等同改型在本发明的范围内为可能的，如本相关领域的技术人员将认识的。本文中提供的教导可应用于其它振动传感器，并且不仅仅应用于以上描述和附图中示出的实施例。因此，本发明的范围应当从以下权利要求确定。

Claims (12)

1.一种用于操作发动机系统的方法，所述发动机系统包括构造成消耗燃料的发动机并且具有至少两个流量计，所述方法包括以下步骤：
操作设置在所述至少两个流量计中的供应流量计与所述至少两个流量计中的返回流量计之间的发动机；
在所述供应流量计中测量第一燃料密度并且在所述返回流量计中测量第二燃料密度；
比较所述供应流量计与所述返回流量计之间的燃料密度测量结果；
基于所述第二燃料密度与所述第一燃料密度之间的差异确定密度差测量值Δρ；
将所述Δρ与理论燃料密度差值Δρt的范围相比较；以及
如果所述Δρ位于Δρt值的范围外预定阈值，则指示潜在燃料污染。
2.根据权利要求1所述的用于操作发动机系统的方法，其特征在于，所述方法包括将所述Δρ储存在计量电子设备中的步骤。
3.根据权利要求1所述的用于操作发动机系统的方法，其特征在于，如果所述Δρ位于Δρt范围外预定阈值则指示潜在燃料污染的所述步骤包括如果所述Δρ超过所述Δρt范围预定阈值则指示所述燃料的水污染。
4.根据权利要求1所述的用于操作发动机系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
接收来自所述供应流量计的温度传感器信号值；
接收来自所述返回流量计的温度传感器信号值；以及
调整所述第一燃料密度测量结果和所述第二燃料密度测量结果来分别补偿所述供应流量计和所述返回流量计的温度。
5.根据权利要求1所述的用于操作发动机系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
接收来自所述供应流量计和所述返回流量计外的温度传感器的温度传感器信号值；以及
调整所述第一燃料密度测量结果和所述第二燃料密度测量结果来补偿所述温度传感器信号值。
6.根据权利要求1所述的用于操作发动机系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
如果所述Δρ位于Δρt范围外预定阈值，则触发警报。
7.根据权利要求1所述的用于操作发动机系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在所述发动机操作的同时测量所述供应流量计中的燃料流和所述返回流量计中的燃料流；
通过将所述返回流量计中的燃料流与所述供应流量计中的燃料流相比较来计算发动机燃料消耗；以及
指示燃料消耗测量结果。
8.一种用于流量计(214,216)的计量电子设备(20)，其包括处理系统(303)，连接于具有发动机(208)的系统(200)，构造成：
接收来自供应流量计(214)和返回流量计(216)两者的传感器信号(310)；
基于接收的传感器信号(310)确定所述供应流量计(214)与所述返回流量计(216)之间的密度差测量值Δρ；
将所述Δρ与理论燃料密度差值Δρt的范围相比较；以及
将所述Δρ与Δρt值的所述范围的比较储存在计量电子设备(20)中；以及
将所述处理系统(303)构造成如果所述Δρ位于Δρt值的所述范围外预定阈值则指示潜在污染。
9.根据权利要求8所述的用于流量计(214,216)的计量电子设备(20)，其特征在于，所述处理系统(303)构造成如果所述Δρ超过Δρt值的所述范围预定阈值则指示潜在水污染。
10.根据权利要求8所述的用于流量计(214,216)的计量电子设备(20)，其特征在于，所述流量计(214,216)与水乳化系统(224)流体连通。
11.根据权利要求8所述的用于流量计(214,216)的计量电子设备(20)，其特征在于，所述处理系统(303)构造成：
确定所述供应流量计(214)的温度；
确定所述返回流量计(216)的温度；以及
输出针对操作温度校正的调整的流体消耗测量结果。
12.根据权利要求8所述的用于流量计(214,216)的计量电子设备(20)，其特征在于，所述处理系统(303)构造成：
确定所述供应流量计(214)和所述返回流量计(216)外的温度；以及
输出针对所述供应流量计(214)和所述返回流量计(216)外的所述温度校正的调整的流体消耗测量结果。
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