JP2021526642A - 特にガス用の小型超音波流量計 - Google Patents

Abstract

特にガス用の小型超音波流量計は、ｎが６〜２４であるｎ面体状の本体（１）によって形成され、３つまたは４つの長手方向円形開口部を有する。本体（１）の軸線はガスパイプの軸線に垂直である。本体（１）の構造長は、機械式ガスメータの構造長に従って標準化され、かつ側面カバー（１２、１３）が側面から本体（１）を閉じる間に、少なくとも２つの超音波センサ（１４）が位置する個々の長手方向円形開口部間で流れを案内するのに役立つ２つまたは３つの流れ調整部（７、８、９）を含む。【選択図】図２

Description

本発明は、とりわけ天然ガスの流通においてガスを測定するための小型超音波流量計に関する。

現在のところ、天然ガス流通測定は、機械式ガスメータ、回転式ガスメータ、およびタービンガスメータ、すなわち、内径がＤＮ ４０からＤＮ １５０まで、サイズがＧ １６からＧ １０００まで、圧力クラスがＰＮ １０／１６／４０およびＡＮＳＩ １５０／３００のものを使用して行われる。これらの測定原理は、何十年もの間知られている。機械式ガスメータは、ある特定の利点を有するが、重大な欠点も有する。

タービンガスメータの主な不利点は以下のようになる。

小さな測定範囲。１：２０、すなわち、Ｑ_min／Ｑ_max比。

圧力衝撃感度。圧力衝撃が生じる時に、バルブを迅速に開放するとガスメータを破損する可能性がある。

タービンガスメータは正確な動作を必要とし、ガスメータの注油指示のいずれの不順守も、これらの測定の精度および耐用年数に悪影響を及ぼすことになり、適切な間隔での注油が必要である。

Ｑ_minおよびＱ_maxによって示される測定範囲外でタービンガスメータは使用不可能であり、ガスメータへの損傷の危険性がある。

タービンガスメータは最適な圧力および流量を必要とする。

汚れによって軸受の詰まりが生じるため、精度がかなり劣化し、場合によっては、タービンホイールを損傷させる。

タービンガスメータは、ＤＮ ４０、５０、および８０のパイプ内径に使用することは困難である。

回転式ガスメータの主な不利点は以下を含む。

圧力衝撃感度。

圧力がかかることを回避するために正確な設置に対する要求が高い。不正確な設置をするとピストンが詰まって動かなくなり、ガスメータは修復不可能なほどに損傷する。

Ｑ_minおよびＱ_maxによって示される測定範囲外でタービンガスメータは使用不可能であり、ガスメータへの損傷の危険性がある。

回転式ガスメータは最適な圧力および流量を必要とする。

汚れによって軸受の詰まりが生じ、かつ精度が大幅に低下する。

回転式ガスメータＤＮ １００およびＤＮ １５０は高価格である。

回転式ガスメータが閉塞する時、ガス流量計は中断され、一体型バイパスを使用することが必要であり、これによって回転式ガスメータの費用はさらに増大する。

これらは配管に振動を生じさせる。

上記の理由により、流通する天然ガスを測定するために、機械式ガスメータを超音波ガスメータと置き換えるための取り組みがなされている。この目的は、機械式ガスメータの利点を保ち、かつ欠点を排除することである。今までのところ、こうした要件を満たす超音波ガスメータは存在しない。天然ガス流通のための既存の超音波ガスメータの主な不利点について、以下に列挙する。

回転式ガスメータの測定範囲より小さい測定範囲。最も一般的なサイズ、Ｇ ６５の典型的な測定範囲が１：１６０である場合、Ｇ ６５の超音波ガスメータの典型的な測定範囲は、例えば、１：５０である（Ｑｍｉｎ／Ｑｍａｘ比）。

超音波ガスメータの最小誤差は１パーセントであり、これは新しい機械式ガスメータのものより高い。

流通用の超音波ガスメータは、機械式ガスメータより数倍高価である。

超音波ガスメータは、ガスメータの上流に少なくとも２×ＤＮの直線部分を依然必要とする。

既存の超音波ガスメータは、汚れやすく腐食が生じやすいことで、較正曲線のずれが生じる。

流れ調整器はガスメータの上流に置かれなければならず、流れ調整器とガスメータとの間に通常は５×ＤＮの直線部分がなければならない。

超音波ガスメータ本体はアルミニウム製であるため、超音波ガスメータはダクタイル鋳鉄／鋳鋼体が必要とされる応用で使用されるタービンガスメータと置き換えるのには使用不可能である。

流れ調整器を含む超音波ガスメータは、回転式ガスメータより高い圧力損失を被る。

管軸に対して垂直に流れを案内する超音波ガスメータは、かなりのサイズおよび重量を有するため、取り扱いおよび設置が困難である。

超音波流量計に対していくつかの設計上の解決策があり、これらのうち最も普及していることは、ガスが管軸に沿ってある特定の速度で流れる間に超音波センサをある特定の角度でパイプに入れることである。流れ調整器が使用される場合、流れ調整器は、流量計の入口に、または流量計の上流の配管内に設置される。

このような流量計の測定の原理は、ある特定の経路に沿ってセンサ間で送信される超音波信号の時間を測定することである。１つの超音波信号はガス流方向に送信されることで、ガス流速度ベクトルによって加速するため、時間ｔ₁は短くなる。別の超音波信号はガス流方向とは逆の方向に送信されることで、ガス流速度ベクトルによって減速するため、時間ｔ₂は長くなる。体積流量はその後、時間差Δｔ＝ｔ₂−ｔ₁から算出される。

時間ｔ₁およびｔ₂の測定をより精確にするために、センサ間の距離はできるだけ長いことが好ましい。これは、角度αを低減することによって実現可能であるが、この代償として流量計の全長が長くなる。これらの流量計は、機械式流量計の構造長より長い構造長Ｌ、すなわち、フランジ間の距離を有する。さらに、流量計の上流および下流のある特定の直線部分が必要とされる。

機械式ガス流量計、すなわち、天然ガス消費を計測しかつ料金請求するために使用されるガスメータは、タービンガスメータの場合には標準的な構造長Ｌ、フランジ間の距離を有し、これは、ガスメータの公称内径ＤＮの３倍、すなわち、Ｌ＝３ＤＮである。回転式ガスメータについて、これらの長さは、ガスメータの内径に応じて、１５０、１７１、２４１、２６０ｍｍなどで定められる。ガスメータの長さＬが標準的なものより長い場合、これは、機械式ガスメータが超音波ガスメータと置き換えられる時、設置費を大幅に増大させる。標準構造長Ｌを維持するために、超音波流量計は、ガスが、改造された本体を通して、すなわち、パイプライン軸に沿わずに流れ、かつ超音波センサの場所がまた、パイプ軸から外れるように設計されなければならない。

上記の欠点は、本発明の特にガス用の小型超音波流量計によって大部分が克服される。本発明の目的は、機械式ガスメータのものと等しい流量計構造長Ｌが維持されるように小型超音波流量計の新しい設計を提供することである。特にガス用の小型超音波流量計は、ｎが６〜２４であるｎ面体の形態の、通常は角柱である小型本体から成り、少なくとも３つの長手方向円形開口部を備える。この本体の長さは、機械式ガスメータの長さに従って標準化される。本体の、ひいては長手方向円形開口部の軸線は、ガスパイプの軸線に垂直である。複数の流れ調整器は本体に設けられてよく、本体における個々の長手方向円形開口部は流れ調整部によって相互接続される。１つの長手方向円形開口部には、超音波センサが位置する測定部分がある。

超音波センサ間の信号は、長手方向円形開口部の壁に対して、まっすぐにおよび／またはある角度でおよび／または反射するように向けられてよい。流れ調整器は好ましくは、長手方向円形開口部および／または流れ調整部の内部に位置することで、ガス流と一体化するようにする。本体は、アルミニウム合金、特殊なダクタイル鉄、および鋼鉄から成る群から選択される材料から作られてよい。長手方向円形開口部の内部は、汚れおよび腐食に耐性がある表面によって保護される。本体の構造長は、タービンガスメータおよび回転式ガスメータから成る群から選択される機械式ガスメータの構造長に従って標準化される。流れ調整器は、長手方向円形開口部および／または流れ調整部に位置してよく、かつ超音波流量計が流量計の上流／下流に直線パイプ部分を必要としないように設計される。超音波センサは、開口部の軸線に対するある角度に位置付けられるのと同時に、超音波信号が長手方向円形開口部の壁に反射するような角度でセンサを位置付けることが可能である。この解決策は、速度プロファイルのより良い評価の利点を有し、これによって、精度は高まり測定範囲は大きくなる。

提案された解決策による小型超音波流量計の主な利点を以下に挙げる。

本発明による超音波流量計の価格は、機械式、回転式、およびタービンガスメータの価格に匹敵する。

連結金具および超音波流量計本体の構造長および材料は、機械式ガスメータ、回転式ガスメータ、およびタービンガスメータの材料と同じであるため、機械式ガスメータを超音波ガスメータと容易に置き換えることが可能である。

本発明による超音波流量計は、流量計の上流および下流に直線パイプ部分を必要としない。

超音波流量計は、バッテリ寿命が最低５年でバッテリ駆動される。

最大超音波流量計誤差は±０．５パーセントであり、この誤差は使用期間にわたって増大しない。このより小さい誤差は、より多い超音波センサによって実現される。超音波センサは、長手方向円形開口部および／または超音波センサの軸線に沿ったある角度で位置付けられる、および／または超音波センサは、速度プロファイルのより良い評価のために信号が長手方向円形開口部の壁に反射するように位置付けられることで、精度および測定範囲が増大する。

超音波流量計の測定範囲は１：１００以上のものになり、これは、タービンおよび既存の超音波ガスメータのものより極めて高い。

流量計、すなわち、長手方向円形開口部の内側は、腐食および汚染に対して保護され、これは、較正曲線が他の超音波ガスメータのようにずれないことを意味する。

機械式ガスメータのように圧力衝撃によって流量計を破壊することは不可能である。

流量計は、設置、保守、および動作中の障害、すなわち、回転式ガスメータを参考にすると、不正確な設置がピストンを故障させることになり、回転式およびタービンガスメータを参考にすると、不正確な注油が、精度、測定範囲を低下させ、またはさらにはガスメータを破壊さえすることになることに耐性がある。指定されたＱｍｉｎおよびＱｍａｘ外の動作は、回転式およびタービンガスメータを参考にすると、ガスメータの測定特性を損なわせることはなく、この破壊をもたらすことはない。

流量計は、可動部品を有さないことで、この信頼性が、機械式ガスメータと比較すると大幅に高まる。

この超音波流量計は、機械式、回転式、およびタービンガスメータと置き換えることが可能な、存在する最初の小型の超音波流量計であるが、これは、この超音波流量計が、全てが機械式ガスメータと同じまたはより良い費用で、これらガスメータの利点全てを存続させ、かつこれらガスメータの欠点全てを排除するからである。この小さなサイズおよび重量によって、輸送および設置が容易になる。

本発明の小型超音波流量計について、添付の図面を参照してより詳細に説明する。

特にガス用の例示の小型超音波流量計を示す不等角投影図である。 流量計の断面図である。 特にガス用の小型超音波流量計の分解不等角投影図である。 特にガス用の小型超音波流量計の分解不等角投影図である。 特にガス用の小型超音波流量計の分解不等角投影図である。

別形Ａ
図１、図１ａ、図２、および図４に示される例示の小型超音波流量計は、図１、図１ａ、図２、および図４に示されるように、４つの長手方向円形開口部２、３、４、および５と、流れ調整器６と、３つの流れ調整部７、８、および９と、入口フランジ１０と、出口フランジ１１と、側面カバー１２および１３と、超音波センサ１４と、を有する六角柱体１から成る。ガスは、入口フランジ１０を通って流れ、かつ本体１の中央に進入し、長手方向円形開口部２内に、さらには本体１の周辺部に案内され、ここで、流れ調整部７によって、流れ調整器６が設置される長手方向円形開口部３に案内される。ガスはさらに、本体１の周辺部に案内され、ここでガスは流れ調整部９を通って、測定部分が位置しかつ超音波センサ１４が位置付けられる長手方向円形開口部４に案内される。センサ１４間の超音波信号は、センサ間で直接、または本体１の長手方向円形開口部４の壁に対する反射によって送信される。それぞれの超音波センサ１４は、送信機および受信機として同時に作用する。さらに、流れは、流れ調整部８を通って長手方向円形開口部５内に案内され、かつ出口フランジ１１を通って出る。側面カバー１２および１３は、本体１の側面に取り付けられる。４つの長手方向円形開口部２、３、４、および５全ては、上下隣り合って本体１に位置するため、コンパクトな寸法および低重量が実現される。本体１を通るガス流の方向は、位置１５によって示される。

別形Ｂ−流れ調整器なし
図３に示される例示の小型超音波流量計は、３つの長手方向円形開口部２、４、および５と、２つの流れ調整部７および８と、入口フランジ１０と、出口フランジ１１と、側面カバー１２および１３と、超音波センサ１４と、を有する本体１から成る。ガスは、入口フランジ１０を通って流れ、かつ本体１の中央に進入し、長手方向円形開口部２内にかつ本体１の周辺部に案内され、ここで、流れ調整部７を通って、測定部分が位置しかつ超音波センサ１４が位置付けられる長手方向円形開口部４内に案内される。センサ１４間の超音波信号は、センサ間で直接、または本体１の長手方向円形開口部４の壁に対する反射によって送信される。それぞれの超音波センサ１４は、送信機および受信機として同時に作用する。さらに、流れは、流れ調整部８を通って長手方向円形開口部５内に案内され、かつ出口フランジ１１を通って出る。側面カバー１２および１３は、本体１の側面に取り付けられる。３つの長手方向円形開口部２、４、および５全ては、上下隣り合って本体１に位置するため、コンパクトな寸法および低重量が実現される。本体１を通るガス流の方向は、位置１６によって示される。

本発明による小型超音波ガス流量計は、主としてガス測定に、特に、家庭および商業ビルなどにおける天然ガスの流通に応用される。

Claims (7)

1. 特にガス用の超音波小型流量計であって、
   前記超音波小型流量計は、フランジ間の長さが標準機械式ガスメータの長さに対応する本体（１）から成り、ｎが６〜２４であるｎ面体の形状であり、少なくとも３つの長手方向円形開口部（２、３、４、５）を備え、前記長手方向円形開口部の軸線はガスパイプの軸線に垂直であり、前記長手方向円形開口部は端部に、個々の前記長手方向円形開口部（２、３、４、５）間の流れを案内するための少なくとも２つの流れ調整部（７、８、９）が設けられ、少なくとも２つの超音波センサ（１４）を備え、前記円形開口部（２、５）は入口フランジ（１０）および出口フランジ（１１）に接続され、前記流れ調整部（７、８、９）は前記本体（１）に接続される側面カバー（１２、１３）によって覆われる
   ことを特徴とする小型超音波流量計。
2. 少なくとも１つの円形開口部（２、３、４、５）における前記超音波センサ（１４）は、測定部分が位置する少なくとも１つの円形開口部（２、３、４、５）の壁に対してある角度でおよび／または反射するように信号を案内するように構成される
   請求項１に記載の小型超音波流量計。
3. 少なくとも１つの長手方向円形開口部（２、３、４、５）および／または流れ調整部（７、８、９）内に、流れ調整器（６）はガス流と一体化するように設けられる
   請求項１または２に記載の小型超音波流量計。
4. 前記長手方向円形開口部の内側には、腐食および汚染に耐性がある表面仕上げがなされている
   請求項１ないし３のいずれかに記載の小型超音波流量計。
5. 前記本体（１）は、アルミニウム合金、ダクタイル鉄、および鋼鉄から成る群から選択される材料から作られる
   請求項１ないし４のいずれかに記載の小型超音波流量計。
6. 前記本体（１）は、押し出し成形および／または絞り成形技術によって作られる
   請求項１ないし５のいずれかに記載の小型超音波流量計。
7. 前記本体（１）の構造長は、タービンガスメータおよび回転式ガスメータから成る群から選択される機械式ガスメータの構造長に従って標準化される
   請求項１ないし６のいずれかに記載の小型超音波流量計。

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