KR20020000786A - 축소된 치수를 가지는 코리올리 유량계 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축소된 플래그 디멘션을 갖춘 코리올리 유량계를 개시한다. 플래그 디멘션은 흐름관 루프가 파이프라인으로부터 외측으로 연장되는 길이이다. 축소된 디멘션을 가지기 위해, 흐름관(103A-103B)의 전체 길이는 유량계 센서(10)가 코리올리 효과에 보다 민감하게 하도록 진동해야 한다. 흐름관의 전체 길이가 진동할 때, 흐름관에 연결된 제 1 세트의 브레이스 바(122-123)는 흐름관(103A-103B) 내의 진동의 주파수를 분리시킨다. 흐름관에 연결된 제 2 세트의 브레이스 바(120-121)는 유량계의 제로 안정성을 향상시킨다.

Description

축소된 디멘션을 갖춘 코리올리 유량계{CORIOLIS FLOWMETER WITH REDUCED DIMENSIONS}
1985년 1월 1일자로 제이.이.스미스(J.E.Smith) 등에게 허여된 미국특허 제4,491,025호 및 1982년 2월 11일자로 제이.이.스미스(J.E.Smith)에게 허여된 재발행 미국특허 제31,450호에는 파이프라인을 통하여 흐르는 물질의 질량 유량(mass flow)과 이 외의 정보를 측정하기 위하여 코리올리 효과 질량 유량계를 이용하는 기술이 개시되어 있다. 이들 유량계는 만곡 구성의 하나 이상의 흐름관을 가진다. 코리올리 질량 유량계 각각의 흐름관 구성은 일련의 고유 진동모드를 가지는데, 이러한 진동 모드는 단순 휨, 비틀림, 또는 커플형일 수도 있다. 각각의 흐름관은 이들 고유 진동모드 중 하나에서 공진으로 진동하도록 구동된다. 물질이 충진된진동하는 시스템의 고유 진공모드는 부분적으로는 흐름관과 흐름관 내에 있는 물질의 결합 질량에 의해 정의된다. 물질은 유량계의 입구측 상에 연결된 파이프라인으로부터 유량계 내측으로 흐른다. 이 후, 이 물질은 흐름관 또는 흐름관들을 통하여 인도되고, 출구측 상에 연결된 파이프라인으로 유량계를 빠져 나간다.
원하는 진동 모드에서 흐름관을 진동시키기 위해 구동기(driver)가 흐름관에 힘을 인가한다. 전형적으로, 이러한 원하는 진동 모드는 제 1 이상(異相) 굽힘 모드(first out of phase bending mode)이다. 유량계를 통하여 흐르는 물질이 없는 경우, 흐름관을 따라 위치한 모든 점(point)은 동일한 위상으로 진동한다. 물질이 흐름관을 통하여 유동을 시작하면서, 코리올리 가속도에 의해 흐름관을 따라 위치한 각각의 점은 흐름관을 따라 위치한 다른 점에 대해 상이한 위상을 가지게 된다. 흐름관의 입구측상의 위상은 구동기에 지연(lag)되는 반면, 출구측상의 위상은 구동기를 앞서간다. 센서는 흐름관 상에 위치하여 두 지점에서의 흐름관의 운동을 나타내는 사인곡선 신호를 출력한다. 두 센서 신호 사이의 위상차는 흐름관 또는 흐름관들을 통하여 흐르는 물질의 질량 유량에 비례한다. 이후, 센서에 연결된 전자 부품은 이러한 신호의 위상차 및 주파수를 이용하여 물질의 질량 유량 및 다른 특성을 결정한다.
코리올리 유량계의 장점은 다른 질량 유량 측정 장치에 비해, 유량계에 의해 측정된 물질의 질량 유량의 오차가 0.1% 미만이라는 점이다. 오리피스(orifice), 터빈(turbine) 및 와류 유량계(vortex flowmeters)와 같은 종래의 다른 유형의 질량 유량 측정 장치는 전형적으로 0.5% 이상의 질량 유량 측정 오차를 가진다. 코리올리 질량 유량계는 다른 유형의 질량 유량 장치에 비해 보다 큰 정확성을 가지지만, 제조 비용이 보다 고가이다. 유량계 이용자는 종종 정확성보다는 가격 절감을 선택하여 저가의 유량계를 선택한다. 따라서, 코리올리 제조사는 다른 질량 유량 측정 장치와 경쟁할 수 있는 제품을 제조하기 위해 제조가격이 저렴하며 실제 질량 유량과의 오차가 0.5% 이내인 정확성을 갖춘 질량 유량을 산정하는 코리올리 유량계를 추구한다.
코리올리 유량계가 다른 장치 보다 고가인 한 가지 이유는 흐름관에 인가되는 불필요한 진동의 수를 감소시키기 위한 부품이 필요하기 때문이다. 이러한 부품의 한 가지는 흐름관을 파이프라인에 부착시키는 매니폴드(manifold)이다. 이중관 코리올리 유량계에서, 매니폴드는 파이프라인으로부터 수용된 물질의 유동을 두개의 분리된 유동으로 분할하여 분리된 흐름관으로 유동을 인도한다. 펌프와 같이, 파이프 라인에 연결된 외부 공급원(outside source)에 의해 발생되는 진동을 감소시키기 위해, 매니폴드는 진동을 흡수하기에 충분한 강성도(stiffness)를 가져야 한다. 종래의 대부분의 매니폴드는 충분한 질량을 가지기 위해 주조 금속(cast metal)으로 이루어진다. 또한, 입구와 출구 매니폴드 사이의 간격을 유지하기 위해 매니폴드 사이에 스페이서(spacer)가 위치한다. 이러한 스페이서는 또한 외부력이 흐름관을 진동시키는 것을 방지하기 위해 금속 또는 다른 강성 물질로 이루어진다. 이들 주물(casting)을 생성하기 위해 이용된 대량의 금속이 유량계의 비용을 증가시킨다. 그러나, 불필요한 진동을 제거함으로써 유량계의 정확성을 상당히 증가시킨다.
코리올리 유량계 분야의 당업자에게 있어서 두 번째 문제는 어떤 응용 분야에는 이용하기에 너무 큰 플래그 디멘션(flag dimension)을 유량계가 가질 수도 있다는 점이다. 이러한 논의에 있어서, 플래그 디멘션은 흐름관 루프(loop)가 파이프라인으로부터 외부로 연장하는 길이이다. 주변은 공간이 제한되거나 협소하므로, 전형적인 플래그 디멘션을 가지는 유량계는 이들 한정된 영역에 적합하지 않다. 한정된 영역에서 파이프라인 안으로 삽입될 수 있거나, 또는, 공간이 협소하고 또한 실제 물질 유량의 0.5% 범위 이내에 있는 판독을 제공하는 축소된 플래그 디멘션을 가지는 코리올리 유량계의 필요성이 요구되고 있다.
본 발명은 코리올리 유량계에 관한 것이며, 보다 상세하게는 흐름관의 전체 길이를 진동시킴으로써 코리올리 유량계의 플래그 디멘션(flag dimension)을 축소시키는 것에 관한 것이다. 보다 더 구체적으로는, 한 쌍의 제 1 브레이스 바가 진동의 주파수를 분리시키고 한 쌍의 제 2 브레이스 바가 시스템에서 제로 안정성(zero stability)을 향상시키는 2 쌍의 브레이스 바를 이용하는 것에 관한 것이다.
도 1은 축소된 플래그 디멘션을 가지는 코리올리 유량계를 도시한다.
도 2는 스페이서에 부착된 본 발명의 코리올리 유량계를 도시한다.
도 3은 스페이서에 부착되며 하우징에 둘러싸인 코리올리 유량계를 도시한다.
본 발명의 축소된 플래그 디멘션을 구비하는 코리올리 유량계의 제공에 의해 상술한 바와 같은 문제점과 다른 문제점들이 해결되며 이 기술분야의 진보가 이루어진다. 본 발명의 코리올리 유량계는 대량 질량 유량을 처리할 수 있는 흐름관을 포함한다. 본 발명의 코리올리 유량계는 종래의 매니폴드 및 스페이서를 구비하지 않는다. 대안으로서, 스페이서가 매니폴드를 거의 둘러싸고 있다. 이러한 구성은 유량계의 가격을 하락시킨다. 본 발명의 코리올리 유량계는 또한 축소된 플래그 디멘션을 가지며, 이러한 플래그 디멘션은 공간이 협소하여 종래의 플래그 디멘션을 가지는 종래의 코리올리 유량계를 이용할 수 없는 영역에 본 발명의 코리올리 유량계가 이용될 수 있도록 한다.
종래의 매니폴드를 제거하고 코리올리 유량계의 플래그 디멘션을 축소시키기 위해, 흐름관 각각의 전체 길이가 진동해야 한다. 따라서, 유량계는 다음 방법으로 구성되어야 한다. 유량계는 서로에 대해 평행하게 정렬되는 한 쌍의 흐름관을 구비한다.
흐름관 각각은 몇 개의 세그먼트로 분리된 흐름관의 연속적인 길이이다. 흐름관 각각은 입구단 및 출구단에 인-라인 세그먼트를 구비하는데, 이러한 인-라인 세그먼트는 연결된 파이프라인을 포함하는 제 1 평면으로 배향되는 종축선을 가진다. 인라인 세그먼트의 제 1 단부는 흐름관을 입구 및 출구 매니폴드에 연결시킨다. 흐름관 각각의 굴곡 세그먼트(bending segment)는 흐름관의 인라인 세그먼트의 제 2 단부로부터 외측으로 연장된다. 각각의 굴곡 세그먼트는, 제 1 평면으로부터 파이프라인을 포함하는 제 1 평면과 실질적으로 수직하는 방향으로 흐름관의 종축선의 배향을 변경시키는 흐름관의 만곡부(curved section)이다.
흐름관 각각의 2개의 굴곡 세그먼트 사이에 U자형 세그먼트가 연장된다. 이러한 U자형 세그먼트는, 제 1 굴곡 세그먼트로부터 외측으로 연장되는 제 1 섹션을 가지며, 종축선은 파이프 라인을 포함하는 제 1 평면과 실질적으로 수직하는 방향으로 배향된다. U자형 세그먼트의 제 2 만곡부는 U자형 세그먼트의 제 1 섹션 및 제 2 섹션에 연결되도록 구부러져 있다. U자형 세그먼트의 제 3 섹션은 제 1 평면과 실질적으로 수직한 종축선을 가지며, 제 2 굴곡 세그먼트에 U자형 세그먼트의 만곡부를 연결시켜서 흐름관을 완성시킨다. 바람직한 실시예에서, U자형 세그먼트의 제 1 섹션 및 제 2 섹션은 굴곡 세그먼트로부터 외측으로 연장되며, 종축선은 파이프라인 및 제 1 평면이 지면과 실질적으로 수직하게 배향될 때 유량계가 자가 배출(self draining)되게 하는 제 1 평면과의 수직한 것으로부터 거의 3°이다.
유량계 각각의 전체 길이가 유량계의 플래그 디멘션을 축소시키도록 진동해야 하기 때문에, 코리올리 효과가 측정되게 함으로써 야기된 위상차가 측정된 위상으로부터 계산된 유량의 정확한 값의 0.5% 이내에서 충분한 정확성을 가질 수 있게 하는 흐름관의 진동을 위하여 제 1 세트 및 제 2 세트의 브레이스 바가 필요로 한다. 제 1 세트의 브레이스 바는 진동이 흐름관 내의 진동 모드를 보다 양호하게 분리되게 한다. 제 2 세트의 브레이스 바는 흐름관의 제로 안정성을 향상시켜서 측정을 보다 정확하게 한다.
흐름관이 진동하는 동안 흐름관 내의 진동 모드를 분리하기 위해, 제 1 세트의 브레이스 바는 흐름관의 종축선이 제 1 평면에 대해 실질적으로 45°방향으로 배향되는 흐름관의 굴곡부 각각의 위치에서 양 흐름관에 부착되어 있다. 브레이스 바는 흐름관을 따라 실질적으로 동일 위치에서 흐름관 각각에 부착되는 금속 부품이다.
제 2 세트의 브레이스 바는 흐름관의 굴곡 세그먼트를 따라 위치하는 지점, 즉 제 1 세트의 브레이스 바와 흐름관의 인라인 세그먼트 사이에서 흐름관에 부착되어 있다. 제 2 세트의 브레이스 바는 흐름관에 대한 제로 안정성을 향상시킨다. 제로 안정성은 흐름관을 통하여 유동이 없는 경우 나타나는 유동의 양이다. 이상적으로, 유동이 없는 경우 나타나는 제로 유동이다. 바람직한 예시적인 실시예에서, 제 2 세트의 브레이스 바는 제 1 평면에 대해 종축선이 7.5°이상 22.5°이하인 방향으로 배향되는 지점에서 흐름관의 굴곡 세그먼트에 부착되어 있다.
흐름관의 입구단에는 제 1 매니폴드가 연결되어 있다. 이러한 제 1 매니폴드는 파이프라인에 연결되도록 구성되며 파이프라인으로부터 물질의 유동을 수용한다. 이후, 유동은 흐름관 중 하나에 각각 인도되는 두개의 별개의 유동으로 분리된다. 그리고, 각각의 흐름관을 통하여 물질이 유동한 후 제 2 플랜지에 의해 수용된다. 제 2 매니폴드가 2개의 개별 유동을 출구 유동으로 결합시켜서 파이프라인 안으로 유동을 인도한다.
제 1 및 제 2 매니폴드에는 스페이서가 부착될 수 있다. 이러한 스페이서는 흐름관의 인라인 및 굴곡 세그먼트를 둘러싸며, 흐름관의 U자형 세그먼트가 통과하여 돌출하는 개구부를 구비한다. 이후, 흐름관의 U자형 세그먼트를 둘러싸는 하우징은 스페이서에 부착될 수 있다.
상술한 설명으로부터, 본 발명에 따른 코리올리 유량계의 하나의 양상에서, 코리올리 유량계는,
복수의 세그먼트로 각각 분리되는 평행하게 배향된 한 쌍의 흐름관으로서,
흐름관 각각의 양 단부를 형성하며, 파이프라인의 종축선과 실질적으로 평행하고 파이프라인을 포함하는 제 1 평면에 포함되는 종축선을 가지는 인라인 세그먼트,
인라인 세그먼트의 단부로부터 연장되며, 제 1 평면에 배향되는 것으로부터 제 1 평면과 실질적으로 수직하게 배향되기 까지 흐름관 각각의 종축선을 변화시키는 굴곡부를 형성하는, 흐름관 각각의 굴곡 세그먼트, 및
흐름관의 양 단부 상의 굴곡 세그먼트 사이에서 연장되며, 제 1 평면과 실질적으로 평행한 방향으로 배향되도록 변경시키서 흐름관의 종축선이 굴곡 세그먼트사이를 횡단하게 하는 흐름관 각각의 만곡부를 형성하는 흐름관 각각의 실질적으로 U자형 세그먼트를 포함하는 흐름관과,
흐름관의 종축선이 제 1 평면과 평행하게 되는 것으로부터 실질적으로 45°인 굴곡 세그먼트 내의 지점에서 흐름관 각각에 부착되며, 흐름관 내의 진동 모드 사이에 주파수 분리를 제공하는 제 1 세트의 브레이스 바와, 그리고
인라인 세그먼트와 제 1 세트의 브레이스 바 사이에, 흐름관의 양 단부 상의 굴곡 세그먼트 내의 위치에서 흐름관 각각에 부착되며, 흐름관 각각의 제로 안정성을 향상시키는 제 2 세트의 브레이스 바를 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 다른 양상에서, 코리올리 유량계는, 흐름관 각각의 인라인 세그먼트의 제 1 부분에 연결되어 파이프라인으로부터 유동을 수용하며, 유동을 2개의 유동으로 분리시키고, 흐름관의 다른 부분 안으로 2개의 유동을 각각 인도하는 입구 매니폴드를 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는, 파이프라인에 입구 매니폴드를 연결시키기 위해, 입구 매니폴드에 부착된 입구 플랜지를 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는 흐름관 각각의 인라인 세그먼트의 제 2 부분에 연결되며, 흐름관으로부터 유동을 수용하여 출구 유동으로 결합한 후, 출구 유동을 파이프라인으로 인도하는 출구 매니폴드를 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는,파이프라인에 출구 매니폴드를 연결시키기 위해, 출구 매니폴드에 부착된 출구 플랜지를 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는, 흐름관의 양 단부에 부착된 매니폴드와,
매니폴드에 부착되며, 흐름관의 인라인 세그먼트 및 굴곡 세그먼트를 둘러싸는 스페이서와, 그리고
흐름관 각각의 U자형 세그먼트가 스페이서를 통과하게 하는 스페이서 내의 개구부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, U자형 세그먼트가 축소된 플래그 디멘션을 가진다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는, 굴곡 세그먼트로부터 외측으로 연장되며, 제 1 평면과 수직한 것으로부터 실질적으로 3° 경사지도록 종축선이 배향되는 U자형 세그먼트의 제 1 레그 및 제 2 레그를 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 제 1 평면이 지면에 대해 수직하며 코리올리 유량계가 자가 배출되는 코리올리 유량계.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는 흐름관을 둘러싸는 하우징을 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 흐름관 각각의 전체 길이가 진동한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 흐름관에 대한 제 2 세트의 브레이스 바의 지점은, 흐름관의 종축선이 제 1 평면에 대해 7.5° 내지 22.5°범위의 각도로 배향되는 지점이다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는 한 쌍의 흐름관을 진동시키는 구동 시스템을 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는, 구동 시스템의 입구측 상에서 한 쌍의 흐름관에 부착된 제 1 픽 오프 센서와, 그리고
구동 시스템의 출구측 상에서 한 쌍의 흐름관에 부착된 제 2 픽 오프 센서를 더 포함한다.
본 발명에 따른 코리올리 유량계의 또 다른 양상에서, 코리올리 유량계는, 제 1 픽 오프 센서 및 제 2 픽 오프 센서로부터 흐름관의 진동을 나타내는 신호를 수신하며, 유량계를 통하여 유동하는 물질의 질량 유량을 측정하는 유량계 전자 장치를 더 포함한다.
아래의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 본 발명의 상술한 특징 및 다른 특징을 이해할 수 있다.
코리올리 유량계 개관 - 도 1
도 1은 유량계 센서(10) 및 유량계 전자 장치(meter electronics)(20)를 포함하는 코리올리 유량계를 도시한다. 유량계 전자 장치(20)는 도선(lead)(100)을 통하여 유량계 센서(10)에 연결되어, 밀도, 질량 유량, 체적 유량, 총질량 유량, 온도 및 다른 정보를 경로(26)상으로 제공한다. 구동기의 수, 픽오프 센서의 수, 작동 진동 모드에 관계없이 임의의 유형의 코리올리 유량계(5)에 본 발명이 이용될 수 있음을 당업자는 이해해야 한다. 또한, 물질이 흐름관을 통하여 유동하는 동안 코리올리 효과를 측정한 후, 물질의 특성을 측정하도록 코리올리 효과를 이용하기 위해 2개의 흐름관(103A,103B)을 진동시키는 임의의 시스템에 본 발명이 이용될 수도 있다.
유량계 센서(10)는 한 쌍의 플랜지(101,101'), 한 쌍의 매니폴드(102,102'), 한 쌍의 흐름관(flow tube)(103A,103B), 한 쌍의 브레이스 바(120,121) 및 한 쌍의 픽 오프 센서(pick-off sensors)(105,105')를 포함한다. 이들 플랜지(101,101')는 매니폴드(102,102')에 부착되며, 매니폴드(102,102')는 흐름관(103A,103B)의 양 단부에 부착된다. 아래에 설명하는 바와 같이, 브레이스 바(120,121)가 흐름관(103A,103B)에 부착된다. 구동기(104)는 대향하는 흐름관(103A,103B)을 진동시킬 수 있는 위치에서 흐름관(103A,103B)에 부착된다. 픽 오프 센서(105,105')는 흐름관(103A,103B)의 대향 단부에서 발생하는 진동의 위상차를 검출하도록 흐름관(103A,103B)의 대향 단부에 부착된다.
플랜지(101,101')는 매니폴드(102,102')에 부착되며 파이프라인(도시 안함)에 흐름관(103A,103B)을 연결시킨다. 측정되는 물질을 이송하는 파이프라인 시스템(도시 안함) 안으로 유량계 센서(10)가 삽입되는 경우, 입구 플랜지(101)를 통하여 유량계 센서(10)에 물질이 유입되며 물질의 총량은 입구 매니폴드(102)에 의해 2개의 유동으로 분리되어 흐름관(103A,103B)으로 균일하게 유입되도록 인도된다. 이후, 물질은 흐름관(103A,103B)을 통과하여, 분리된 유동을 결합시키는 출구 매니폴드(102')로 되돌아 간다. 그리고, 출구 플랜지(101')를 통하여 유동하여 유량계 센서(10) 밖으로 물질이 유출된다. 매니폴드(102,102')는 최소량의 재료로 이루어진다.
굴곡 축선(W-W,W'-W')을 중심으로 질량 분포, 관성 모멘트, 및 탄성율이 대체로 각각 동일하도록 흐름관(103A,103B)을 선택하여 입구 매니폴드(102)와 출구 매니폴드(102')에 적절하게 장착시킨다. 흐름관은 필수적으로 평행한 방식으로 매니폴드에서 외부로 연장한다.
흐름관(103A,103B)은 이들 각각의 굴곡 축선(W,W')을 중심으로 반대 위상으로 구동기(104)에 의해 구동되며, 이를 유량계의 제 1 이상(異相) 굽힘 모드라고 한다. 구동기(104)는 흐름관(103A)에 장착된 자석과 흐름관(103B)에 장착된 대향 코일과 같은 다수의 공지의 배열 중 하나를 포함한다. 두 개의 흐름관(103A,103B)을 진동시키도록 대향 코일을 통하여 전류가 통과한다. 유량계 전자 장치(20)에 의해 적합한 구동 신호가 도선(110)을 통해 구동기(104)에 적용된다. 도 1은 코리올리 유량계의 작동을 단지 일례로서 제공한 것이며 본 발명의 교시(teaching)를 한정하지 않는다.
유량계 전자 장치(20)는 도선(111,111') 상에 나타나는 좌우측 속도 신호를 각각 수신한다. 유량계 전자 장치(20)는 또한 도선(110)상에 구동 신호를 발생시켜 구동기(104)가 흐름관(103A,103B)을 진동시키게 한다. 여기에 설명하는 바와 같이 본 발명은 복수의 구동기에 대해 복수의 구동 신호를 발생시킬 수 있다. 유량계 전자 장치(20)는 질량 유량을 계산하기 위해 좌우측 속도 신호를 처리한다. 경로(26)는 입력 및 출력 수단을 제공하는데, 이러한 입력 및 출력 수단은 유량계 전자 장치(20)가 작동자와 상호 작용하게 한다. 유량계 전자 장치(20)의 내부 부품은 종래의 부품이다. 따라서, 유량계 전자 장치(20)에 대한 완전한 설명은 간략화를 위해 생략한다.
이와 같은 코리올리 유량계 센서(10)의 구성은 흐름관(103A,103B)이 보다 작은 플래그 디멘션을 가지게 하는 한편, 실제 질량 유량에 대해 0.5% 오차 내의 판독 정확성을 유지한다. 플래그 디멘션은 흐름관의 루프와 직교하여 연결된 파이프라인을 포함하는 평면으로부터 흐름관의 루프가 돌출하는 길이이다. 코리올리 유량계 센서(10)의 두번째 장점은 가격이 저렴한 매니폴드 및 스페이서를 이용할 수 있다는 점이다. 코리올리 유량계 센서(10)의 세번째 장점은 흐름관의 U자형 세그먼트의 레그(legs)를 각을 이루게 함으로써 흐름관이 적당하게 배향될 때 자가 배출된다는 점이다.
축소된 플래그 디멘션을 구비하기 위해, 흐름관(103A-103B)의 전체 길이가진동되어야 한다. 따라서, 흐름관(103A-103B)은 서로 실질적으로 평행하게 정렬되어 있다. 두 흐름관(103A-103B)은 다음의 세그먼트를 동일하게 각각 구비한다. 즉, 흐름관(103A-103B)은 흐름관(103A-103B)의 입구 및 출구에 위치하는 2개의 인라인 세그먼트(150-150'), 인라인 세그먼트(150-150')로부터 연장되는 2개의 굴곡 세그먼트(151-151'), 및 굴곡 세그먼트(151-151')에 연결되는 U자형 세그먼트(152)를 구비한다.
인라인 세그먼트(150-150')는 매니폴드(102-102')에 연결된 제 1 단부(160-160')를 갖는다. 각각의 인라인 세그먼트(150-150')는 파이프라인과 흐름관(103A-103B) 각각의 인라인 세그먼트(150-150')를 포함하는 제 1 평면에서 파이프라인과 실질적으로 평행하게 정렬되는 종축선을 구비하는 흐름관의 일부분이다. 인라인 세그먼트(150)가 입구 매니폴드(102)로부터 물질을 수용하고, 인라인 세그먼트(150')가 출구 매니폴드(102)로 물질을 되돌려 보낸다.
굴곡 세그먼트(151-151')의 제 1 단부(170-170')는 인라인 세그먼트(150-150')의 제 2 단부(161-161')로부터 외측으로 연장된다. 흐름관(103A-103B)의 굴곡 세그먼트(151-151')는 제 1 평면과 실질적으로 수직한 종축선을 구비하는 제 2 단부(171-171')를 포함한다. 굴곡 세그먼트(151-151')는 제 1 단부(170-170')와 제 2 단부(171-171') 사이에서 곡선을 그린다.
U자형 세그먼트(152)는 굴곡 세그먼트(151-151')의 제 2 단부(171-171')에 연결되는 흐름관(103A-103B)의 만곡된 세그먼트이다. U자형 세그먼트(152)의 제 1 레그부(leg section)의 제 1 단부(180)는 굴곡 세그먼트(150) 각각의 제 2단부(171)로부터 연장된다. 제 1 레그부(153)은 굴곡 세그먼트(150)로부터 외측으로 연장되며 파이프 라인 및 인라인 세그먼트(150-150')를 포함하는 제 1 평면에 실질적으로 수직하는 종축선을 가진다. 예시적인 실시예에서, 제 1 레그부(153)이 제 1 굴곡 세그먼트(150)로부터 외측으로 연장되어 있으며, 흐름관(103A-103B)이 지면과 수직하게 배향될 때 흐름관(103A-103B)이 자가 배출되도록 종축선이 제 1 평면과 3° 뒤로 수직하다. U자형 세그먼트(152)의 제 2 레그부(154)의 제 1 단부(181)는 굴곡 세그먼트(150') 각각의 제 2 단부(171')로부터 외측으로 연장되어 있으며, 종축선은 제 1 평면과 실질적으로 수직하다. 바람직한 예시적인 실시예에서, 제 2 레그부(154)은 흐름관(103A-103B)이 지면과 실질적으로 수직한 방향으로 배향될 때 흐름관(103A-103B)이 자가 배출되도록 제 1 굴곡 세그먼트(151)를 향하여 제 1 평면과 3°뒤로 수직한 방향으로 외측으로 연장된다.
만곡부(155)는 흐름관(103A-103B)에서 제 1 레그(153)의 제 2 단부(182)와 제 2 레그(154)의 제 2 단부(183)에 연결되어 있다. 만곡부(155)는 제 1 레그(153)의 제 2 단부(182)로부터 외측으로 연장되며, 종축선은 파이프라인을 포함하는 제 1 평면과 실질적으로 평행하며 제 2 레그(154)의 제 2 단부에 연결되도록 제 1 레그(153) 및 제 2 레그(154)의 종축선과 실질적으로 평행하다.
축소된 플래그 디멘션을 가지기 위해, 흐름관(103A-103B)의 전체 길이는 구동기(104)에 의해 인가된 힘에 응답하여 진동해야 한다. 진동과 물질의 유동에 의해 야기된 코리올리 효과의 측정의 정확성을 향상시키기 위해, 흐름관(103A-103B)에 2 세트의 브레이스 바가 부착되어야 한다. 제 1 세트의 브레이스 바(122-123)는 흐름관(103A-103B)에서의 진동이 복수의 진동 모드를 분리하게 한다. 제 2 세트의 브레이스 바(120-121)는 유량계 센서(10)의 제로 안정성을 향상시키는데 필요하다. 이것은 코리올리 효과에 의해 야기된 위상차(phase difference)의 측정이 유량계 전자 장치(20)에 대해 보다 용이하게 측정하게 한다.
제 1 세트의 브레이스 바(122,123)는 흐름관의 각도가 파이프라인을 포함하는 제 1 평면에 대해 실질적으로 45도인 지점에서 굴곡 세그먼트(151)의 흐름관(103A-103B)에 부착되어 있다. 이러한 제 1 세트의 브레이스 바(122-123)는 진동의 여러 모드의 주파수를 분리한다.
제로 안정성 문제를 감소시키기 위해, 제 2 세트의 브레이스 바(120-121)가 흐름관(103A-103B)에 연결되어 있다. 이러한 제 2 세트의 브레이스 바는 제 1 세트의 브레이스 바(122-123)와 인라인 세그먼트(150-150') 사이의 굴곡 세그먼트(151-151') 지점에서 흐름관(103A-103B)에 부착되어 있다. 바람직한 예시적인 실시예에서, 제 2 세트의 브레이스 바는 굴곡 세그먼트(151-151')의 위치에서 흐름관(103A-103B)에 부착되어 있으며, 종축은 제 1 평면에 대해 7.5° 내지 22.5°의 범위 내의 각도로 배향된다.
매니폴드(102,102')에 부착된 스페이서 - 도 2
도 2는 유량계 센서(10)에 부착된 스페이서(200)를 도시한다. 스페이서(200)는 대향 단부 상에 정방형 단부(190-191)를 구비한다. 바람직한 예시적인 실시예에서, 정방형 단부(190-191)(도 1 참조)는 매니폴드(102-102')내에 정방형 판으로서 주조된다. 벽(201-202)으로 표시된 4개의 벽은 외장(enclosure)을 형성하도록 정방형 기부(190-191)의 엣지(edge) 각각에 연결되어 있다. 인라인 세그먼트(150-150')(도 1 참조) 및 굴곡 세그먼트(151-151')(도 1 참조)는 하우징(200)에 의해 둘러싸여 있다. U자형 세그먼트(152)는 하우징(200)의 정상부에서 개구부(210,211)로부터 돌출된다. 개구부(210,211)는 양 흐름관(103A-103B)이 통과할 수 있기에 충분한 크기를 가지고 있다. 양 흐름관(103A-103B)이 개구부(210-211)를 통해 적당하게 돌출하기 때문에, 흐름관(103A-103B)이 하우징(200)에 결코 부착되지 않으며 흐름관의 전체 길이는 구동기(104)(도 1)에 의해 인가된 힘에 응답하여 진동할 수 있다.
흐름관(103A-103B)용 하우징 - 도 3
도 3은 흐름관(103A-103B)(도 1에 도시)을 둘러싸는 하우징(300)을 도시한다. 하우징(300)은 흐름관(103A-103B) 위로 끼워맞춤되는 내부 공동을 가지는 구조물이며, 용접 또는 너트 및 볼트와 같은 여러 방법으로 하우징(200)에 부착된다. 하우징(300)은 하나 또는 두개의 흐름관(103A-103B)이 파열되는 경우 물질이 이탈되는 것을 방지한다.
지금까지 최소 플래그 디멘션을 구비하는 코리올리 유량계를 상세히 설명하였다. 문언적으로 또는 균등론 중 어느 한 가지 방식 하에 청구범위에 기재된 바와 같은 본 발명을 침해하는 다른 코리올리 유량계를 당업자가 구성할 수 있을 것으로 예상된다.

Claims (15)

  1. 코리올리 유량계(5)로서:
    (a) 복수의 세그먼트로 각각 분리되는 평행하게 배향된 한 쌍의 흐름관(103A-103B)으로서:
    상기 각각의 흐름관(103A-103B)의 양 단부를 형성하며, 파이프라인의 종축선과 실질적으로 평행하고 상기 파이프라인을 포함하는 제 1 평면에 포함되는 종축선을 가지는 인라인 세그먼트(150-150'),
    상기 인라인 세그먼트(150-150')의 단부(161-161')로부터 연장되며, 상기 제 1 평면 내에서 배향되는 것으로부터 상기 제 1 평면과 실질적으로 수직하게 배향되기 까지 상기 각각의 흐름관의 상기 종축선을 변화시키는 굴곡부를 형성하는, 상기 각각의 흐름관(103A-103B)의 굴곡 세그먼트(151-151'), 및
    상기 흐름관(103A-103B)의 양 단부 상의 상기 굴곡 세그먼트(151-151') 사이에서 연장되며, 상기 흐름관(103A-103B)의 종축선을 상기 제 1 평면과 실질적으로 평행한 방향으로 배향되도록 변경시켜서 상기 굴곡 세그먼트(151-151') 사이를 횡단하게 하는 상기 각각의 흐름관(103A-103B)의 만곡부를 형성하는, 상기 각각의 흐름관(103A-103B)의 실질적으로 U자형인 세그먼트(152)를 포함하는 흐름관(103A-103B)과;
    (b) 상기 흐름관(103A-103B)의 상기 종축선이 상기 제 1 평면과 평행하게 되는 것으로부터 실질적으로 45°를 이루는 상기 굴곡 세그먼트(151-151')내의 지점에서 상기 각각의 흐름관(103A-103B)에 부착되며, 상기 흐름관(103A-103B)내의 진동 모드 사이에 주파수 분리를 제공하는 제 1 세트의 브레이스 바(122-123)와; 그리고
    (c) 상기 인라인 세그먼트(150-150')와 상기 제 1 세트의 브레이스 바 사이에, 상기 흐름관(103A-103B)의 양 단부 상의 상기 굴곡 세그먼트(151-151')내의 위치에서 상기 각각의 흐름관(103A-103B)에 부착되며, 상기 각각의 흐름관의 제로 안정성을 향상시키는 제 2 세트의 브레이스 바(120-121)를 포함하는 코리올리 유량계.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 흐름관(103A-103B)의 상기 인라인 세그먼트(150)의 제 1 부분에 연결되어 상기 파이프라인으로부터 유동을 수용하며, 상기 유동을 2개의 유동으로 분리시키고, 상기 흐름관(103A-103B)의 다른 부분 안으로 상기 2개의 유동을 각각 인도하는 입구 매니폴드(102)를 더 포함하는 코리올리 유량계.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 파이프라인에 상기 입구 매니폴드(102)를 연결시키기 위해, 상기 입구 매니폴드(102)에 부착된 입구 플랜지(101)를 더 포함하는 코리올리 유량계.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 흐름관(103A-103B)의 상기 인라인세그먼트(150-150')의 제 2 부분에 연결되며, 상기 흐름관(103A-103B)으로부터 상기 유동을 수용하여 출구 유동으로 결합한 후, 상기 출구 유동을 상기 파이프라인으로 인도하는 출구 매니폴드(102')를 더 포함하는 코리올리 유량계.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 파이프라인에 상기 출구 매니폴드(102')를 연결시키기 위해, 상기 출구 매니폴드(102')에 부착된 출구 플랜지(101')를 더 포함하는 코리올리 유량계.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 흐름관(103A-103B)의 양 단부에 부착된 매니폴드(102-102')와,
    상기 매니폴드(102-102')에 부착되며, 상기 흐름관(103A-103B)의 상기 인라인 세그먼트(150-150') 및 상기 굴곡 세그먼트(151-151')를 둘러싸는 스페이서(200)와, 그리고
    상기 각각의 흐름관(103A-103B)의 상기 U자형 세그먼트(152)가 상기 스페이서(200)를 통과하게 하는 상기 스페이서(200) 내의 개구부(210-211)를 더 포함하는 코리올리 유량계.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 U자형 세그먼트(152)가 축소된 플래그 디멘션을 가지는 코리올리 유량계.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 굴곡 세그먼트(150)로부터 외측으로 연장되며, 상기 제 1 평면과 수직한 것으로부터 실질적으로 3° 경사지도록 종축선이 배향되는 상기 U자형 세그먼트(150)의 제 1 레그(153) 및 제 2 레그(154)를 더 포함하는 코리올리 유량계.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 제 1 평면이 지면에 대해 수직하며 상기 코리올리 유량계가 자가 배출되는 코리올리 유량계.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 흐름관(103A-103B)을 둘러싸는 하우징(300)을 더 포함하는 코리올리 유량계.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 각각의 흐름관의 전체 길이가 진동하는 코리올리 유량계.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 흐름관(103A-103B)에 대한 상기 제 2 세트의 브레이스 바(122-123)의 상기 지점은, 상기 흐름관의 종축선이 상기 제 1 평면에 대해 7.5° 내지 22.5°범위의 각도로 배향되는 지점인 코리올리 유량계.
  13. 제 1 항에 있어서, 한 쌍의 흐름관을 진동시키는 구동 시스템(104)을 더 포함하는 코리올리 유량계.
  14. 제 14 항에 있어서, 상기 구동 시스템(104)의 입구측 상에서 상기 한 쌍의 흐름관(103A-103B)에 부착된 제 1 픽 오프 센서(105)와, 그리고
    상기 구동 시스템(104)의 출구측 상에서 상기 한 쌍의 흐름관(103A-103B)에 부착된 제 2 픽 오프 센서(105')를 더 포함하는 코리올리 유량계.
  15. 제 15 항에 있어서, 상기 제 1 픽 오프 센서(105) 및 상기 제 2 픽 오프 센서(105')로부터 상기 흐름관의 진동을 나타내는 신호를 수신하며, 상기 유량계를 통하여 유동하는 물질의 질량 유량을 측정하는 유량계 전자 장치(20)를 더 포함하는 코리올리 유량계.
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