JP7245806B2 - マルチチャネル流管によって流体を測定する方法 - Google Patents
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流れる材料の質量流量に比例する。
めの駆動信号を生成する。ドライバは、多くの周知の構成のうちの1つを含むことができ
る。しかしながら、磁石および対向する駆動コイルは、流量計業界において大きな成功を収めている。所望の導管の振幅および周波数で導管を振動させるために、交流電流が駆動コイルに送られる。ピックオフを、ドライバの構成に非常に類似した磁石およびコイル構成として提供することも、当該技術分野において知られている。
に、正確な多相測定が依然として問題となる可能性がある。気泡の大きさ、ボイド率、液体粘度、音速、および圧力を含むパラメータの具体的な知識なしに、これらの誤差メカニズムを補正することはできない可能性がある。流れプロファイルの効果は、大きなコリオリ流量計を含むすべてのタイプの流量計にとって懸念される別の領域である。レイノルズ数が低い場合、典型的には高粘度のために、流れプロファイルに関連する効果があり、これはコリオリ流量計の感度を低下させる。管の長さ対管の直径の比がより小さい、より大きな流量計は、より悪影響を受ける。より大きな流量計はまた、高圧流体を入れるためにより厚い管壁が必要である。したがって、管の長さ対管の直径の比がより小さい流管と、流体の流量を正確に測定することができる流量計が必要とされている。このような解決策は、マルチチャネル流管によって実現することができる。
ブリはまた、マルチチャネル流管に結合されたドライバを含む。ドライバは、マルチチャネル流管を振動させるように構成される。2つ以上の流体チャネルおよび管壁は、ドライ
バに加えられる駆動信号に応答して単一の一体構造と同じ方向に変形するように構成される。
を分離するステップを含み、2つ以上の流体チャネルおよび管壁は単一の一体構造を含む。本方法はまた、マルチチャネル流管を振動させるように構成された、マルチチャネル流管に結合されたドライバに駆動信号を加えるステップを含む。本方法はまた、ドライバに加えられた駆動信号に応答して、単一の一体構造と同じ方向に2つ以上の流体チャネルおよび管壁を変形させるステップと、センサが取り付けられたマルチチャネル流管の撓みを測定するステップとを含む。
一態様によれば、マルチチャネル流管(130)を含む振動計(5)は、メータ電子機器(20)と、メータ電子機器(20)に通信可能に結合されたメータアセンブリ(10)とを含む。メータアセンブリ(10)は、管壁(134,334,434,534)によって囲まれた2つ以上の流体チャネル(132,332,432,532)を含むマルチチャネル流管(130,330,430,530)を含む。2
つ以上の流体チャネル(132,332,432,532)および管壁(134,334,434,534)は、単一の一体構造を含む。メータアセンブリ(10)はまた、マルチチャネル流管(130,330,430,530
)に結合されたドライバ(180)を含む。ドライバ(180)は、マルチチャネル流管(130,330,430,530)を振動させるように構成される。2つ以上の流体チャネル(132,332,432,532)および管壁(134,334,434,534)は、ドライバ(180)に加えられる駆動信号に応答し
て単一の一体構造と同じ方向に変形するように構成される。
向の長さに沿って延びる平面形状を有する1つ以上のチャネル分割部(136)によって画定される。
好ましくは、2つ以上の流体チャネル(432,532)は、互いに固定され、マルチチャネル流管(430,530)の長手方向の長さに沿って延びるチャネル管(436,536)によって画定される。
好ましくは、2つ以上の流体チャネル(132,332,432,532)は、互いに実質的に平行である。
好ましくは、2つ以上の流体チャネル(132,332,432,532)の各々は、矩形断面および円形断面の少なくとも1つを有する。
好ましくは、2つ以上の流体チャネル(132,332,432,532)の長手方向の長さは、マルチチャネル流管(130,330,430,530)の振動部分の長手方向の長さに実質的に等しい。
好ましくは、管壁(134,334,434,534)の長手方向の長さは、2つ以上の流体チャネル(132,332,432,532)の長手方向の長さに実質的に等しい。
含み、2つ以上の流体チャネルおよび管壁は、単一の一体構造を含む。本方法はまた、マ
ルチチャネル流管に結合されたドライバに駆動信号を加えるステップを含み、ドライバはマルチチャネル流管を振動させるように構成される。本方法はまた、ドライバに加えられた駆動信号に応答して、単一の一体構造と同じ方向に2つ以上の流体チャネルおよび管壁
を変形させるステップと、センサが取り付けられたマルチチャネル流管の撓みを測定するステップとを含む。
好ましくは、流体を2つ以上の流体チャネルに分離するステップは、2つ以上の流体チャネルの1つの断面に流体のガス成分を充填するステップを含む。
好ましくは、マルチチャネル流管に結合されたドライバに駆動信号を加えるステップは、管壁に結合されたドライバに駆動信号を加えるステップを含み、2つ以上の流体チャネルは、マルチチャネル流管の長手方向の長さに沿って延びる平面形状を有する1つ以上のチャネル分割部によって画定される。
好ましくは、2つ以上の流体チャネルおよび管壁を同じ方向に変形させるステップは、マルチチャネル流管の振動部分の長手方向の長さに実質的に等しい2つ以上の流体チャネルの長手方向の長さを変形させるステップを含む。
好ましくは、2つ以上の流体チャネルおよび管壁を同じ方向に変形させるステップは、2つ以上の流体チャネルの長手方向の長さに実質的に等しい管壁の長手方向の長さを変形
させるステップを含む。
好ましくは、測定された密度を用いてガスボイド率を決定するステップは、密度測定値とガスボイド率との間の所定の相関からガスボイド率を決定するステップを含む。
好ましくは、流量測定値を補償するステップは、流量誤差とガスボイド率との間の所定の相関から流量誤差を決定するステップと、流量誤差を使用して流量測定値を補償するステップとを含む。
態を作成および使用する方法を教示する特定の例を示す。本発明の原理を教示する目的のために、いくつかの従来の態様は簡略化または省略されている。当業者は、本明細書の範囲内に入るこれらの例からの変形を理解するであろう。当業者であれば、以下に説明する構成を多種の方法で組み合わせて、マルチチャネル流管の複数の変形を形成できることを理解するであろう。その結果、以下に説明する実施形態は、後述する特定の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定されるものである。
図1は、一実施形態に係るマルチチャネル流管130を備えた振動計5を示す。図1に示すように、振動計5は、メータアセンブリ10とメータ電子機器20とを備える。メータアセン
ブリ10は、プロセス材料の質量流量および密度に応答する。メータ電子機器20は、リード線100を介してメータアセンブリ10に接続されて、経路26上の密度、質量流量、および温
度情報、ならびに他の情報を提供する。コリオリ流量計の構造が記載されているが、本発明は振動管濃度計、音叉濃度計などとして実施できることは当業者には明らかである。
するフランジ103,103’、一対の平行なマルチチャネル流管130,130’、ドライバ180、抵
抗温度検出器(RTD)190、および一対のピックオフセンサ170l,170rを含む。マルチチャ
ネル流管130,130’は、2つの本質的にまっすぐな入口脚部131,131’および出口脚部133,133’を有し、流管取り付けブロック120,120’において互いに向かって集束する。マルチ
チャネル流管130,130’は、その長さに沿って2つの対称位置で曲がり、その長さ全体にわたって本質的に平行である。ブレースバー140および140’は、それぞれのマルチチャネル流管130,130’がそのまわりを振動する軸WおよびW’を規定する働きをする。マルチチャ
ネル流管130,130’の脚部131,131および133,133’は、流管取り付けブロック120,120’に固定して取り付けられ、これらのブロックは、次いでマニホールド150,150’に固定して
取り付けられる。これは、メータアセンブリ10を通る連続的な閉じた材料経路を提供する。
ド150を通って、表面121を有する流管取り付けブロック120に導かれる。マニホールド150内で、材料は分割され、マルチチャネル流管130,130’を通って経路付けされる。マルチ
チャネル流管130,130’を出ると、プロセス材料は、表面121’を有する流管取り付けブロック120’およびマニホールド150’内の単一の流れで再結合され、その後、プロセスライン(図示せず)への穴102’を有するフランジ103’によって接続された出口端104’に経
路付けされる。
分布、慣性モーメント、およびヤング率を有するように選択され、流管取り付けブロック120,120’に適切に取り付けられる。これらの曲げ軸はブレースバー140,140’を通過する。流管のヤング率が温度と共に変化し、この変化が流量および密度の計算に影響を及ぼす限り、RTD190はマルチチャネル流管130’に取り付けられて、マルチチャネル流管130の温度を連続的に測定する。マルチチャネル流管130’の温度、したがってそこを通過する所
与の電流に対するRTD190の両端に現れる電圧は、マルチチャネル流管130’を通過する材
料の温度によって支配される。RTD190の両端に現れる温度依存性電圧は、流管の温度の変化によるマルチチャネル流管130,130’の弾性率の変化を補償するために、メータ電子機
器20による周知の方法で使用される。RTD190は、リード線195によってメータ電子機器20
に接続されている。
向に、かつ流量計の第1の位相外曲げモードと呼ばれるところで、ドライバ180によって駆動される。このドライバ180は、マルチチャネル流管130’に取り付けられた磁石およびマルチチャネル流管130に取り付けられた対向コイルなどの多くの周知の構成のうちの任意
のものを含むことができ、これを通してマルチチャネル流管130,130’の両方を振動させ
るために交流電流が流れる。適切な駆動信号が、メータ電子機器20によって、リード185
を介してドライバ180に加えられる。
動信号をドライバ180に送り、マルチチャネル流管130,130’を振動させる。メータ電子機器20は、左右のセンサ信号およびRTD信号を処理して、メータアセンブリ10を通過する材
料の質量流量および密度を計算する。この情報は、他の情報と共に、経路26を介してメータ電子機器20によって信号として加えられる。
体チャネルを有する。すなわち、マルチチャネル流管130,130’を通って流れる流体は、2つ以上の流体チャネルを通って流れる。マルチチャネル流管130,130’は、流体デカップ
リング、音速(VOS)効果、および非対称減衰に関連する問題に対処することにより、多
相測定における誤差を改善する。マルチチャネル流管130,130’は、気泡の大きさ、ボイ
ド率、液体粘度、音速、および圧力を含むパラメータの具体的な知識なしに、これらの誤差メカニズムを減らすことができる。以下でより詳細に説明するように、管の長さ(L)
対管の直径(D)の比を効果的に増加させることによって、マルチチャネル流管130,130’はまた、すべてのタイプの振動計にとって懸念される別の領域である流れプロファイル効果を削減する。
図2は、一実施形態に係る、図1に示すマルチチャネル流管130の断面図を示す。x軸とy軸の基準座標系も示されている。マルチチャネル流管130は、2つ以上の流体チャネル132を含む。図1に示すように、2つ以上の流体チャネル132は、管壁134内に配置される。2つ以上の流体チャネル132は、管壁134内のチャネル分割部136によって画定される。チャネ
ル分割部136は、単一の軸に平行な平面内にある。図示されるように、チャネル分割部136は、基準座標系のx軸に垂直な平面内に形成される。
準座標系も示されている。マルチチャネル流管330は、2つ以上の流体チャネル332を含む
。図3に示すように、2つ以上の流体チャネル332は、管壁334内に配置される。2つ以上の流体チャネル332は、管壁334内のチャネル分割部336によって画定される。チャネル分割
部336は、x軸およびy軸に平行な平面内にある。チャネル分割部336は、互いに垂直である。チャネル分割部336は、基準座標系のx軸およびy軸に平行であり、垂直である。
準座標系も示されている。マルチチャネル流管430は、2つ以上の流体チャネル432を含む
。明確にするために、2つ以上の流体チャネル432のうちの1つのみが参照される。図4に
示すように、2つ以上の流体チャネル432は、管壁434内に配置される。2つ以上の流体チャネル432は、管壁434内のチャネル管436によって画定される。マルチチャネル流管430は管束である。言い換えると、マルチチャネル流管430は、一体構造として移動するように構
成されたチャネル管436の束によって形成される。より具体的には、チャネル管436の上部2つおよび下部2つはそれぞれ、基準座標系のx軸と平行な平面を形成する。同様に、チャ
ネル管436のうちの左の2つおよび右の2つはそれぞれ、基準座標系のy軸に平行な平面を形成する。
ル流管530は、2つ以上の流体チャネル532を含む。明確にするために、2つ以上の流体チャネル532のうちの1つのみが参照される。図5に示すように、2つ以上の流体チャネル532は、管壁534内に配置される。2つ以上の流体チャネル532は、管壁534内に配置されたチャネル管536によって画定される。マルチチャネル流管530は管束である。言い換えると、マルチチャネル流管530は、一体構造として移動するように構成されたチャネル管536の束によって形成される。チャネル管536は、管壁534の長手方向軸の周りに同心に配置される。
分割部136によって形成された面に垂直な方向に力を加える。チャネル分割部136は、マル
チチャネル流管130の長手方向の長さに沿って延びる平面形状を有する。
手方向の長さ(例えば、流管取り付けブロック120,120’の間に延びる長さ)は、互いに
平行である。長手方向の長さは、マルチチャネル流管130,330~530の振動部分(例えば、ブレースバー140,140’間の長さ)と同じであってもよい。しかしながら、代替の実施形
態では、2つ以上の流体チャネルは、互いに平行でなくてもよく、および/または管壁に平行でなくてもよい。例えば、代替の2つ以上の流体チャネルは、互いに対して、および/または管壁に対してねじれていてもよい。これに加えてまたはこれに代えて、管壁の長手方向の長さは、2つ以上の流体チャネルの長手方向の長さと等しくなくてもよい。
延びている。すなわち、断面は、振動計5のほぼ入口端104および出口端104'から一貫している。しかしながら、代替の実施形態では、断面は、マルチチャネル流管130,330~530の長手方向の長さにわたって変化してもよい。例えば、別のマルチチャネル流管は、図2に
示された入口端部および出口端部付近の断面と、図3に示された代替流管の中央部における断面とを含むことができる。別の代替実施形態では、断面は、マルチチャネル流管130,330~530の長手方向の長さに沿ってらせん状になることができる。断面を螺旋状にすることにより、マルチチャネル流管130,330~530が多相流体上の遠心分離機として作用し、重い液体を2つ以上の流体チャネル132,332~532のそれぞれの一方の側(例えば外側)に押
しやることができる。
必要とするだけである。したがって、特定の実施形態では、断面は、マルチチャネル流管130,330~530内の特定の位置でのみ使用され得る。他の位置は、マルチチャネル流管130,330~530を通る圧力降下を低減するように、2つ以上の流体チャネル132,332~532なしで
円形の断面を採用することができる。
。例えば、図2及び図3に示す断面は、3D印刷、押出成形などによって単一の一体構造として形成することができる。図4及び図5に示す断面は、チャネル管436~536を管壁434
~534に挿入することによって形成することができる。チャネル管436~536が管壁434~534に挿入された後、複数のマンドレルがチャネル管436~536に挿入されて、マルチチャネ
ル流管130,330~530が曲げられている間に壁を押し付けることができる。これにより、チャネル管436~536が崩壊しないことを保証することができる。マルチチャネル流管130,330~530を形成するために使用される材料は、プラスチック、金属などの任意の適切な材料とすることができる。
として2つ以上の流体チャネル132,332~532を形成することができる。例えば、図2に示
すマルチチャネル流管130を押し出すことによって、管壁134およびチャネル分割部136は
一体構造となる。例えば、管壁134およびチャネル分割部136は、単一部品または完全な構造全体として形成される。同様に、チャネル管436~536および管壁434~534は、例えば、チャネル管436~536および管壁434~534を互いに接着することによって、一体構造として形成することもできる。チャネル管436~536および管壁434~534は、ろう付け、接着剤、摩擦溶接などによって互いに接着させることができる。
は安価に製造でき、信頼性があるようにできる。例えば、補強部材は、2つ以上の流体チ
ャネル132,332~532の間で使用されない。補強部材を排除することによって、関連する製造工程を省略することもできる。さらに、2つ以上の流体チャネル132,332-532の各々の間の摩擦力が存在しなくてもよい。例えば、図4および図5に示されるチャネル管436~536は、流管430~530が振動されるときに、互いにまたは管壁434,534に対して擦れない。こ
れにより、管間浸食を防止することができ、それによって流管430~530の動作寿命を延ばすことができる。振動部材における摩擦力の回避はまた、コリオリ流量計を用いて正確な質量流量および密度測定値を得るために重要であり得る。
って、マルチチャネル流管130,330~530は、より小さな有効径と関連する利点を実現しながら、標準的な流管(すなわち、2つ以上の流体チャネル132,332~532を有さない流管)
とほぼ等しいまたはそれよりも小さな容量を提供することができる。
マルチチャネル流管130,330~530は、圧縮性、デカップリング、および流れプロファイル効果に関連する性能問題に対処する。さらに、圧力封じ込めおよび浸食に関連する利点もまた実現され得る。これらの利点は、以下により詳細に説明される。
振動計は、流管を通って流れる流体が流量計アセンブリの固有振動数で振動する間に流管と共に移動することを必要とする。高周波計は、典型的には、流体が各振動であまりにも遠くに移動するという事実に部分的に起因して、ガスまたは同伴ガスの用途にはうまく機能しない。これらの圧縮率または音速効果は、Hemp J.and Kutin J.の「測定される流
体の圧縮性に起因するコリオリ流量計の読み値の誤差の理論(Theory of Errors in Coriolis flowmeter readings due to compressibility of the fluid being metered)」, Flow Measurement and Instrumentation,17:359-369から再現された以下の閉形式の式(1)
および(2)によって予測される、正の質量流量および密度誤差を引き起こす。以下の閉
形式の式(1)および(2)において、ωは角振動周波数であり、dは流管の内径であり、cはプロセス流体の音速である。管の直径が大きくなると誤差が大きくなることに留意されたい。
のは難しいかもしれない。単相ガスまたは圧縮性液体の用途でさえ、補償するためにプロセス流体の音速を知る必要がある。多相アプリケーションの場合、混合音速cは、ガスお
よび液体の音速、ガスおよび液体の密度、およびガスのボイド率を含む、測定が困難なパラメータの長いリストに依存する。
もかなり小さくすることができるので、これらの問題を低減または排除することができる。マルチチャネル流管130,330~530では、管壁134,334~534の直径の1/5に等しい2つ以上の流体チャネル132,332~532の直径は、音速効果による誤差の25分の1の減少をもたらし
得る。換言すれば、マルチチャネル流管130,330~530は、音速効果を排除することができる。これにより、振動計の設計者は、圧縮可能な液体、気体、または多相混合物に関連する性能を犠牲にすることなく、(メータのコンパクト性およびコストに付随する利益を伴う)より高い振動周波数を受け入れることが可能になる。
振動計は、典型的には、それらを通って流れる流体が振動中に流管と共に直接移動することを必要とする。気泡が液体流に導入されると、2つの相の間に相対運動または「デカ
ップリング」があるので、この仮定はもはや有効ではない。モデルは、特定の流体混合物の特性に関する誤差を予測することができる。しかしながら、モデルは、気泡の大きさおよび液体の粘度を含む多くの計測されていないパラメータを入力として必要とし、誤差を直接補償することは困難である可能性がある。モデルおよび実験結果は、比較的小さな直径の流管を有する振動計が、典型的にはより良好に機能し、測定誤差がより少ないことを示している。
中の気泡の均一な分布を表すという事実によって説明される。それは、近くの管壁の存在によるデカップリングの減少を説明してはいない。Fischer PF、Leaf GK、Restrepo JMによる振動流における壁効果の数値的研究、「振動流における粒子の持ち上げと引きずりに及ぼす壁近接の影響(Influence of wall proximity on the lift and drag of a particle in an oscillatory flow)」、流体工学ジャーナル(Journal of Fluids Engineering) 127:583-595(2005)は、粒子が壁からの2つの半径未満でない限り、壁効果は無視できる
ことを示している。別の言い方をすれば、壁効果は、粒子直径対管直径の比が1に近づく
ときにのみ重要となる。Coimbraらによる実験研究「高周波ストークス流れにおける静止
履歴効果に関する実験的研究(An experimental study on stationary history effects in high-frequency Stokes flows)」、J.Fluid Mech.504:353-363は、これらの結果を裏付ける。この実験は、最大80Hzの周波数で流体カラム内の繋留粒子の振動を含む。多くの振動計では、気泡は管の直径に比べて小さく、壁の効果は無視でき、その結果、デカップリングは制限されず、誤差は大きくなる。
ラフ600を示す。グラフ600は、平均ボイド率パーセンテージ軸610および質量誤差パーセ
ント読み値軸620を含む。グラフ600は、平均ボイド率パーセンテージに対する質量誤差の読み値の変化を示す質量誤差の読み値のプロット630を含む。質量誤差の読み値のプロッ
ト630は、水、鉱油、および10%の水をカットした鉱油についての質量誤差の読み値を含
む。様々な流体の質量誤差の読み値は、5%未満から-15%までの範囲であり、60%を超えるボイド率では-10%未満に低下する。質量誤差の読み値のプロット630は、直径が1/4イ
ンチの流管などのより小さい直径の標準的な流管では、気泡が管壁の存在によってデカップリングから拘束され、幅広い範囲のボイド率にわたって少ない誤差をもたらす。
,332~532(例えば、1インチの管壁内の1/5インチの流体チャネル)を含むマルチチャネ
ル流管130,330~530は、50%を超えるガスボイド率を有する流体からの使用可能な測定値をもたらすことができる。総質量流量の測定精度は、数十万ドルのコストがかかり、望ましくない可能性のある原子力技術を使用する専用の多相式メーターの測定精度に匹敵することができる。より複雑な技術に関連した費用および危険を伴わずに、デカップリングの発生を防止することができるマルチチャネル流管130,330~530を有する振動計5において
同じ性能を達成することができる。例えば、管壁134,334~534の直径の1/10に等しい有効管径を有するマルチチャネル流管130,330~530は、より小さい直径の標準管に見られるのと同様の性能を可能にし、しかも何十万ドルものコストがかかることなく、原子力技術を使用していない。
、その他の部分には閉じ込めない可能性がある。気泡分布が管の長さに沿って非対称である場合、非対称な減衰が生じる。高い流速はこの現象を最小限に抑え、混合物を均質に保つが、高い流速はまた、圧力降下を増加させ、静圧が低下するためにフラッシュする可能性がある。さらに、高い流量であっても、ある程度は常に非対称な減衰が存在する可能性がある。マルチチャネル流管130,130’では、マルチチャネル流管130,130’の全断面が液体または気体のいずれでもよいが、両方の混合物ではないので、この減衰は低減され得る。さらに、気泡が断面全体を占める場合、気泡は液体と同じ流量で強制的に移動する。その結果、振動計5の一方の側にガスが滞留する可能性はもはやなくなり、ガスは、マルチ
チャネル流管130,130’の長さにより均一に分布され得る。
速度プロファイル効果による誤差の大きさは、レイノルズ数、ストークス数、管の幾何学的形状にも依存する可能性がある。これらの非次元パラメータを定義する変数のいくつかは、流体の特性に依存する。しかしながら、流れプロファイル効果の大きさは、流管の長さ(L)のその直径(D)に対する比に強く依存する。より大きな振動計は、比較的低いL/D比を有する。通常、25を超えるL/D比を有する振動計は、測定可能な流れプロファイル効果を有さない。マルチチャネル流管130,330~530は、それらがより小さい有効直径を有するため、より大きな振動計における流れプロファイル効果を排除するために、より高い流量の振動計のL/D比を増加させるために使用され得る。実際、管壁134の半分の大きさの個々の管直径を有するマルチチャネル流管130は、多くの異なるサイズの振動計に対して25を超えるL/D比をもたらす。
マルチチャネル流管130の別の利点は、より高い圧力定格である。2つ以上の流体チャネルのない標準的な流管では、管直径が減少すると、圧力定格が増加する(フープ応力=圧
力*半径/厚さ)。大きな直径を有する標準的な管は、典型的には、より厚い壁を有し、流れの感度および性能を低下させる。しかしながら、マルチチャネル流管130は、等価流量
領域の単一の管よりも高い可能性のある圧力定格を各々が有する2つ以上の流体チャネル132を用いることによってこの問題を解決する。さらに、流れおよび密度に対する圧力効果は、実質的に低減されるであろう。しかしながら、図3-図5に示すマルチチャネル流管330~530は、図2に示す単軸分割マルチチャネル流管130に対して改善された圧力封じ込めを有することができる。
管束計内において、浸食もまた低減され得る。浸食は、通常、レイノルズ数に大きく依
存し、レイノルズ数は、管径の増加と共に増加する。より低いレイノルズ数(より小さい有効直径)では、浸食は減少する。また、マルチチャネル流管130,330~530は、非対称減衰の問題を低減または排除することができるので、ガスエントレインメント用途において良好な性能を得るために流体速度を高く保つ必要はない。この結果、レイノルズ数が小さくなり、したがって浸食が少なくなる。
振動計から得られる測定値は、2つ以上の流体チャネルのない標準的な流管よりも正確で
あり得る。例示的な測定は、図7-図12を参照して以下に説明される。
以下に説明する図7-図12は、2つ以上の流体チャネルを有さない標準的な流管(「ベースライン」でラベル付けされた図7、図9、および図11)および図2に示される単軸分割マルチチャネル流管(「単軸分割」とラベル付けされた図8、図10、および図12)に関連する密度、質量、および体積流量誤差を示している。図7-図12に示すデータ
は、円形の断面を有する1インチの流量計を通って流れる水から得られたものである。
図7及び図8は、密度誤差を対象とするグラフ700,800である。グラフ700,800は、横軸であるガスボイド率軸710,810と、縦軸であるパーセント混合物密度誤差軸720,820とを含む。ガスボイド率軸710,810の範囲は、0~25%である。パーセント混合物密度誤差軸720,820の範囲は、-30%~5%である。
る密度誤差とガスボイド率との間の関係を示すグラフ700を示す。グラフ700は、0.5m/s~10m/sの範囲の異なる流量のデータのデータプロット730を有する。データプロット730は
、パーセント混合物密度誤差が、低いガスボイド率では比較的低いことを示している。しかしながら、パーセント混合物密度誤差は、ガスボイド率の割合が高いほど増加する。例えば、10m/sの流量では、パーセント混合物密度誤差は、1%未満から約25%に増加する。パーセント混合物密度誤差はまた、気泡の大きさの変化および非対称減衰の存在のために、流体速度に大きく依存する。ここで、誤差は流速の増加と共に増加するが、他の状況では、反対の傾向が観察される。
ている。パーセント混合物密度誤差は、ガスボイド率の割合が高いほど増加する。しかしながら、図7に示すほどパーセント混合物密度誤差は増加しない。例えば、10m/sの流量では、図7に示される1%未満から約25%への増加とは対照的に、パーセント混合物密度誤差は1%未満から5%未満まで増加する。
図9及び図10は、質量流量誤差を対象としたグラフ900,1000である。グラフ900,1000は、横軸であるガスボイド率軸910,1010と、縦軸であるパーセント混合物質量流量誤差軸920,1020とを含む。ガスボイド率軸910,1010の範囲は、0~25%である。パーセント混合
物質量流量誤差軸920,1020の範囲は、-30%~20%である。
/s~10m/sの範囲の異なる流量のデータのデータプロット930を有する。データプロット930は、パーセント混合物質量流量誤差が、低いガスボイド率では比較的低いことを示して
いる。しかしながら、パーセント混合物質量流量誤差は、より高いガスボイド率割合で増加する。パーセント混合物質量流量誤差は非常に不規則であり、流量によって変動する。例えば、10m/sの流量では、パーセント混合物質量流量誤差は1%未満から約15%まで増加し、最大から最小へのスパンは約30%になる。
ルチチャネル流管に対する質量流量誤差とガスボイド率との間の関係を示すグラフ1000を示す。グラフ1000は、0.5m/s~10m/sの範囲の異なる流量のデータのデータプロット1030
を有する。データプロット1030は、パーセント混合物質量流量誤差が、低いガスボイド率では比較的低いことを示している。パーセント混合物質量流量誤差は、より高いガスボイド率割合で増加する。しかしながら、図9に示すほどパーセント混合物質量流量誤差は増
加しない。例えば、10m/sの流量では、パーセント混合物質量流量誤差は1%未満から5%
未満まで増加し、最大から最小へのスパンは約30%になる。さらに、図10で観察された高いボイド率での最大誤差と最小誤差との間の30%のスパンは、図11に示される約5%
のスパンよりはるかに大きい。言い換えれば、誤差がより小さいのみならず、より不規則でなく、流量の変化に伴ってより変化しにくい。
図11及び図12は、体積流量誤差を対象としたグラフ1100および1200である。グラフ1100,1200は、横軸であるガスボイド率軸1110,1210と、縦軸であるパーセント混合物体積流量誤差軸1120,1220とを含む。ガスボイド率軸1110,1210の範囲は、0~25%である。パ
ーセント混合物体積流量誤差軸1120,1220は、-30%~30%の範囲である。
流量のデータのデータプロット1130を有する。データプロット1130は、パーセント混合物体積流量誤差が、低いガスボイド率では比較的低いことを示している。しかしながら、パーセント混合物体積流量誤差は、より高いガスボイド率割合で増加する。パーセント混合物体積流量誤差は非常に不規則であり、流量によって変動する。例えば、10m/sの流量で
は、パーセント混合物体積流量誤差は1%未満から約15%まで増加し、最大から最小への
スパンは約30%になる。
ルチチャネル流管に対する体積流量誤差とガスボイド率との間の関係を示すグラフ1200を示す。グラフ1200は、0.5m/s~10m/sの範囲の異なる流量のデータのデータプロット1230
を有する。データプロット1230は、パーセント混合物体積流量誤差が低いガスボイド率では比較的低いことを示している。パーセント混合物体積流量誤差は、より高いガスボイド率割合で増加する。パーセント混合物体積流量誤差はまた、流量が増加するにつれて増加する。しかしながら、図11に示すほどパーセント混合物体積流量誤差は増加しない。例えば、10m/sの流量では、図11に示される1%未満から約15%への増加とは対照的に、パーセント混合物体積流量誤差は1%未満から10%未満まで増加する。図11と図12とを
比較すると分かるように、図2に示されている単軸分割部を有するマルチチャネル流管130は、標準的な流管に対して少なくとも3倍の改善を有する。
る混合物密度誤差は、ガスボイド率および流量の範囲にわたって、一貫して5%未満であ
る。したがって、液体気体混合物のガスボイド率は、密度測定値と正確に相関することが
できる。さらに、図10および図12に示される質量流量および体積流量は、各流量において約10%以内で正確である。ガスボイド率は正確に密度読み取り値に相関することができ、質量流量および体積流量は正確であるので、質量および/または体積流量は、密度読
み取り値と相関するガスボイド率を使用することによって測定および補償することができる。これは、図13および図14に示す方法を参照して、以下でより詳細に説明する。
図13は、マルチチャネル流管によって流体を測定する方法1300を示す。図13に示すように、方法1300は、ステップ1310において、流体をマルチチャネル流管内の2つ以上の
流体チャネルに分離することによって開始する。2つ以上の流体チャネルは、管壁によっ
て取り囲まれている。管壁および2つ以上の流体チャネルは、単一の一体構造として形成
される。例えば、マルチチャネル流管は、図1-図5を参照して説明したマルチチャネル
流管130,330~530のうちの1つとすることができる。ステップ1320において、方法1300は
、マルチチャネル流管に結合されたドライバに駆動信号を加える。ドライバは、マルチチャネル流管を振動させるように構成される。方法1300は、ステップ1330において、ドライバに加えられる駆動信号に応答して、単一の一体構造と同じ方向に2つ以上の流体チャネ
ルおよび管壁を曲げる。ステップ1340において、方法1300は、マルチチャネル流管に取り付けられたセンサを用いて、マルチチャネル流管の撓みを測定する。
えばスラグ流を有する多成分流体であってもよい。スラグ流のスラグは、多成分流体から2つ以上の流体チャネルのうちの1つに分離することができる。ガス成分はまた、2つ以上
の流体チャネルのうちの1つを満たすことができる。ガス成分を分離することにより、分
離されたガス成分が、多成分流体流の液体部分の液体部分と同じものを振動または偏向させることを確実にすることができる。
に、ドライバ180は、図4および図5に示される管壁434,534に結合されてもよい。しかしながら、駆動信号はまた、図4および図5にも示されているチャネル管436,536に供給さ
れてもよく、例えば管壁434,534はチャネル管436,536の一部を露出させたままにする。
ル分割部136,336を押し出しまたは3次元印刷することによって、単一の一体構造として形成されるので、ドライバ180によって加えられる力の方向に単一の一体構造として曲がる
。したがって、ドライバ180によってマルチチャネル流管130,330に加えられる力は、管壁134,334および2つ以上の流体チャネル132,332を実質的に同じ量だけ撓ませる。同様に、
図4及び図5に示す2つ以上の流体チャネル432,532も、ドライバ180によって管壁434,534またはチャネル管436,536に加えられる力のために同じ方向に曲がる。チャネル管436,536および管壁434,534は、例えば、チャネル管436,536の間、および管壁434,534とチャネル
管436,536との間のろう付けにより、単一の一体構造として曲がることができる。
を参照すると、ピックオフセンサ170lおよび170rは、ピックオフセンサ170lおよび170rが
配置されているマルチチャネル流管130,130’の撓みを測定することができる。ピックオ
フセンサ170lおよび170rが位置する撓みは、ドライバ180に加えられる駆動信号によって
引き起こされるマルチチャネル流管130,130’の変形によるものである。ドライバ180と同様に、ピックオフセンサ170lおよび170rは、管壁134,334またはチャネル管436,536に結合され得る。
度を用いてガスボイド率が決定される。ステップ1430において、方法1400は、ガスボイド率を用いて、質量または体積流量測定などの流量測定を補償する。
、ある範囲の流量およびガスボイド率にわたって一貫している。したがって、水および空気などの混合相流体のガスボイド率は、例えば、液体密度の知識と組み合わせた密度測定から決定することができる。液体密度は、顧客によって入力された等のメータ電子機器20に記憶されたデータから既知である、ガスのない期間中に見出すことができる。
るが、測定された密度とガスボイド率との間の任意の適切な相関を使用することができる。例えば、メータ電子機器20内のプロセッサは、測定された密度を用いて、ルックアップテーブル内の相関するガスボイド率を調べることができる。メータ電子機器20内のプロセッサは、密度測定値とガスボイド率との間の相関を提供するために、データプロット830
内の各データ点間を補間(例えば、線形、多項式など)することができる。補間は、数式、ルックアップテーブルなどとしてメモリに格納することもできる。
よび流量を測定することができる。測定された密度および流量は、ルックアップテーブル、公式等としてメータ電子機器20に格納することができる。流量誤差は、例えば、製造または較正中に別の基準流量計を使用することによっても決定することができる。基準流量計からの測定値を振動計5によって測定された流量と比較して、流量誤差を決定すること
ができる。動作中、メータ電子機器20は、図14を参照して説明したように、測定された密度をガスボイド率と連続的に相関させ、測定された流量を補償することができる。
ャネル流管130,330~530は、2つ以上の流体チャネル132,332~532を含む。2つ以上の流体チャネルは、管壁134,334~534の直径よりも小さいマルチチャネル流管130,330~530の有効直径を提供する。マルチチャネル流管130,330~530の有効直径は、管壁134,334~534の直径よりも小さいため、圧縮性、デカップリング、およびフロープロファイル効果に関する性能上の問題が改善され得る。さらに、圧力封じ込めを改善することができる。結果として、振動計5は、より正確な多相流量測定を提供しながら、より高価でなく、多くの多
相計量技術よりも簡単な製造工程を使用することができる。
Claims (2)
- マルチチャネル流管によって流体を測定する方法であって、
マルチチャネル流管によって流体の密度を測定するステップと、
測定された密度を用いてガスボイド率を決定するステップと、
マルチチャネル流管に対する流量誤差とガスボイド率との間の所定の相関関係から流量誤差を決定するステップと、
この流量誤差を使用して、流量測定値を補償するステップとを含む、方法。 - 測定された密度を用いてガスボイド率を決定するステップは、密度測定値とガスボイド率との間の所定の相関からガスボイド率を決定するステップを含む、請求項1に記載の方法。
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