KR100388336B1 - 이중 루프식 코리올리 효과 질량 유량계 - Google Patents

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Abstract

코리올리 효과 질량 유량계로 극미한 유동 도관을 통해 흐르는 유체의 유량을 측정하기 위한 장치가 개시된다. 유량계는 두 개의 루프를 갖춘 단일 유동관을 구비한다. 루프는 교차부에 의해 서로 연결된다. 드라이버가 루프를 진동시키고 루프의 양단부 사이의 위상차가 측정된다. 그 다음에, 측정된 위상차가 유체의 유량을 판단하는데 이용된다. 유동관은 앵커에 고정 부착되어서, 결국 하우징에 부착된다. 앵커는 유량계의 진동부를 유량계의 비진동부로부터 분리시킨다.

Description

이중 루프식 코리올리 효과 질량 유량계 {DUAL LOOP CORIOLIS EFFECT MASS FLOWMETER}
도관을 통해 유동하는 물질의 질량 유동 및 다른 정보를 측정하기 위해 코리올리 효과 질량 유량계를 사용하는 것은 1985년 1월 1일자로 "J.E. Smith" 등에게 허여된 미국 특허 제 4,491,025호와 1982년 2월 11자로 "J.E. Smith"에게 허여된 Re. 31,450호에 개시되어 있다. 이들 유량계는 하나 이상의 곡선형 유동관을 갖추고 있다. 코리올리 질량 유량계에서 각각의 유동관의 구성은 고유 진동 모드 세트를 갖추고 있는데, 이는 단일 굽힘형 또는 이중 굽힘형일 수도 있다. 각각의 유동관은 고유 모드 중 어느 한 모드의 공진 하에서 진동하도록 구동된다. 물질로 충전된 진동하는 시스템의 천연 진동 모드는, 부분적으로 유동관들 내 물질의 질량과 유동관들 질량의 결합된 질량에 의해 정해진다. 물질은 유량계의 유입부측에 연결된 도관으로부터 유량계 내로 유입된다. 그 다음에, 물질은 유동관 또는 모든 유동관들을 통과하고, 배출부측에 연결된 도관으로 배출되어 유동관을 떠난다.
드라이버는 유동관을 진동시키기 위한 힘을 가한다. 유량계를 통과하는 유동이 없을 때에는, 유동관을 따른 모든 지점들은 동일한 위상으로 진동한다. 물질이 유동하기 시작하면, 코리올리 가속에 의해서 유동관을 따른 각각의 지점들은 유동관을 따른 다른 지점들에 대해 상이한 위상을 갖게 된다. 유동관의 유입부측의 위상은 드라이버보다 뒤쳐지는 반면, 배출부측의 위상은 드라이버보다 앞선다. 유동관 상에는 유동관의 거동을 나타내는 사인파 신호를 형성하기 위한 센서가 설치된다. 두 센서의 신호들 사이의 위상차는 유동관을 통해 유동하는 물질의 질량 유량에 비례한다.
유동관을 통해 유동하는 물질은 진동하는 유동관의 유입 단부와 배출 단부 사이에서 대략 수 도(˚) 범위의 약간의 위상차만을 발생시킨다. 시간차 측정법으로 표현하면, 물질 유동에 의해 발생된 위상차는 대략 수십 마이크로초로부터 수 나노초이다. 일반적으로, 상업적인 유량 측정법은 0.1% 미만의 에러율을 가져야 한다. 따라서, 코리올리 유량계는 이러한 약간의 위상차도 정확하게 측정할 수 있어야 한다.
도관을 통해 유동하는 유체의 유량을 측정하기 위하여, "K Flow Corporation"에 허여된 유럽특허 제 0 361 368호에 개시되어 있는 단일관 유량계와 같은 유량계 내에 단일 루프식 직력 경로 유동관을 사용하는 것은 이미 공지되어 있다. 그렇지만, 단일 루프식 직렬 경로 유동관은 근본적으로 불균형하다는 단점을 가지고 있다. 단일 루프식 직렬 유동 코리올리 유량계는 견고한 장착물로부터 외팔보 형식으로 연장되는 단일 곡선형 관 또는 루프를 갖고 있다. 이중 루프식 코리올리 유량계는 균형이 잡혀있다. 이중 루프식 코리올리 유량계는 견고한 장착물로부터 연장된 두 개의 평행한 곡선형 관 또는 루프를 갖고 있다. 이러한 평행한 유동관은 하나의 유동관의 진동력이 다른 유동관의 진동력을 소멸시키도록 서로 반대로 진동하도록 구동된다. 따라서, 유량계와 도관 사이의 접촉점들에서 유량계에 의해 유발되는 진동이 없는 적절한 구조의 이중 루프식 유량계가 형성된다. 이를 소위 "균형식(balanced)" 유량계라고 한다. 진동이 없기 때문에 이중 루프식 코리올리 유량계는 도관에 자유롭게 부착될 수 있다. 단일 루프식 직렬 경로 코리올리 유량계는, 유동관이 진동할 수 있는 지지체에 견고하게 고정되어야만 한다. 지지체를 사용함으로써, 단일 루프식 직렬 경로 유동관 구성을 대부분의 산업 분야에 적용하기가 어렵게 되는데, 이는 도관이 지지체로서 사용될 수 있는 대상물 부근에 연속 유동관에서는 위치될 것이 요구되기 때문이다. 그러므로, 이중 루프식 유량계가 바람직하다.
균형잡힌 단일관 시스템을 형성하기 위한 한가지 방법은 유동관 내에 두 개의 루프를 갖는 유동관을 구성하는 것이다. 이중 루프식 직렬 통로 유량계를 위한 구성들이 "Rheometron"에게 허여된 유럽특허 제 0 271 605호, "Fisher and Porter Company"에게 허여된 유럽특허 제 0 421 812호, 및 미국특허 제 4,311,954호에 개시되어 있다. 이들은 유동관의 진동에 의해 발생되는 힘을 소멸시키기 위하여 서로 반대로 진동하는 두 개의 평행한 루프를 갖춘 유동관으로 구성된다.도관을 통해 유동하는 물질의 극미한 유량을 측정하는 것에는 특별한 문제점이 있다. 실질적으로 분당 4 lbs 이하의 도관을 통해 흐르는 질량 유량은 상업 분야에서 극히 미세한 것으로 간주된다. 이러한 작은 유량을 측정하는 코리올리 질량 유량계는 관과 매니폴드를 포함하는 비교적 작은 부재들로 형성되어야 한다. 이러한 비교적 작은 요소들은 용접 공정을 어렵게 하는 등의 제조 공정상의 여러 문제점을 유발시킨다.
극미한 유량을 측정하기 위한 한가지 방법으로, 단일 루프식 연속 유동관 코리올리 효과 질량 유량계가 사용되어 왔다. 단일 루프식 단열 유동관 코리올리 유량계는 소정의 장점을 갖고 있다. 즉, 유동관은 유량계에 걸친 압력 강하를 감소시키는 큰 직경을 갖고 있으며, 유동을 두 개의 관으로 분리시키기 위한 매니폴드도 필요로 하지 않는다. 큰 직경의 유동관은 드로잉 및 용접 가공이 용이하다. 이외의 장점도 가지고 있다. 그러나, 단일 루프식 연속 유동관 유량계는 균형이 잡혀있지 않기 때문에 도관에 자유롭게 설치될 수 없다는 단점을 가지고 있다.
"Imperial Chemical Industries"에 허여된 유럽특허 제 0 462 711호에 개시되어 있는 이중 루프식 유량계와 같은, 평행한 이중 루프식 유동관 유량계는 도관에 자유롭게 장착될 수 있다. 그렇지만, 극미한 유량을 측정하기 위해서는 크기가 작아야 하기 때문에 평행한 이중 루프식 유동관은 구성과 제조면에서 문제점을 갖고 있다. 이러한 문제점으로 인해 극미 유량을 측정하기 위하여 이중 루프식 이중관 코리올리 유량계를 사용하는 것이 제한된다.
평행한 이중 루프식 유동관이 갖는 특별한 문제점은 유체가 두 개의 유입관으로 유입되도록 유체를 분리시키기 위하여 유량계의 유입 단부로 유체를 유입시키는데 매니폴드를 반드시 사용해야 한다는 점이다. 이러한 예로, "Micro Motion, Inc."에 허여된 WO 96/02812호를 참조할 수 있다. 주조 또는 다른 방법에 의해 매니폴드를 극미 유량을 측정하기 위한 소형의 크기로 제조하는 것은 어렵다. 또한, 매니폴드는 유량계에 걸쳐서 압력 강하를 증대시킨다. 더욱이, 유동관은 매니폴드 상에 용접되거나 납땜되어야 한다. 매우 얇은 벽을 가진 관을 용접하는 것은 매우 어렵다. 용접부와 접합부로 인해, 매끄러운 표면을 요구하는 위생 분야에서는 이러한 유량계를 사용할 수 없다. 위생 분야에는 유동관의 벽에 물질이 부착하지 못하도록 연속적이고 매끄러운 유동관 표면이 필요하다. 또한, 추가적인 용접은 제조 수율을 감소시킨다. 따라서, 극미 유량을 측정하기 위한 유량계에서 매니폴드를 사용하는 것은 바람직하지 못하다. 이중 루프식 직렬 통로 유동관을 단일 유동관으로 제조할 수 있음은 공지되어 있다. 그 예로, "Fisher and Porter"에 허여된 유럽특허 제 0 421 812호를 참조할 수 있다.
직경이 작은 이중 유동관은 잘 막히는 경향이 있다. 유동관을 통해 충분한 유량이 흘러야 한다. 물질은 이들 유동관의 유동 경로를 막히게 하는 경향이 있는데, 이는 물질 내의 작은 입자가 그 보다 작은 유동 경로를 차단할 수 있기 때문이다. 이러한 차단에 의해, 유량의 판독이 부정확해지고 유동관이 파손된다. 따라서, 이중 유동관은 극미 유량을 측정하기 위한 만족스러운 해결책이 되지 못한다.
유동 물질이 가압되는 도관을 통과하는 물질을 측정하기 위해 사용되는 코리올리 유량계는 종종 또 다른 문제점을 가진다. 만일 유동관에 균열이 발생하면, 가압된 물질은 고압의 유동관으로부터 유동관보다 저압인 외부 주위로 빠르게 분사될 것이다. 유동관으로부터 분사된 고압 물질은 도관 또는 주변 구조물을 손상시킬 수 있다. 그러므로, 분사된 고압 물질을 수용하기 위하여 유동관을 둘러싸는 하우징이 필요하다. 통상적으로, 이러한 하우징은 WO 90/15310호에 개시된 바와 같이 매니폴드에 부착된다. 이것은 유량계가 매니폴드를 갖고 있지 않은 경우에는 하우징으로 유동관을 둘러싸는데 있어서 문제점을 야기시킨다.
본 발명은 도관을 통과하는 유체의 유량을 측정하기 위한 직렬 이중 루프식 유동관을 갖춘 코리올리 질량 유량계를 사용하기 위한 장치에 관한 것이며, 특히 유동관의 두 개의 루프를 연결하는데 사용되는 부재에 관한 것이며, 보다 상세하게는 유동관을 유동관 하우징에 연결하는 앵커에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 교차부를 갖춘 유동관을 도시한 도면이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 형태를 갖는 유동관을 도시한 도면이고,
도 3은 본 발명에 따른 유동관의 상면도이고,
도 4는 내부를 노출시키기 위해 하우징 덮개가 제거된 본 발명에 따른 완전한 유량계의 상면도이고,
도 5는 B-형상 루프를 갖춘 본 발명의 유동관을 도시한 도면이고,
도 6은 원형 루프를 갖춘 본 발명의 유동관을 도시한 도면이고,
도 7은 본 발명의 코리올리 유량계의 바람직한 실시예의 조립체를 도시한 도면이고,
도 8은 본 발명에 따른 유량계를 제조하기 위한 공정 단계를 나타낸 공정도이고,
도 9는 버팀대 반부를 도시한 도면이고, 그리고
도 10은 버팀대 반부를 상호 연결하기 위한 두 개의 유동관 루프의 일부분을 도시한 도면이다.
전술한 문제점들 및 다른 문제점들은 이중 루프식 직렬 경로 유동관을 포함하는 본 발명의 장치에 의해 해결된다. 각각의 루프는 다른 루프가 속해있는 평면과 평행한 평면 내에 배향된다. 유동관은 하우징으로 둘러싸여 있으며, 유동관은 앵커를 통해 이 하우징과 연결된다. 하우징은 유동관의 파손부로부터 유출되는 가압된 물질을 수용할 수 있도록 구성된다. 이러한 장점들로 인하여, 본 발명이 도관을 통해 흐르는 물질의 유량(극미한 유량도 포함됨)을 측정하는데 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 연속 유동관의 이중 루프는 교차부에 의해 연결된다. 제 1 루프의 배출단부는 제 1 루프가 속하는 평면 내에서 교차부의 유입단부와 연결된다. 제 2 루프의 유입단부는 제 2 루프가 속하는 평면 내에서 교차부의 배출단부와 연결된다. 유동관의 교차부에 의해, 본 발명은 극미 유량을 측정하기 위한 직렬 유동관 및 평행 유동관 구성의 장점을 모두 갖는다.
본 발명은 직렬 유동관을 갖추고 있다. 연속 유동관 및 평행 유동관 유량계는 각각 장점 및 단점을 가지고 있다. 동일한 관의 변수, 즉 관의 내경, 관의 벽 두께, 및 관의 형태에 대해, 진동식 연속 유동관은 진동식 평행 유동관보다 큰 코리올리 힘을 발생시키는데, 이는 유동의 절반만이 각 부분을 통과하는 평형 유동관과 달리, 진동식 연속 유동관에서는 모든 유동이 유동관의 각 부분을 통해 흐르기 때문이다. 연속 유동관의 단점은 연속 유동관을 통한 압력 강하가, 동일한 관 변수를 갖는 평행 유동관보다 크다는 점이다. 압력 강하를 감소시키기 위해, 센서를 갖춘 연속 유동관은 평행 유동관 유량계와 거의 동일한 압력 강하를 달성하도록 큰 직경과 그에 비례하여 두꺼운 유동관 벽을 사용한다. 따라서 직렬 경로 코리올리 유량계는 본질적으로 평행 경로 유량계 보다 더 크다. 이는 코리올리 유량계가 갖는 일반적인 단점이다. 그렇지만, 극미한 유량 센서에서는 장점이 된다. 직경이 큰 유동관은 작은 입자에 의해 유동관이 막힐 가능성이 감소된다. 용접 또는 납땜에 의해 비교적 크고 무거운 벽을 갖는 유동관을 연결함으로써, 본 발명에 따른 유량계는 제조가 용이하며 위생 분야에 보다 적합하게 된다. 따라서, 본 발명의 유량계는 이중 루프식 평행 유량계가 사용될 수 없는 산업 분야에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 매니폴드가 필요없기 때문에, 이중 루프식 평행 유동관 유량계에 비해 개선된 것이다. 매니폴드는 유량계로 유입되는 흐름을 두개의 유동관으로 분할하기 위해 이중식 유동관 구성에서 사용된다. 본 발명은 연속 유동관을 갖추고 있기 때문에, 매니폴드를 필요로 하지 않는다. 따라서, 본 발명의 유동관은 용접량이 적으며 용접작업이 용이하다.
본 발명의 유동관의 2개의 루프는 서로 반대로 진동한다. 루프의 진동에 의해 발생된 진동은 상쇄되며, 유량계의 단부에 영향을 주지 않는다. 그러므로, 본 발명의 유량계는 균형을 이루게 되며, 지지체에 부착될 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 유량계는 지지체에 장착될 필요 없이 도관에 자유롭게 부착될 수 있다.
본 발명의 유동관은 앵커에 의해 교차부 부근에 고정된다. 앵커는 견고한 장착대이며, 이로부터 유동관의 이중 루프가 외팔보 형식으로 연장된다. 앵커는 유량계 하우징에 고정된다. 유동관의 유입 및 배출단부는 유체를 유동관으로부터 공정 연결부로 전달하는 어댑터를 통해 하우징에 연결된다. 공정 연결부는 플랜지 또는 유동관을 공정 도관에 연결시키기 위한 기구이다. 따라서, 유동관, 앵커, 및 하우징은 공통의 물리적 관계를 갖는다. 하우징은 유동관이 균열하는 경우에 누출되는 가압된 유체를 수용하도록 구성될 수 있다. 하우징과 유동관에 연결되는 앵커는 유동관을, 하우징 내부에서 충분한 공간을 가지고 자유롭게 진동할 수 있도록 정위치에 견고하게 고정시킨다. 유동관이 하우징에 직접 용접되는 경우에 발생될 수 있는 유동관의 비틀림 효과를 최소화시키도록, 유동관을 하우징에 부착하는데 앵커가 사용된다. 또한, 앵커는 도관에 부착되는 유량계의 비진동부로부터 앵커 위쪽의 유량계 진동부를 분리시킨다.
본 발명의 유동관의 유입부와 배출부는 임의의 바람직한 형태로 형성될 수 있다. 예컨대, 유동관의 유입부와 배출부는 서로 직렬로 형성되거나, 또는 나선형 오프-셋 형태로 형성됨으로써 유량계가 자동 배출되게 제작될 수도 있다.
본 발명의 유량계의 표준적인 구성(modular configuration)에 의해, 설계자는 유동관의 젖은 부품을 용이하게 교체할 수 있다. 유체가 단지 유동관과 어댑터와만 접촉하기 때문에, 하우징과 앵커는 더 이상의 설계 변화 없이 상이한 재료로 된 어댑터 및 유동관과 함께 사용될 수 있다.
본 발명의 장치는 도관을 통해 흐르는 물질의 유량을 측정하는데 있어서의 전술한 장점들 및 이외의 장점들을 가지고 있다. 종래의 코리올리 유량계와는 달리, 본 발명은 균형 잡힌 연속 유동관을 갖는다. 유동관 내에서, 교차부는 두개의 루프를 연결시킨다. 연속 유동관의 구성에 의해서, 본 발명은 연속 유동관 특성을 갖는 동시에 이중 유동관 유량계와 같은 역할을 한다. 앵커와 하우징은 유동관을 지지하면서 유동관의 비틀림을 최소화한다.
유동관 구성 (도 1 내지 도 4 참조)
도 1은 본 발명의 연속 유동관(101)의 기본적인 실시예를 도시하고 있다. 연속 유동관(101)의 유입부(103)는 도관에 부착되며, 도관으로부터 유동 물질을 받아들인다. 배출부(104)는 유동 물질을 도관으로 복귀시키기 위해 도관에 부착된다. 연속 유동관(101)은 두 개의 루프(151, 152)를 갖추고 있다. 교차부(115)는 단일의 연속 유동관(101)을 형성하기 위해 루프(151)와 루프(152)를 연결시킨다.
도 3은 유동관(101)의 상면도이다. 도면들에서 공통된 요소들은 동일한 참조부호를 병기하였다. 유동관의 루프(151)는 평면(F1) 내에 배향되어 있으며, 루프(152)는 평면(F2) 내에 배향되어 있다. 평면(F1)과 평면(F2)은 평행하다. 교차부(115)의 제 1 단부는 평면(F1) 내에 놓여지며 루프(151)에 부착되어 있다. 교차부(115)의 중간 부분은 평면(F1)으로부터 평면(F2)으로 횡단한다. 교차부(115)는 평면(F2) 내에서 루프(152)에 연결되는 제 2 단부를 갖추고 있다. 단일 연속 유동관(101)은 교차부(115)에 의해 루프(151)와 루프(152)가 연결됨으로써 제조된다.
본 발명에 있어서, 교차부(115)는 유동관(101)을 굽힘으로써 형성된다. 유동관(101)을 굽힘으로써, 루프(151), 교차부(115), 및 루프(152)가 하나의 연속편인 유동관으로 형성된다. 유동관(101)이 단일 재료편으로 제조되기 때문에, 유동관(101)의 분리된 부분들을 연결시키거나 루프(151)와 루프(152)를 매니폴드에 연결시키기 위한 용접이 필요 없다. 이에 따라, 유동관(101)의 내면이 변형되는 것을 방지하며, 매끄럽고 연속적인 내면이 제공되어, 유동관(101)이 위생 분야의 유량계에 사용될 수 있다.
드라이버 또는 구동 코일(131)이 유동관 루프(151, 152)의 중간 영역에 장착되어, 루프(151, 152)를 서로 반대로 진동시킨다. 좌측 픽오프(pick-off) 센서(132)와 우측 픽오프 센서(133)가 유동관 루프(151, 152) 상단면의 각 코너부에 장착되어 있다. 센서(132, 133)는 진동하는 동안 유동관 루프(151, 152)의 상대 속도를 감지한다.
도 1의 실시예에서, 루프(151, 152)는 대체로 삼각형 형태를 갖는다. 유동관의 루프(151, 152)는 굽힘부(111, 112, 121, 122)를 포함하고 있다. 이들 각각의 굽힘부는 거의 135°의 각도를 이루고 있다. 직선부(116, 117, 118, 126, 127, 128)가 굽힘부(111, 112, 121, 122)에 연결되어 있다. 루프(151)의 직선부(116, 118)와 루프(115)의 직선부(126, 128)는 평행하지 않으며, 그들의 종방향 축선을 따라 거의 90°로 정렬된다. 교차부(115)는 우측 루프(151)상의 직선부(118)를 좌측 루프(152)의 직선부(126)에 연결시킨다. 교차부(115)를 복잡하게 굽혀서 루프(151)와 루프(152)를 연결시킴으로써, 물질이 각각의 루프를 통해 동일한 방향으로 유동한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예인 연속 유동관(101)의 형태를 도시하고 있다. 유동관(101)은 도 1에 도시된 요소들에 부가하여 유입 굽힙부(201)와 배출 굽힘부(202)를 갖추고 있다. 유입부(103)와 배출부(104)는 도관(도시되지 않음)과 동일한 평면 내에 놓이지만, 평면(F1 또는 F2)과는 동일한 평면에 있지 않다(도 3 참조). 유입 굽힘부(201)는, 유입부(103)로부터 평면(F1)까지 횡단하고 직선부(118)와 연결됨으로써, 유입부(103)와 루프(151)를 연결시킨다. 배출 굽힘부(202)는 배출부(104)로부터 평면(F2)까지 횡단하고 직선부(128)와 연결됨으로써, 배출부(104)와 루프(152)를 연결시킨다. 이러한 유입 굽힘부와 배출 굽힘부에 의해, 2개의 루프가 도관과 평면을 이루지 않으면서, 코리올리 유량계(101)가 도관에 부착된다.
도 4는 유동관(101), 앵커(401), 및 하우징 기저부(450)를 포함하는 유량계(400)를 도시하고 있다. 유동관(101)은 유동관(101)의 교차부(115)에 인접한 위치에서 앵커(401)에 견고하게 부착된다. 유동관 루프(151, 152)는 앵커(401)의 한쪽 측면상에서 앵커(401)로부터 연장된다. 교차부(115)는 앵커(401)의 반대 측면상에서 앵커(401)로부터 연장된다. 루프(151, 152)를 앵커(401)에 부착시키는 한 방법은 블록(411, 412)을 사용하는 것이다. 앵커 베이스(410)에는 유동관(101)의 외경에 상응하는 함몰부가 형성되어 있다. 마찬가지로, 블록(411, 412)에도 상응하는 함몰부가 형성되어 있다. 조립시, 앵커 베이스(410), 블록(411, 412), 및 유동관(101)은 앵커 베이스(410)와 블록(411, 412) 사이의 계면에서 유동관(101)과 앵커(401)간의 견고한 부착을 위해 서로 납땜된다. 그 다음에, 앵커(401)는 보스(413, 414)에 대응하며 반대쪽에 배열되어 있는 보스(도시되지 않음)를 사용하여 하우징 기저부(450)에 용접된다. 유량계(400)가 작동하는 동안, 유동관(101)의 비진동부는 앵커(401)의 표면(432)으로부터 연장되며, 유동관(101)의 진동부는 앵커(401)의 반대 표면으로부터 연장된다.
유동관(101)의 유입부(103)는 지점(421)에서 바람직하게는 궤도 용접(orbital weld)에 의해 어댑터(402)에 연결된다. 유동관(101)의 배출부(104)는 지점(422)에서 바람직하게는 궤도 용접에 의해 어댑터(403)에 연결된다. 유입부(103)와 배출부(104)는 유량계의 진동부의 일부가 아니기 때문에, 이들은 어떠한 형태로도 배열될 수 있다. 예컨대, 평면(F1, F2)이 유량계가 연결되는 도관과 수직으로 되도록 유입부(103)와 배출부(104)를 배열할 수도 있다(도 3 참조). 이와 달리, 유량계(400)가 자동 배출(self-drain)할 수 있도록 유입부(103)와 배출부(104)를 배열할 수도 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 드라이버(131)와 센서(132, 133)가 배열되어서 작동한다. 버팀대(425, 426)가 유동관(101)의 루프(151, 152) 사이에 견고하게 부착된다.
버팀대 (도 9 및 도 10 참조)
도 9 및 도 10은 버팀대(425, 426)의 바람직한 실시예를 도시하고 있다. 각각의 버팀대(425, 426)는 두 개의 버팀대 반부(900)로 구성된다. 각각의 버팀대 반부(900)는 몸체(901)와 중첩 탭(903)을 갖추고 있다. 또한, 각각의 버팀대 반부(900)는 유동관(101)이 통과하는 구멍(902)을 갖추고 있다. 도 10은 두 개의 버팀대 반부(900)가 단일 버팀대(425 또는 426)를 형성하기 위해 연결되어 있는 형태를 도시하고 있다. 몸체(901A)와 중첩 태브(903A)를 갖춘 버팀대 반부(900A)가 유동관 루프(151) 상에 위치되어 있다. 마찬가지로, 몸체(901B)와 중첩 태브(903B)을 갖춘 버팀대 반부(900B)가 유동관 루프(152) 상에 위치되어 있다. 중첩 태브(903A)와 중첩 태브(903B)는 서로 중첩되고, 중첩되는 부분은 용접된다. 이는 유동관 루프(151, 152) 사이에 견고한 단일편 버팀대를 형성한다. 각각의 버팀대(425, 426)는 전술한 바와 같이 두 개의 버팀대 반부(900)로 구성된다.
각각의 버팀대(425, 426)가 두 개의 버팀대 반부(900)로 구성됨으로써, 본 발명의 유량계는 조립시에 상당한 융통성을 갖게 된다. 버팀대 반부(900)는 유동관(101)을 어댑터(402, 403)에 부착하기 전이기만 하면 아무 때나 유동관(101) 상에 끼워지면 된다. 유동관(101)은 버팀대 반부 쌍들이 완전한 버팀대를 형성하도록 서로 용접되기 전에는 추가로 처리될 수 있다.
유량계 조립체 (도 8 및 도 9 참조)
도 7은 하우징 덮개(701), 하우징 기저부(450), 및 후술될 나머지 부재들을 포함하는 하우징(700)을 갖춘 완전한 유량계의 분해도를 도시하고 있다. 하우징 덮개(701)는 보스(414, 413)와 각각 일치하는 구멍(721, 722)을 갖추고 있다. 하우징 덮개(701)는 또한 보스(703, 704)가 연장되는 구멍(724, 723)을 갖추고 있다.
어댑터(402, 403)는 지점(421, 422)에서 궤도 용접에 의해 유동관(101)에 부착된다. 어댑터(403)는 하우징 기저부(450)와 하우징 덮개(701) 상의 표면(728)에 용접되는 표면(727)을 갖추고 있다. 어댑터(402)는 하우징 기저부(450) 상의 표면(729)에 용접되는 유사한 표면(도시되지 않음)을 갖추고 있다. 도 9를 참조하여 기술한 바와 같이, 버팀대(425, 426)는 완전한 버팀대를 형성하기 위해 용접되는 두 개의 버팀대 반부(900)로 각각 형성된다. 앵커(401)와 앵커 블록(411, 412)은 유동관(101)과 앵커(401) 사이를 견고하게 부착시키기 위해 유동관(101)에 납땜된다. 블록(411, 412) 내의 함몰부(730)와 앵커(401) 내의 함몰부(731)는 루프(151, 152)의 외경에 상응하도록 형성된다. 앵커(401)는 하우징 기저부(450) 내의 구멍(725, 726)을 통해 삽입되는 바닥 보스(도시되지 않음)를 갖추고 있다. 앵커(401)는 바닥 보스가 구멍(725, 726)을 통과하는 하우징 기저부(450)에 용접된다. 보스(413, 414 및 703, 704)는 각각 구멍(722, 721 및 724, 723)을 통해 삽입된다. 하우징 덮개(701)와 보스(413, 414 및 703, 704)가 서로 용접된다. 최종적으로, 하우징 기저부(450)와 하우징 덮개(701)사이의 매칭 에지부의 전체 주위에서 하우징 기저부(450)가 하우징 덮개(701)에 용접된다.
이에 의해, 유동관(101)이 유량계 하우징(700)에 결합되고, 최종적으로 앵커(401)와 어댑터(402, 403)를 통해 도관(도시되지 않음)에 연결된다. 도관에 의해 유량계에 가해지는 어떠한 응력도 앵커(401) 아래의 유동관(101)의 비진동부에만 나타난다. 따라서, 유동관(101)의 진동하는 활성 측정부는 외부힘, 토크, 및 진동에 의해 영향을 받지 않는다. 앵커(401)는 하우징 기저부(450)와 하우징 덮개(701)에 용접될 때 비틀림이 최소로 되기에 충분한 질량을 갖는다. 이는 용접에 의한 유동관(101)의 비틀림이 최소한으로 됨을 의미한다. 유동관(101)에 발생되는 어떠한 비틀림도 적어도 2개의 루프(151, 152)에 동일하게 일어나기 때문에, 유량계의 측정 작업에 미치는 영향이 최소화된다.
하우징 기저부(450)와 하우징 덮개(701)는 유량계 하우징(700)이 상당한 고압에 견딜 수 있도록 충분히 두꺼운 재료로 형성될 수 있다. 이는 유량계가 고압으로 가압된 물질이 흐르는 도관에 사용되는 경우에 유리하다. 유동관(101)이 파열되는 경우에는, 유량계 하우징(700)이 가압된 유체를 수용할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 하우징 덮개(701)와 하우징 기저부(450)는 주조에 의해 강으로 형성되며, 유량계를 위한 (대략 제곱인치당 500파운드의) 제 2의 수용부를 제공한다. 유량계 하우징(700)의 내측으로부터 외측으로의 배선을 위해 피드스루(feed-thru; 도시되지 않음)가 사용된다.
도 8은 본 발명의 유량계의 바람직한 제조 방법의 공정을 도시한 공정도이다. 조립 공정은 단계(802)에서 시작된다. 단계(804) 동안에, 버팀대 반부가 유동관에 끼워진다. 유동관은 버팀대 반부가 유동관에 끼워지기 전에 이미 부분적으로 또는 완전히 굽혀질 수도 있다.
일단 버팀대 반부가 유동관상에 끼워지면, 단계(806) 동안에 어댑터가 유동관의 유입부 및 배출부에 부착된다. 유동관을 최종 형상으로 형성시킬 필요가 있다면, 단계(808) 동안에 유동관 유입부와 배출부, 및 부착된 어댑터가 굽혀진다.바람직한 실시예에서, 유동관의 유입부 및 배출부는 서로에 대해 직렬로 배열되며, 또한 유량계가 부착되는 도관과 직렬로 배열된다. 따라서, 단계(808) 동안에 유동관의 유입부 및 배출부는 어댑터가 직렬로 배열되도록 굽혀진다.
단계(810) 동안, 버팀대 반부 쌍들은 견고한 버팀대를 형성하도록 용접된다. 또한, 견고한 버팀대가 이 단계 동안 유동관에 용접될 수 있으며, 선택적으로 버팀대가 단계(812) 동안에 유동관에 납땜될 수도 있다.
단계(812) 동안 납땜 공정이 이루어지는 것이 바람직하다. 유동관의 모든 나머지 부착 공정이 단계(812) 동안 이루어진다. 여기에는 유동관에 대한 앵커, 버팀대 브라켓, 픽오프 센서 브라켓, 및 드라이버의 부착이 포함된다. 이와 달리, 유동관의 부착을 위해 여러 번의 용접 작업을 수행할 수 있다. 이 단계를 수행함으로써, 유동관 조립체가 완성된다. 유동관 조립체는 유동관은 물론 이 유동관에 부착되는 앵커, 버팀대, 어댑터, 드라이버 브라켓, 및 픽오프 센서 브라켓을 포함하는 최종 유량계의 모든 부재를 포함한다.
단계(814) 동안, 유량계 조립체는 하우징 기저부 내로 삽입된다. 그 다음에, 앵커가 하우징 기저부에 용접된다. 유량계에 필요한 모든 내부 배선작업이 단계(814) 동안 이루어진다.
단계(816) 동안, 유량계는 하우징 덮개를 하우징 기저부에 접합시킴으로써 완성된다. 앵커는 하우징 덮개에 용접된다. 어댑터는 하우징 기저부와 하우징 덮개에 용접된다. 하우징 기저부와 하우징 덮개는 압력의 2차 수용부를 제공하는 하우징을 형성하기 위해 하우징의 전체 둘레부 주위에서 용접된다.
다른 실시예 (도 5 및 도 6 참조)
도 5는 다른 실시예의 유동관(500)을 도시하고 있다. 유동관(500)은 루프(501, 502)를 갖추고 있다. 루프(501, 502)는 대체적으로 B-형상이며, 각각 평행한 평면에 위치된다. 유입부(503)의 일단부는 도관(도시되지 않음)에 연결되고, 타단부는 루프(501)에 연결된다. 유입부(503)는 도관의 평면으로부터 루프(501)의 평면으로 유체가 흐르도록 굽혀진다. 루프(501)를 통해 흐르는 유체는 교차부(505)를 통해 루프(502)로 이동된다. 그 다음에, 유체는 루프(502)를 통해 흐르고, 여기서 유체는 배출부(504)에 의해 도관의 평면으로 다시 보내진다. 유동관(500)의 교차부는 도 1 내지 도 4를 참조하여 기술된 유동관의 구성을 갖는다.
도 6은 두번째 다른 실시예의 유동관(600)을 도시하고 있다. 루프(601, 602)는 대체적으로 원형이며 각각 평행한 평면에 놓인다. 유입부(603)의 일단부는 도관(도시되지 않음)에 연결되고, 타단부는 루프(601)에 연결된다. 유동관(600)을 통과한 유체는 도관의 평면으로부터 루프(601)의 평면으로 이동한다. 그 다음, 유체는 루프(601)를 통해 흐르며, 교차부(605)를 통해 루프(602)로 흐른다. 그 다음, 배출부(504)는 루프(152)의 평면으로부터 도관 평면으로 유체를 복귀시킨다. 유동관(600)의 교차부는 도 1 내지 도 5를 참조하여 기술된 유동관의 구성을 갖는다.
본 발명은 유체가 제 1 루프로부터 제 2 루프로 흐르도록 복잡하게 구부러지진 이중식 루프 연속 유동관을 포함한다. 또한, 본 발명은 또한 유동관을 하우징에 고정시키기 위한 앵커를 포함한다. 본 발명은 두 개의 조각으로 구성된 버팀대를 포함하며, 본 발명의 특징을 구현하는 유량계를 조립하는 방법을 제공한다. 비록 본 발명이 소정의 바람직한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 당업자들은 본 발명의 개념 및 범위 내에서 변형 및 개조가 이루어질 수 있음을 이해할 것이다.

Claims (26)

  1. 이중 루프, 도관으로부터의 물질 유동을 수용하기 위한 유입부와 상기 물질 유동을 상기 도관으로 복귀시키는 배출부를 형성하는 연속되는 길이의 유동관, 및 상기 이중 루프를 둘러싸는 하우징을 가지는 코리올리 유량계 어셈블리로서,
    상기 유입부로부터의 상기 유동을 수용하는 제 1 단부, 및 제 2 단부를 가지는 연속되는 길이의 유동관 내의 제 1 루프;
    상기 제 1 루프의 상기 제 2 단부로부터 상기 유동을 수용하는 제 1 단부, 및 상기 유동을 상기 배출부로 향하게 하는 제 2 단부를 가지는 연속되는 길이의 유동관 내의 제 2 루프; 및
    상기 제 1 루프의 제 2 단부와 상기 제 2 루프의 제 1 단부 사이에서 상기 연속되는 길이의 유동관의 구부러진 부분에 의해 형성되며, 유동을 상기 제 1 루프로부터 상기 제 2 루프로 향하도록 하는 상기 연속되는 길이의 유동관 내의 교차부를 포함하는 코리올리 유량계 어셈블리에 있어서,
    상기 하우징 및 상기 연속되는 길이의 유동관에 고정 부착되는(fixably attached) 앵커를 포함하는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 루프와 상기 제 2 루프에 버팀대(brace bars)가 연결되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 앵커가 상기 버팀대와 상기 교차부 사이에서 상기 연속되는 길이의 유동관에 고정 부착되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 버팀대가,
    몸체, 상기 몸체로부터 연장되는 중첩 태브, 및 상기 몸체를 통과하며 상기 제 1 루프와 상기 제 2 루프 중 하나가 통해 연장되는 개구를 가지는 제 1 버팀대 반부; 및
    몸체, 상기 몸체로부터 연장되는 중첩 태브, 및 상기 몸체를 통과하며 상기 제 1 루프와 상기 제 2 루프 중 나머지 하나가 통해 연장되는 개구를 가지는 제 2 버팀대 반부로서, 상기 중첩 태브가 상기 제 1 버팀대 반부의 중첩 태브에 중첩되어 부착되는 제 2 버팀대 반부를 포함하는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 버팀대 반부 및 상기 제 2 버팀대 반부의 상기 중첩 태브가 서로 가용접되는(tack welded) 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제 1 버팀대 반부 및 상기 제 2 버팀대 반부가 상기 연속되는 길이의 유동관의 상기 제 1 루프와 상기 제 2 루프 위에 나사식으로 결합되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 루프 및 상기 제 2 루프를 위상이 반대인 상태로 진동시키도록 배열되는 드라이버, 및 상기 제 1 루프 및 상기 제 2 루프에 부착되어 상기 유동관의 진동을 측정하는 센서 요소를 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 앵커가, 상기 연속되는 길이의 유동관의 비진동부로부터 상기 연속되는 길이의 유동관의 진동부를 분리시키는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 루프와 상기 제 2 루프가 상기 앵커의 제 1 표면으로부터 바깥쪽으로 돌출되며, 상기 연속되는 길이의 유동관은 상기 앵커를 통해 상기 제 1 및 제 2 루프와 상기 교차부 사이에서 연장되며, 상기 연속되는 길이의 유동관의 교차부가 상기 앵커의 제 2 면으로부터 바깥쪽으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 앵커가,
    상기 하우징에 고정 부착되는 앵커 베이스;
    상기 제 1 루프의 제 1 단부의 외경과 상기 제 2 루프의 제 1 단부의 외경에 고정 부착되며 상기 제 1 루프의 제 1 단부의 외경과 상기 제 2 루프의 제 1 단부의 외경을 수용하도록 형성되는 앵커 베이스 제 1 단부;
    상기 제 1 루프의 제 2 단부의 외경과 상기 제 2 루프의 제 2 단부의 외경에 고정 부착되며 상기 제 1 루프의 제 2 단부의 외경과 상기 제 2 루프의 제 2 단부의 외경을 수용하도록 형성되는 앵커 베이스 제 2 단부;
    상기 제 1 루프의 제 1 단부의 외경과 상기 제 2 루프의 제 1 단부의 외경에 고정 부착되며, 상기 제 1 루프의 제 1 단부의 외경과 상기 제 2 루프의 제 1 단부의 외경을 수용하며, 상기 앵커 베이스 제 1 단부에 고정 부착되어 상기 앵커를 상기 연속되는 길이의 유동관에 부착하는 제 1 관부착 블록(first tube attachment block); 및
    상기 제 1 루프의 제 2 단부의 외경과 상기 제 2 루프의 제 2 단부의 외경에 고정 부착되며, 상기 제 1 루프의 제 2 단부의 외경과 상기 제 2 루프의 제 2 단부의 외경을 수용하며, 상기 앵커 베이스 제 2 단부에 고정 부착되어 상기 앵커를 상기 연속되는 길이의 유동관에 부착하는 제 2 관부착 블록을 포함하는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 앵커가 상기 연속되는 길이의 유동관의 재료와 상이한 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하우징이,
    상기 앵커의 제 1 용접면에 고정 부착되는 하우징 기저부; 및
    상기 앵커의 제 2 용접면에 고정 부착되고, 상기 하우징 내에 밀폐 챔버를 형성하도록 그 둘레부가 상기 하우징 기저부에 고정 부착되는 하우징 덮개를 포함하는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 하우징 기저부와 상기 하우징 덮개가 서로 고정 부착될 때 정압력을 수용하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  14. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유입부를 상기 하우징에 연결시키고 상기 물질 유동을 상기 도관으로부터 상기 유입부로 연장시키기 위해, 상기 연속되는 길이의 유동관의 유입부에 고정 부착되는 제 1 어댑터; 및
    상기 배출부를 상기 하우징에 연결시키고 상기 물질 유동을 상기 배출부로부터 상기 도관으로 연장시키기 위해, 상기 연속되는 길이의 유동관의 상기 배출부에 고정 부착되는 제 2 어댑터를 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  15. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 루프가 제 1 평면 내에 있고, 상기 제 2 루프가 제 2 평면 내에 있는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 평면과 상기 제 2 평면이 평행한 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  17. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 루프의 제 1 단부 및 제 2 단부는 평행하지 않은 길이방향 축을 가지며, 상기 제 2 루프의 제 1 단부 및 제 2 단부는 평행하지 않은 길이방향 축을 가지는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 교차부가 상기 유동을 상기 제 1 루프에서 상기 제 2 루프로 90°각도로 다시 향하게 하는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  19. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 루프 및 상기 제 2 루프가 삼각형인 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 루프의 제 1 직선부와 제 2 직선부 사이의, 상기 제 1 루프의 제 1 굽힘부(angled section);
    상기 제 1 루프의 제 2 직선부와 제 3 직선부 사이의, 상기 제 1 루프의 제 2 굽힘부;
    상기 제 2 루프의 제 1 직선부와 제 2 직선부 사이의, 상기 제 2 루프의 제 1 굽힘부;
    상기 제 2 루프의 제 2 직선부와 제 3 직선부 사이의, 상기 제 2 루프의 제 2 굽힘부를 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 제 1 루프 및 상기 제 2 루프의 상기 제 1 굽힘부 및 상기 제 2 굽힘부가, 상기 연속되는 길이의 유동관의 45°곡률을 형성하는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  22. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 루프와 상기 제 2 루프가 B자 형상인 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  23. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1 루프와 상기 제 2 루프가 원형인 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  24. 제 17 항에 있어서, 상기 연속되는 길이의 유동관의 상기 유입부가 유입 평면 내에 배향되어 있으며, 상기 유량계가, 유동을 상기 유입 평면 내의 상기 유입부로부터 상기 제 1 평면 내의 제 1 루프로 보내기 위해 구부러진 유입 곡선부(inlet bend)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  25. 제 17 항에 있어서, 상기 연속되는 길이의 유동관의 상기 배출부가 배출 평면 내에 배향되어 있으며, 상기 유량계가, 유동을 상기 제 2 평면 내의 제 2 루프로부터 상기 배출 평면 내의 배출부로 보내기 위해 구부러진 배출 곡선부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
  26. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 각 버팀대가,
    상기 제 1 루프에 고정 부착되고 상기 제 2 루프 쪽으로 연장되는 제 1 버팀대 반부; 및
    상기 제 2 루프에 고정 부착되고 상기 제 1 루프 쪽으로 연장되는 제 2 버팀대 반부를 포함하며,
    상기 제 1 버팀대 반부와 상기 제 2 버팀대 반부가, 서로 중첩되는 지점에서 서로 고정 부착되는 것을 특징으로 하는 코리올리 유량계 어셈블리.
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