KR101469716B1 - Functional conditioner for use ultrasonic flowmeter - Google Patents

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KR101469716B1
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ultrasonic flowmeter
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강웅
이생희
최해만
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한국표준과학연구원
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Abstract

The present invention relates to a functional rectifier for the use of an ultrasonic flowmeter. The present invention comprises a rectification body; a rectification inducing hole formed in the rectification body; and a noise reducing hole which is formed inside the rectification inducing hole in a body. Thereby, the present invention can reduce noise in a specific area by installing the rectifier on the front end of a flowmeter inside a pipe and uniformly maintaining the flow distribution in the pipe, thereby improving the accuracy of measurement.

Description

초음파 유량계 사용을 위한 기능성 정류기{Functional conditioner for use ultrasonic flowmeter}{Functional conditioner for use ultrasonic flowmeter for ultrasonic flowmeter}

본 발명은 초음파 유량계 사용을 위한 기능성 정류기에 관한 것으로서, 특히 소음 감쇠홀을 갖는 정류 유도홀이 정류 몸체에 일체로 형성되어 배관내의 유량계 전단에 설치되도록 한 것이다.The present invention relates to a functional rectifier for use with an ultrasonic flowmeter, and in particular, a rectification induction hole having a noise attenuation hole is integrally formed on a rectifying body and installed on the front side of a flow meter in a pipe.

일반적으로 천연 가스의 대규모 거래가 증가 되면서 공급자와 수요처간의 이해관계가 직결되어 정밀한 유량 측정의 중요성이 대두되고 있다.Generally, as the large-scale transaction of natural gas increases, the interests between suppliers and demanders are directly connected and the importance of precise flow measurement is emerging.

도1은 종래 기술에 따른 유량계와 정류기가 구비된 배관을 도시한 예시도이고, 도2는 종래 기술에 따른 배관에 구비된 정류기를 도시한 예시도이다.FIG. 1 is an exemplary view showing a conventional pipeline having a flow meter and a rectifier, and FIG. 2 is a view illustrating a rectifier provided in a pipeline according to the related art.

도시된 바와 같이, 기체나 액체가 공급되는 배관(60)에는 유량을 계측하는 유량계(70)가 구비되어 있고, 유량계(70)가 설치된 전방측에 정류기(80)가 설치되어 배관(60)을 흐르는 기체나 액체의 유속분포가 균일하게 유지되도록 하여 유량계(70)의 측정 정확도를 보장할 수 있게 된다.As shown in the figure, a pipe 60 for supplying a gas or liquid is provided with a flow meter 70 for measuring the flow rate. A rectifier 80 is installed on the front side where the flow meter 70 is installed, The flow velocity distribution of the flowing gas or liquid can be uniformly maintained, and the measurement accuracy of the flow meter 70 can be ensured.

이러한 정류기(80)는 도2에 도시된 바와 같이, 배관(60)의 단면 형상과 동일한 형상을 갖는 정류 패널(81)에 일측에서 타측을 향하는 관통된 형태를 갖는 다수개의 유속 감속홀(811)이 형성되어 배관(60)을 흐르던 기체나 액체가 유속 감속홀(811)을 통과하는 과정에서 유속이 감속됨과 동시에 균일한 유속을 갖게 된다.2, the rectifier 80 includes a plurality of flow rate reduction holes 811 having a through-hole shape extending from one side to the other side of the rectifying panel 81 having the same shape as the sectional shape of the pipe 60, The flow rate is decreased and a uniform flow rate is obtained at the same time as the gas or liquid that has flowed through the pipe 60 passes through the flow rate reduction hole 811.

한편, 기존의 차압식 유량계의 정확도와 설치 제한성 등을 개선할 수 있는 초음파 유량계의 사용이 진행되고 있다. 높은 정확도, 넓은 유량 측정비 및 설치 자유도와 같은 많은 장점에도 불구하고, 유량 측정을 위한 초음파 신호(100-300kHz)를 사용하기 때문에 유량계가 설치되는 배관에서 초음파 영역의 소음이 발생할 경우 측정값에 영향을 받는 문제점이 있었다.On the other hand, the use of an ultrasonic flowmeter capable of improving accuracy and installation limitation of a conventional differential pressure type flow meter is being promoted. Despite many advantages such as high accuracy, wide flow measurement ratio and installation freedom, ultrasonic signals (100-300kHz) are used for flow measurement, so if there is noise in the ultrasonic region in the pipeline where the flowmeter is installed, .

통상 10bar 이상의 조건으로 유량을 공급하는 천연가스 공급 시스템에서는 압력 조절 밸브(Pressure Control Valve)를 사용하는데, 압력 조절 밸브에서 초음파 영역의 유동 소음이 발생되는 원인으로 인하여 측정값이 부정확해지는 문제점이 있었다.In a natural gas supply system that supplies a flow rate under a condition of 10 bar or more, a pressure control valve is used. However, there is a problem that the measurement value becomes inaccurate due to the generation of flow noise in the ultrasonic region in the pressure control valve.

본 발명은 배관내의 유속 분포가 균일하게 유지되는 가운데 특정 영역의 소음을 감소시킬 수 있도록 하여 초음파 유량계의 높은 정확도와 넓은 유량 측정비 및 설치 자유도를 얻을 수 있도록 한 것이다.The present invention is capable of reducing noise in a specific region while maintaining a uniform flow velocity distribution within a pipe, thereby achieving high accuracy of an ultrasonic flowmeter, a wide flow rate measurement ratio, and an installation freedom.

본 발명은 정류 몸체(10)와; 상기 정류 몸체(10)에 형성된 정류 유도홀(20); 및 상기 정류 유도홀(20)의 내부에 소음 감쇠홀(30)이 일체로 형성됨을 특징으로 한다.The present invention relates to a rectifying body (10); A rectifying guide hole (20) formed in the rectifying body (10); And a sound attenuation hole (30) is integrally formed in the rectifying guide hole (20).

또한, 상기 정류 유도홀(20)은 정류 몸체(10)의 전면에서 후면을 향하여 관통된 형태를 가지며 다수개로 형성됨을 특징으로 한다.In addition, the rectifying guide hole 20 is formed to penetrate from the front surface to the rear surface of the rectifying body 10, and is formed as a plurality of rectifying guide holes.

또한, 상기 소음 감쇠홀(30)은 정류 유도홀(20)의 입구측과 출구측 사이에 단면적이 확장되게 형성됨을 특징으로 한다.The noise attenuation holes 30 are formed so as to extend in cross-sectional area between the inlet side and the outlet side of the rectifying guide hole 20.

또한, 상기 소음 감쇠홀(30)은 정류 유도홀(20)의 입구측과 출구측 사이에 단면적이 확장되게 형성되되, 단면적이 확장되는 부분에 상기 정류 유도홀(20)의 일부가 돌출된 돌출가이드관(31)이 형성됨을 특징으로 한다.The sound attenuation hole 30 is formed between the inlet side and the outlet side of the rectification induction hole 20 so as to have a larger cross-sectional area. A portion of the rectification induction hole 20, And a guide pipe (31) is formed.

그리고, 상기 돌출가이드관(31)의 돌출길이(Le)에 따라 초음파 유량계의 작동주파수가 달라지되, 상기 작동주파수는 "

Figure 112013119374205-pat00001
여기서, C는 음속, le는 돌출길이" 에 의해 결정되는 것을 특징으로 한다.The operation frequency of the ultrasonic flowmeter is changed according to the protrusion length Le of the protrusion guide tube 31,
Figure 112013119374205-pat00001
Here, C is the speed of sound and le is the length of the protrusion.

본 발명은 소음 감쇠홀을 갖는 정류 유도홀이 정류 몸체에 일체로 형성되어 배관내의 유량계 전단에 설치됨으로써, 배관내의 유속 분포가 균일하게 유지될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In the present invention, since the rectifying guide hole having the noise attenuating hole is integrally formed on the rectifying body and is installed on the front end of the flow meter in the pipe, the effect that the flow velocity distribution in the pipe can be uniformly maintained can be obtained.

또한, 이를 통해 특정한 영역의 소음을 감소시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In addition, it is possible to obtain the effect of reducing the noise of a specific area.

그리고 통해 초음파 유량계 측정의 높은 정확도를 얻을 수 있는 효과가 있다.And it has the effect of obtaining high accuracy of ultrasonic flowmeter measurement.

도1은 종래 기술에 따른 유량계와 정류기가 구비된 배관을 도시한 예시도.
도2는 종래 기술에 따른 배관에 구비된 정류기를 도시한 예시도.
도3은 본 발명에 따른 기능성 정류기의 내,외부를 절개하여 도시한 사시도.
도4는 본 발명에 따른 기능성 정류기의 종단면도.
도5는 본 발명에 따른 기능성 정류기의 단순 확장형 소음 감쇠홀과 돌출 가이드관을 갖는 확장형 소음 감쇠홀을 도시한 예시도.
도6은 본 발명에 따른 기능성 정류기에 있어 음향 전송계(Transmission Line)를 도시한 예시도.
도7은 본 발명에 따른 기능성 정류기에 있어 돌출 가이드관을 갖는 확장형 소음 감쇠홀의 형상 인자를 도시한 예시도.
도8은 본 발명에 따른 기능성 정류기에 있어 확장형 소음 감쇠홀의 형상 인자에 의한 전달손실을 도시한 예시도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is an illustration showing a piping provided with a flow meter and a rectifier according to the prior art; Fig.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a rectifier.
FIG. 3 is a perspective view of the functional rectifier according to the present invention, showing the inside and the outside of the functional rectifier. FIG.
4 is a longitudinal sectional view of a functional rectifier according to the present invention.
FIG. 5 is an exemplary view showing an expandable noise attenuation hole having a simple expansion type noise attenuation hole and a protrusion guide tube of the functional rectifier according to the present invention. FIG.
FIG. 6 is an exemplary view showing an acoustic transmission line in the functional rectifier according to the present invention; FIG.
FIG. 7 is an exemplary view showing a shape factor of an expandable sound attenuation hole having a protruding guide tube in the functional rectifier according to the present invention; FIG.
FIG. 8 is an exemplary view showing transmission loss due to a shape factor of an expandable noise attenuation hole in a functional rectifier according to the present invention; FIG.

본 발명에 따른 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도3은 본 발명에 따른 기능성 정류기의 내,외부를 절개하여 도시한 사시도이고, 도4는 본 발명에 따른 기능성 정류기의 종단면도이다.FIG. 3 is a perspective view showing the interior and the exterior of the functional rectifier according to the present invention, and FIG. 4 is a longitudinal sectional view of the functional rectifier according to the present invention.

본 발명에 따른 초음파 유량계 사용을 위한 기능성 정류기는 배관내의 유속 분포가 균일하게 유지되는 가운데 특정한 영역의 소음을 감소시킬 수 있도록 하여 유량 측정의 높은 정확도를 얻을 수 있도록 한 것으로 도3 및 도4에 도시된 바와 같이, 정류 몸체(10), 정류 유도홀(20) 및 소음 감쇠홀(30)이 일체로 형성되어 있다.The functional rectifier for use with the ultrasonic flowmeter according to the present invention is capable of reducing the noise of a specific region while maintaining a uniform flow velocity distribution in the piping, thereby achieving high accuracy of flow measurement. As shown in FIGS. 3 and 4, The rectifying body 10, the rectifying guide hole 20, and the noise attenuation hole 30 are integrally formed.

여기에서, 상기 정류 몸체(10)에 형성된 정류 유도홀(20)의 내부에 소음 감쇠홀(30)이 일체로 형성되어 있다.Here, a sound attenuation hole 30 is integrally formed in the rectifying guide hole 20 formed in the rectifying body 10.

상기 정류 유도홀(20)은 정류 몸체(10)의 전면에서 후면을 향하여 관통된 형태를 가지며, 다수개로 형성되어 전면인 일측에서 후면인 타측을 향하여 유체가 이동되는 과정에서 배관 내부를 흐르는 유체의 유속이 거의 균일한 형태가 유지될 수 있게 된다.The rectifying guide hole 20 has a shape penetrating from the front surface to the rear surface of the rectifying body 10 and is formed into a plurality of holes so that the fluid flowing through the inside of the pipe during the movement of the fluid from one side, So that a substantially uniform flow velocity can be maintained.

도5는 본 발명에 따른 기능성 정류기의 단순 확장형 소음 감쇠홀과 돌출 가이드관을 갖는 확장형 소음 감쇠홀을 도시한 예시도이다.FIG. 5 is an exemplary view showing an expandable noise attenuation hole having a simple expansion type noise attenuation hole and a protrusion guide tube of the functional rectifier according to the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 소음 감쇠홀(30)은 정류 유도홀(20)의 입구측과 출구측 사이에 단면적 또는 직경이 확장되게 형성되어 소음이 감소될 수 있게 되어 있다.As shown in the figure, the noise attenuation holes 30 are formed to extend in cross-sectional area or diameter between the inlet side and the outlet side of the rectifying guide hole 20, so that the noise can be reduced.

이러한 소음이 감쇠되는 과정은 즉, 배관에 흐르는 기체에 의한 소음 감쇠는 기체가 흐르는 배관의 직경의 변화로 인해 발생되는 임피던스 차이를 이용하게 된다.The process of attenuating this noise, that is, the attenuation of the noise by the gas flowing through the pipe, utilizes the impedance difference caused by the change of the diameter of the pipe through which the gas flows.

이런 소음 감쇠의 효과는 전달손실(Transmisson Loss:LT)이 사용되는데, 소음 감쇠홀(30)에 입사된 음향 파워 레벨(Sound Power Level:PWL)에서 하류측에 전달된 음향 파워 레벨을 뺀 값으로 수학식 1과 같이 표시할 수 있다.The effect of this noise attenuation is a transmission loss (LT), which is a value obtained by subtracting the sound power level delivered to the downstream side from the sound power level (PWL) incident on the sound attenuation hole 30 Can be expressed as shown in Equation (1).

Figure 112013119374205-pat00002
Figure 112013119374205-pat00002

즉, 전달손실 값이 클 수록 소음 감소도 큼을 알 수 있다.That is, it can be seen that the noise reduction is larger as the transmission loss value is larger.

도6은 본 발명에 따른 기능성 정류기에 있어 음향 전송계(Transmission Line)를 도시한 예시도이다.6 is a diagram illustrating an example of a transmission line in a functional rectifier according to the present invention.

도시된 바와 같이, 평면파(Plane wave) 이론에 의해 음향 전송계가 있을 때, 내부의 임의의 지점에서의 음압(Sound Pressure,P1)과 입자속도(Particle Velocity,U1)는 음향 전송계의 형상 (L,S1,S2)과 임피던스(ρc)를 알면 그 이후의 음압과 입자 속도를 구할 수 있다.As shown, the sound pressure P1 and the particle velocity U1 at an arbitrary point inside the acoustic transmission system can be expressed by the shape of the sound transmission system L , S1, S2) and the impedance ( rho c ) are known, the sound pressure and the particle velocity thereafter can be obtained.

이러한 음향 전송계를 소음 감쇠홀(30)에 적용하고, 소음 감쇠홀(30)의 형상과 임피던스의 특성을 알면 소음 감쇠홀(30) 적용전의 음압과 입자 속도를 이용하여 적용후의 음압과 입자 속도를 예측할 수 있다. 소음 감쇠홀(30) 적용 전후의 음압과 입자 속도를 알면 각각의 음향 파워 레벨을 구할 수 있게 된다.If such a sound transmission system is applied to the sound attenuation hole 30 and the shape and impedance characteristics of the sound attenuation hole 30 are known, the sound pressure and the particle velocity after application using the sound pressure and the particle velocity before application of the sound attenuation hole 30 Can be predicted. Knowing the sound pressure and the particle velocity before and after application of the sound attenuation hole 30, the respective sound power levels can be obtained.

도5의(a)는 단순 확장형태의 소음 감쇠홀(30)을 도시한 것으로 이러한 형태에 이론적 전달 손실값은 수학식2,3,4,5와 같이 표시할 수 있다.5 (a) shows a simple expansion type sound attenuation hole 30. In this form, a theoretical transmission loss value can be expressed by Equations (2), (3), (4) and (5).

Figure 112013119374205-pat00003
Figure 112013119374205-pat00003

Figure 112013119374205-pat00004
Figure 112013119374205-pat00004

Figure 112013119374205-pat00005
Figure 112013119374205-pat00005

Figure 112013119374205-pat00006
Figure 112013119374205-pat00006

한편, 상기 소음 감쇠홀(30)은 정류 유도홀(20)의 입구측과 출구측 사이에 단면적이 확장되게 형성되어 있다. 이때, 단면적이 확장되는 부분에는 상기 정류 유도홀(20)의 일부가 돌출된 돌출가이드관(31)이 형성되어 있다.The noise attenuation holes 30 are formed to extend in cross section between the inlet side and the outlet side of the rectifying guide hole 20. At this time, a protruding guide pipe 31 is formed at a portion where the cross-sectional area expands, in which a part of the rectifying guide hole 20 is protruded.

도5의(b)는 돌출 가이드관을 갖는 확장형 소음 감쇠홀(30)을 도시한 것으로 이러한 형태에 이론적 전달 손실값은 수학식6,7,8과 같이 표시할 수 있다.FIG. 5 (b) shows an expandable sound attenuation hole 30 having a protruding guide tube, and theoretical transmission loss value in this form can be expressed by Equations (6), (7) and (8).

Figure 112013119374205-pat00007
Figure 112013119374205-pat00007

Figure 112013119374205-pat00008
Figure 112013119374205-pat00008

Figure 112013119374205-pat00009
Figure 112013119374205-pat00009

즉, 돌출 가이드관을 갖는 확장형 소음 감쇠홀(30)이 단순 확장형태의 소음 감쇠홀(30)에 비해 전달손실이 매우 큰 것을 알 수 있다.That is, it can be seen that the expansion type sound attenuation hole 30 having the protrusion guide tube has a very large transmission loss as compared with the simple expansion type sound attenuation hole 30. [

도7은 본 발명에 따른 기능성 정류기에 있어 돌출 가이드관을 갖는 확장형 소음 감쇠홀의 형상 인자를 도시한 예시도이고, 도8은 본 발명에 따른 기능성 정류기에 있어 확장형 소음 감쇠홀의 형상 인자에 의한 전달손실을 도시한 예시도이다.7 is a view illustrating a shape factor of an expandable noise attenuating hole having a protruding guide tube in the functional rectifier according to the present invention, and FIG. 8 is a graph showing the transmission loss due to the shape factor of the expandable noise attenuating hole in the functional rectifier according to the present invention. Fig.

도시된 바와 같이, 돌출 가이드관을 갖는 확장형 소음 감쇠홀은 LS1=30mm, LS2=60mm, Le=0.9mm를 가지면 도7에 도시된 바와 같은 100kHz에서 전달 손실이 최대가 됨을 알 수 있다. 즉, 100 kHz에서의 소음이 효과적으로 감소될 수 있다.As shown in the figure, it can be seen that the propagation loss becomes maximum at 100 kHz as shown in FIG. 7 when LS1 = 30 mm, LS2 = 60 mm, and Le = 0.9 mm. That is, the noise at 100 kHz can be effectively reduced.

이때, 돌출 가이드관의 길이(Le)에 의해 결정되는 목표 주파수는 수학식 9와 같이 표시할 수 있다.At this time, the target frequency determined by the length Le of the protrusion guide tube can be expressed as shown in Equation (9).

Figure 112013119374205-pat00010
Figure 112013119374205-pat00010

즉, 감소시키고자 하는 목표 주파수는 초음파 유량계의 작동 주파수에 따라 달라 질수 있다.That is, the target frequency to be reduced may vary depending on the operating frequency of the ultrasonic flowmeter.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해 해야만 한다.It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the following claims . It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative and non-restrictive in every respect.

10:정류 몸체
20:정류 유도홀
30:소음 감쇠홀
31:돌출가이드관10: rectifying body
20: rectification induction hole
30: Noise attenuation hole
31: projecting guide tube

Claims (5)

정류 몸체(10)와;
상기 정류 몸체(10)에 형성된 정류 유도홀(20); 및
상기 정류 유도홀(20)의 내부에 소음 감쇠홀(30)이 일체로 형성됨을 특징으로 하는 초음파 유량계 사용을 위한 기능성 정류기.A rectifying body (10);
A rectifying guide hole (20) formed in the rectifying body (10); And
And a sound attenuation hole (30) is integrally formed in the rectification induction hole (20). 제1항에 있어서,
상기 정류 유도홀(20)은 정류 몸체(10)의 전면에서 후면을 향하여 관통된 형태를 가지며 다수개로 형성됨을 특징으로 하는 초음파 유량계 사용을 위한 기능성 정류기.The method according to claim 1,
Wherein the rectifying guide hole (20) has a shape penetrating from the front surface to the rear surface of the rectifying body (10), and is formed with a plurality of rectifying guide holes (20). 제1항에 있어서,
상기 소음 감쇠홀(30)은 정류 유도홀(20)의 입구측과 출구측 사이에 단면적이 확장되게 형성됨을 특징으로 하는 초음파 유량계 사용을 위한 기능성 정류기. The method according to claim 1,
Wherein the noise attenuation hole (30) is formed so as to have a cross sectional area expanded between an inlet side and an outlet side of the rectifying guide hole (20). 제1항에 있어서,
상기 소음 감쇠홀(30)은 정류 유도홀(20)의 입구측과 출구측 사이에 단면적이 확장되게 형성되되, 단면적이 확장되는 부분에 상기 정류 유도홀(20)의 일부가 돌출된 돌출가이드관(31)이 형성됨을 특징으로 하는 초음파 유량계 사용을 위한 기능성 정류기.The method according to claim 1,
The sound attenuation hole 30 is formed between the inlet side and the outlet side of the rectifying guide hole 20 so as to have a larger cross-sectional area. A portion of the rectifying guide hole 20, (31) is formed on the upper surface of the first chamber (30). 제4항에 있어서,
상기 돌출가이드관(31)의 돌출길이(Le)에 따라 초음파 유량계의 작동주파수가 달라지되, 상기 작동주파수는 "
Figure 112013119374205-pat00011
여기서, C는 음속, le는 돌출길이" 에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 초음파 유량계 사용을 위한 기능성 정류기.5. The method of claim 4,
The operating frequency of the ultrasonic flowmeter is changed according to the protruding length Le of the protruding guide pipe 31,
Figure 112013119374205-pat00011
Wherein C is determined by the sonic velocity, and le is the projection length. ≪ Desc / Clms Page number 17 >
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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