KR20160013517A - 유량정류장치 및 그의 설계 방법 - Google Patents

유량정류장치 및 그의 설계 방법 Download PDF

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다니엘 소척
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캐나다 파이프라인 액세서리스, 코. 엘티디.
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Abstract

본 발명에 따른 유량정류장치는 제 1면 및 제 2면을 갖는 단일 디스크; 다수의 홀들을 포함하는 외부 링(홀들은 외부 링으로부터 디스크의 제 1면까지 연장됨); 다수의 홀들을 포함하고 외부 링으로부터 리세스된 적어도 하나의 내부 링(홀들은 적어도 하나의 내부 링으로부터 디스크의 제 1면까지 연장됨); 및 적어도 하나의 내부 링으로부터 리세스된 중앙 홀;을 포함한다. 외부 링 및 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들에 의해 유량정류장치의 제 1면에서 제 2면까지 부동한 길이의 유체 통로가 형성된다.

Description

유량정류장치 및 그의 설계 방법{FLOW CONDITIONER AND METHOD OF DESIGNING SAME}
본 발명은 본원에 그 전체가 참조로 인용된 2013년 5월 21일자로 미국 특허청에 출원된 미국 출원 번호 61/825,559를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 오일 및 가스 파이프 라인에서 사용되는 유체의 유동 측정장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유량정류장치(flow conditioner) 및 유량정류장치를 설계하는 방법에 관한 것이다.
파이프 라인은 화학, 오일 및 가스, 제조업 등 다양한 산업에서 유체를 운반하는 데 사용된다. 이러한 산업에서는 유체의 유량(flow rate)이 정밀하게 측정될 것을 요구한다. 이러한 측정은 계량 스테이션(meter station)으로 부르는 위치에서 다양하고 상이한 종류의 계량기를 사용하여 수행된다. 이러한 계량기들은 상이한 방식으로 작동하는데, 장애물에 대한 유체의 압력차, 초음파 신호의 운행 시간, 터빈 블레이드의 회전 속도, 코리올리 힘, 또는 대량의 유체 운동으로 인해 생성되는 전자기장까지도 이러한 작동 방식에 사용 가능하다. 거의 모든 이러한 측정 방법은 유속 프로파일(velocity flow profile)로 부르는 유속 분포(fluid velocity distribution)의 사용을 필요로 한다.
가장 정확한 측정을 위해서는, 계량 장치로 유입되는 유체의 유동 프로파일이 안정적이고, 비회전 및 대칭 상태로 유지되어야 한다. 이러한 유형의 속도 분포를 완전히 발달된 유동 프로파일(fully developed flow profile)이라고 하는데, 이는 매우 긴 길이를 갖는 연속 직선 파이프에서 자연스럽게 형성된다. 그러나 긴 길이를 갖는 직선 파이프는 비실용적이고 비용이 매우 많이 든다. 따라서, 계량 스테이션의 배관은, 유동 프로파일을 비대칭, 불안정 및 왜곡 상태로 변경하기 위한 엘보(elbow), 티(tee), 밸브 및 다른 어셈블리를 종종 포함한다. 이렇게 될 경우, 유체의 유량을 일관적이고 반복적인 방식으로 정확히 측정하는 것이 매우 어려워질 수 있다. 이러한 조건하에서 유량정류장치를 사용하여 유체의 유동 프로파일을 보정하면, 정확하고 반복적인 측정이 가능한 완전히 발달된 유동 프로파일을 형성할 수 있다.
유량정류장치에는 교정 베인(straightening vane), 튜브 번들(tube bundle) 및 천공 플레이트(perforated plate)를 포함하여 여러 종류가 있다. 이러한 유량정류장치들은 파이프 내에서 유량계의 상류에 배치된다. 전형적인 천공 플레이트형 유량정류장치는 파이프 내에서 유체의 유동에 직교하게 배치되는, 즉 파이프의 전체 단면에 걸쳐 배치되는 천공된 금속 플레이트로 구성된다. 유량정류장치의 천공들 또는 구멍들에 의해 유체의 유동을 재분배시킴으로써, 완전히 발달된 유동 프로파일을 형성할 수 있도록 구성된다. 유량계의 상류에 유량정류장치를 배치함으로써, 유동이 계량기에 도달하기 전에 완전히 발달되도록 구성된다. 이에 의해 계량기로 하여금 유체 유동의 측정을 훨씬 더 정확하고 반복적으로 수행할 수 있다.
그러나 특수한 파이프가 설치된 경우에는 유체 역학에 기초하여 유량정류장치를 설계할 필요성이 있다.
본 발명의 목적은 상기 언급된 문제점의 해결이 가능한 유량정류장치 및 그의 설계 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 제 1실시예의 유량정류장치는, 제 1면 및 제 2면을 갖는 단일 디스크(single disk); 디스크의 제 1면에 개방되어 있는 중앙 홀; 다수의 홀들이 구비된 동심 링(concentric ring)을 포함하는 적어도 하나의 내부 링; 다수의 홀들이 구비된 동심 링을 포함하는 외부 링;을 포함하고, 이 때 내부 링의 홀들에 의해 적어도 하나의 내부 링에서 상기 디스크의 제 1면까지의 유체 통로가 형성되며, 외부 링의 홀들에 의해 외부 링에서 상기 디스크의 제 1면까지의 유체 통로가 형성되는 것을 특징으로 한다. 중앙 홀의 직경은 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 직경보다 크고, 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 직경은 외부 링에 있는 다수의 홀들의 직경보다 크도록 구성된다. 중앙 홀에 의해, 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 유체 통로의 길이보다 적은 길이를 갖는 유체 통로가 형성되며, 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 유체 통로의 길이는 외부 링의 유체 통로의 길이보다 작도록 구성된다.
본 발명에 따른 제 2실시예의 유량정류장치는, 이전의 실시예들 중 하나에서 중앙 홀이 상기 적어도 하나의 내부 링으로부터 리세스(recess)되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제 3실시예의 유량정류장치는, 이전의 실시예들 중 하나에서 적어도 하나의 내부 링이 두개 이상의 단차를 가진, 리세스된 동심 링을 더 포함하고, 각 동심 링에는 다수의 홀들이 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제 4실시예의 유량정류장치는, 이전의 실시예들 중 하나에서 상기 디스크의 제 1면에 플랜지 연결부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제 5실시예의 유량정류장치는, 이전의 실시예들 중 하나에서 상기 디스크의 제 2면에 플랜지 연결부를 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제 1방법 실시예의 유량정류장치의 설계 방법은, 이전의 실시예들 중 하나에 따른 유량정류장치가 장착되는 파이프의 유체 역학을 결정하는 단계; 및 이전의 실시예들 중 하나에 따른 유량정류장치의 다수의 홀들에 대한 구성을 산출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제 2방법 실시예의 유량정류장치의 설계 방법은, 이전의 방법 실시예들 중 하나에서 각 홀(x)에 의해 형성된 유체 통로의 길이가 파이프의 중앙으로부터 반경(r)의 함수로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 제 3방법 실시예의 유량정류장치의 설계 방법은, 이전의 방법 실시예들 중 하나에서 유체 통로의 길이가 다음의 식: D=C*Tan-1(VT/Vx)에 의해 산출되는 것을 특징으로 하며, 여기서 D는 유량정류장치의 홀들의 깊이, VT는 파이프 내의 유체의 접선 속도, Vx는 파이프 내의 유체의 축선 방향 속도, 및 C는 유체의 점성(viscosity), 밀도(density), 벽 조도(wall roughness), 스월 감소 계수(swirl reduction factor)에 대한 보정 계수이다.
본 발명은 유체 유동 파이프; 유체 유동 파이프 내에 유체 유동 파이프의 축선에 실질적으로 수직인 방향으로 배치된 이전의 실시예들 중 하나에 따른 유량정류장치;를 포함하는 유동 측정용 파이프 어셈블리를 제공한다.
본 발명은 유체 유동 파이프; 유체 유동 파이프 내에 유체 유동 파이프의 축선에 실질적으로 수직인 방향으로 배치된 이전의 실시예들 중 하나에 따른 유량정류장치; 및 유량계;를 포함하는 유체 유동 측정 시스템을 더 제공한다.
여기서 사용된 용어들 중 "실질적으로", "상대적으로", "일반적으로", "약" 및 "대략적으로"는 상대적인 한정어로서, 특성이 한정되는 것에 대한 허용 편차를 표시하기 위한 것이다. 이들은 절대값으로만 한정되지 않으며, 그러한 물리적 또는 기능적 특성에 접근하도록 부연 설명하는 것으로 의도된다.
상세한 설명에서, "일 실시예", "한 실시예" 또는 "실시예들에서"에 대한 참조는 언급되는 기능/형상이 본 발명의 적어도 하나의 실시예 내에 포함되는 것을 의미한다. 또한 "일 실시예", "한 실시예"또는 "실시예들에서"에 대한 별도의 참조가 동일한 실시예 내에 반드시 언급되는 것은 아니나, 이러한 실시예들은 그렇게 언급되지 않고 당업자에 명백한 것을 제외하면 상호 배타적이지 않다. 따라서 본 발명은 본원에 기술된 실시예들에 대한 임의의 다양한 조합 및/또는 통합을 포함할 수 있다.
본 발명에 따라 상기 언급된 문제점의 해결이 가능한 유량정류장치 및 그의 설계 방법이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 다른 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도이다.
도 2는 도 1의 유량정류장치의 제 1면에 대한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 다른 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3의 유량정류장치의 제 1면에 대한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제 3실시예에 다른 유량정류장치의 제 1면에 대한 사시도이다.
도 5a는 도 5의 유량정류장치에 대한 단면도로, 유량정류장치의 양쪽면에 외부 링과 내부 링을 포함하고 있다.
도 6은 도 5의 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도이다.
도 7은 본 발명의 제 4실시예에 따른 유량정류장치의 제 1면에 대한 사시도이다.
도 8은 도 7의 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도이다.
도 9는 본 발명의 제 5실시예에 다른 유량정류장치의 제 1면에 대한 사시도이다.
도 9a는 도 9의 유량정류장치에 대한 단면도이다.
도 10은 도 9의 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제 6실시예에 따른 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도이다.
도 11a는 도 11의 유량정류장치에 대한 단면도이다.
도 12는 도 11의 유량정류장치의 제 1면에 대한 사시도이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 유량정류장치와 공지된 유량정류장치의 사운드 레벨(sound level)을 도시하는 그래프이다.
아래에 기술되는 도면에 대한 설명에서, 당업자는 본 발명의 시스템 및 방법에 대해 명백히 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 다른 유량정류장치는 디스크 자체와 동일한 재료로 가공된 다수의 천공 또는 홀이 구비된 단일 디스크를 포함한다. 천공들 또는 홀들의 형상은 유량정류장치가 설치되는 파이프의 전산 유체 역학에 의해 선택될 수 있다.
특정 실시예에서, 천공들 또는 홀들의 형상은 홀들이 구비된 적어도 하나의 또는 다수의 동심 링의 형태로 구성될 수 있다. 홀들이 구비된 동심 링들은 단차를 갖거나 또는 리세스된 형상으로 구현됨으로써, 유량정류장치의 한쪽으로부터 유량정류장치의 반대쪽까지 부동한 길이의 유체 통로를 형성할 수 있도록 구성된다. 단차를 갖거나 또는 리세스된 형상의 홀들이 구비된 동심 링들은 유량정류장치의 상류쪽, 하류쪽, 또는 양쪽에 배치될 수 있다. 실시예들에서, 홀들의 형상은 원형일 수 있다. 그러나 홀들이 방사상으로 대칭이기만 하면, 상이한 및/또는 다중의 홀 패턴 또는 형상이 사용될 수 있다.
유량정류장치는 선택적으로 플랜지 연결부로 둘러싸이거나 또는 유량정류장치의 제 1단부 또는 제 2단부(예컨대, 상류단/면 또는 하류단/면)로 세척될 수 있다. 특정 실시예에서, 플랜지 연결부는 다수의 홀들이 구비된 동심 링과 일체로 형성될 수 있다.
본 발명에 다른 유량정류장치는 제 1면 및 제 2면을 갖는 단일 디스크를 포함할 수 있다. 디스크의 제 1면에 중앙 홀이 개방되어 있다. 적어도 하나의 내부 링은 다수의 홀들이 구비된 동심 링을 포함하며, 홀들에 의해 적어도 하나의 내부 링으로부터 디스크의 제 1면까지의 유체 통로가 형성되도록 구성된다. 외부 링은 다수의 홀들이 구비된 동심 링을 포함하며, 홀들에 의해 외부 링으로부터 디스크의 제 1면까지의 유체 통로가 형성되도록 구성된다.
중앙 홀의 직경은 적어도 하나의 내부 링의 다수의 홀들의 직경보다 클 수 있으며, 적어도 하나의 내부 링의 다수의 홀들의 직경은 외부 링의 다수의 홀들의 직경보다 크도록 구성될 수 있다.
중앙 홀에 의해 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 유체 통로의 길이보다 작을 수 있는 길이를 갖는 유체 통로가 형성되며, 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 유체 통로의 길이는 외부 의 유체 통로의 길이보다 작도록 구성될 수 있다.
본 발명의 제 1실시예에 따라, 도 1은 제 1면 및 제 2면을 갖는 디스크(11)를 포함하는 유량정류장치(10)의 제 2면에 대한 사시도를 도시한다. 유량정류장치(10)는 ① 디스크의 제 1면에 플랜지(15); ② 외부 링으로부터 디스크의 제 1면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(20)이 구비된 동심 링을 포함하는 외부 링(17); ④ 외부 링(17)으로부터 리세스되거나 단차를 갖고 있으며, 적어도 하나의 내부 링으로부터 디스크의 제 1면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(25)이 구비된 동심 링을 포함하는 적어도 하나의 내부 링(22); ④ 홀들(25)이 구비된 내부 링으로부터 리세스되거나 단차를 갖도록 형성되고, 디스크의 제 1면상에 개방된 중앙 홀(27);을 포함한다.
외부 링(17)에 있는 다수의 홀들(20) 및 적어도 하나의 내부 링(22)에 있는 다수의 홀들(25)에 의해 유량정류장치의 제 2면에서 유동조절기의 제 1면까지 및 반대의 경로로 부동한 길이의 유체 통로가 제공된다. 도 2는 도 1의 유량정류장치의 제 1면에 대한 사시도이다.
도시된 바와 같이, 외부 링 및 적어도 하나의 내부 링은 원형 홀들이 구비된 동심 링들을 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 적어도 하나의 내부 링은 다수의 또는 일련의 단차를 가진, 리세스된 동심 링들을 포함할 수 있으며, 각 링은 다수의 홀들을 포함하도록 구성된다.
본 발명의 제 2실시예에 따라, 도 3은 제 1면 및 제 2면을 갖는 디스크(31)를 포함하는 유량정류장치(30)의 제 2면에 대한 사시도를 도시한다. 유량정류장치(30)는 ① 디스크의 제 1면에 플랜지(35); ② 외부 링으로부터 디스크의 제 1면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(40)이 구비된 동심 링을 포함하는 외부 링(37); ③ 외부 링(37)으로부터 리세스되거나 단차를 갖고 있으며, 내부 링으로부터 디스크의 제 1면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(45)이 구비된 동심 링을 포함하는 내부 링(42); ④ 내부 링(42) 내에 형성되고, 디스크의 제 1면상에 개방된 중앙 홀(50);을 포함한다. 도 4는 도 3의 유량정류장치의 제 1면에 대한 사시도를 도시한다.
본 발명의 제 3실시예에 따라, 도 5는 제 1면 및 제 2면을 갖는 디스크(51)를 포함하는 유량정류장치(55)의 제 1면에 대한 사시도를 도시한다. 유량정류장치(55)는 ① 디스크의 제 1면에 플랜지(60); ② 디스크의 제 1면 상에 다수의 홀들(65)이 구비된 동심 링을 포함하는 외부 링(62); 외부 홀들(65)에 의해 외부 링으로부터 디스크의 제 2면까지의 유체 통로가 형성됨 ③ 외부 링(62)으로부터 리세스되거나 단차를 갖고 있으며, 내부 링으로부터 디스크의 제 2면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(70)이 구비된 동심 원을 포함하는 내부 링(67); ④ 내부 링(67)으로부터 리세스되거나 단차를 갖도록 형성되고, 디스크의 제 2면 상에 개방된 중앙 홀(75);을 포함한다.
도 5a는 도 5에 도시된 유량정류장치에 대한 단면도로, 유량정류장치의 양 측면에 외부 링과 내부 링을 포함하고 있다. 외부 링에 있는 다수의 홀들(65) 및 내부 링에 있는 다수의 홀들(70)에 의해, 유량정류장치의 제 1면으로부터 유량정류장치의 제 2면까지의 부동한 길이의 유체 통로가 제공된다.
도 6은 도 5의 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도를 도시한다.
본 발명의 제 4실시예에 따라, 도 7은 제 1면 및 제 2면을 갖는 디스크(81)를 포함하는 유량정류장치(80)의 제 1면에 대한 사시도를 도시한다. 유량정류장치(80)는 ① 제 1면에 플랜지(85); ② 디스크의 제 1면 상에 일련의 단차를 갖거나 리세스되고, 각각의 링으로부터 디스크의 제 2면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(95)을 포함하는 동심 링들(90); ③ 리세스되고, 디스크의 제 2면 상에 개방된 중앙 홀(100);을 포함한다. 도 8는 도 7의 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도를 도시한다.
본 발명의 제 5실시예에 따라, 도 9는 제 1면 및 제 2면을 갖는 디스크(106)를 포함하는 유량정류장치(105)의 제 1면에 대한 사시도를 도시한다. 유량정류장치(105)는 ① 디스크의 제 1면에 플랜지(110); ② 플랜지(110)로부터 리세스되고, 디스크의 제 2면으로부터 연장되며, 디스크의 제 2면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(115)을 포함하는 외부 동심 링(112); ③ 예컨대 일련의 단차를 갖고, 각 링은 외부 동심 링(112)으로부터 상향으로 연장되고 디스크의 제 2면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(125)을 포함하는 적어도 하나의 내부 동심 링(120); ④ 상기 일련의 단차를 가진 링들(120) 중 마지막 링으로부터 상향으로 연장되고 디스크의 제 2면 상에 개방된 중앙 홀(130);을 포함한다.
도 9a는 도 9에 도시된 유량정류장치에 대한 단면도로, 외부 동심 링(112)의 다수의 홀들(115) 및 내부 동심 링들(120)의 다수의 홀들(125)에 의해, 유량정류장치의 제 1면에서 유량정류장치의 제 2면까지의 부동한 길이의 유체 통로가 제공된다. 도 10은 도 9의 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도를 도시한다.
본 발명의 제 6실시예에 따라, 도 11은 제 1면 및 제 2면을 갖는 디스크를 포함하는 유량정류장치(135)의 제 2면에 대한 사시도를 도시한다. 유량정류장치(135)는 ① 제 1면에 플랜지(110); ② 일련의 단차를 갖고, 각 동심 링이 제 1면으로부터 상향으로 연장되며, 제 1면까지의 유체 통로를 형성하는 다수의 홀들(150)을 포함하는 동심 링들(145); ③ 상기 일련의 단차를 가진 링들(145) 중 마지막 링으로부터 상향으로 연장되고 제 1면 상에 개방된 중앙 홀(155);을 포함한다.
도 11a는 도 11에 도시된 유량정류장치에 대한 단면도로, 상기 일련의 단차를 가진 각 링(145)의 다수의 홀들(150)에 의해, 유량정류장치의 제 1면에서 유량정류장치의 제 2면까지의 부동한 길이의 유체 통로가 제공된다. 도 12는 도 11의 유량정류장치의 제 2면에 대한 사시도를 도시한다.
본 발명에 따라 유량정류장치의 설계 방법이 제공된다. 유량정류장치에 있는 홀들의 구성은, 유량정류장치가 설치되는 파이프의 유체 역학의 이론적 또는 실험적 테스트에 따라 선택될 수 있다.
특정 실시예들에서, 홀들에 의해 형성되는 유체 통로의 길이는 유체의 형상 왜곡(fluid profile distortion) 또는 유체의 스월 각도(fluid swirl intensity) 중 적어도 하나에 기초하여 계산될 수 있다. 특정 실시예에서, 각 홀에 의해 형성되는 유체 통로의 길이(x)는 유량정류장치가 설치되는 파이프의 중심으로부터의 반경(r)에 대한 함수일 수 있다. 상기 길이는 다음의 식(1)에 의해 계산될 수 있다:
D = C*Tan-1(VT/Vx) (1)
여기서 D는 유량정류장치의 홀들의 깊이이고, VT는 파이프 내의 유체의 접선 속도(즉, 스월 벡터[swirl vector])이며, Vx는 파이프 내의 유체의 축선방향 속도(즉, 파이프의 길이 방향 속도)이고, C는 유체의 점성, 밀도, 벽 조도 및 스월 감소 계수를 보정하기 위한 상수이다. C는 컴퓨터를 사용하는 계산 솔루션의 시험 결과로부터 실험적으로 결정될 수 있다. 특정 실시예들에서, C는 실험적 및/또는 이론적 테스트를 통해 결정될 수 있으며, 유량정류장치는 유체의 적용 범위 및 일정한 양의 상류 스월에 따라 변형 또는 수정된다. 스월의 감소는 유체 역학적 특성 즉, 유체 점성, 밀도 및 벽 조도, 유동정류장치의 압력 강하 및 스월에 저항하는 유체 능력에 영향을 주는 인자들에 관련되며, 이들이 측정 대상이 된다.
유량정류장치의 홀들의 수에 따라 달라지나, 상기 식(1)을 이용한 계산은 각 링의 홀에 대한 파이프 중심으로부터의 볼트 서클 거리(bolt circle distance)(예컨대, 모든 홀들이 절단되어 있는 파이프의 중심 축선으로부터의 외부 링 또는 내부 링의 직경)로 수행될 수 있다. 따라서 링의 홀들이 더 많아질수록 유체 스월의 해상도(resolution)가 더 높아지며, 더 정확한 계산을 제공할 수 있다.
이하에 비제한적인 예가 제공된다.
예
본 예는 입구에서 약 25도의 스월 각도를 갖는 유체 시나리오에서 실시된 것이다. 유체의 레이놀즈수(Reynolds number)는 24,854,836; 밀도는 36.54 kg/m3이고; 점성은 300K에서 1.12x10-5 Pa*S 이다.
유량정류장치가 설치된 파이프 입구에서, Vx의 측정 속도는 24.083 m/s이고, VT의 측정 속도는 5.969 인치(15.16 cm)의 반경을 가진 파이프의 중심으로부터 4.728 인치(12.0 cm)의 반경 길이에서 10.017 m/s이다. 이에 의해 스월의 각도가 약 22.584도로 계산된다. C는 10.5979로 결정된다. 그런 다음 유량정류장치의 두께를 3.7595 인치(9.55 cm)로 대입하면, 90%의 스월이 감소될 수 있다. D는 홀들의 길이/홀들이 천공되는 플레이트의 두께로, 본 예에서는 외부 링에 대한 것을 말한다.
본 발명에 도시된 홀들의 구성을 포함하는 적절한 유량정류장치는 캘거리 캐나다 파이프 라인 액세서리(Canada Pipeline Accessories of Calgary), 앨버타 캐나다(Alberta Canada)의 CPA TBR 및 CPA 50E와 같은 유량정류장치; 및 미국 특허 공개번호 5,341,848에 도시된 유량정류장치들을 포함할 수 있으나, 이들에만 제한되지는 않는다.
도 13은 도 5(CPA 55E 및 CPA 65E)의 유량정류장치 및 공지된 유량정류장치(CPA 50E)에 대한 소음 레벨(sound level)을 나타내는 그래프이다. 120 feet/s(36.6 m/s)의 유속에서, 본 발명의 유량정류장치에서는 30dB의 소음(또는 노이즈) 레벨이 감소되었다.
특정 실시예에서, 유량정류장치의 크기는 파이프 내부 직경(D)의 크기(0.85D ~ 0.99D)로 정해질 수 있다. 특정 실시예에서, 유량정류장치의 두께는 약 0.05D ~ 0.35D로 정해질 수 있다. 특정 실시예에서, 외부 링의 크기는 0.65D ~ 0.97D로 정해질 수 있고, 내부 링의 크기는 약 0.30D ~ 0.65D로 정해질 수 있다.
본 발명에 따른 임의의 유량정류장치는 니켈 또는 니켈-인 합금을 포함하는 조성물로 코팅 또는 도금될 수 있다. 특정 실시예에서, 이러한 조성은 1% 및 12% 사이의 인 및 87% 및 99% 사이의 니켈을 포함할 수 있다(중량 기준). 코팅 및 도금의 두께는 약 1 및 250 미크론 사이, 예들 들면 약 10 및 약 50 미크론 사이일 수 있다.
본 발명에 따른 유량정류장치는 기존의 파이프를 수정하지 않고 그대로 이용 가능하다. 특정 실시예에서, 유량정류장치는 일반적으로 계량 스테이션에서 사용되는, 플랜지 연결부를 포함할 수 있다. 따라서, 매우 간단하고 계량 스테이션의 배치에 아주 잘 들어맞는다.
산업상 이용가능성
본 발명이 특정하고 예시적이며 대안적인 실시예들의 관점에서 설명되었으나, 이들에만 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 본 발명에 포함될 수 있는 대안적인 변형 및 수정이 전술한 교시의 관점에서 당업자에 의해 이루어질 수 있다.
따라서 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고, 상기 기술된 실시예들에 대한 다양한 개조 및 변형을 할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 따라서, 청구된 청구항들의 범위 내에서, 본원에 구체적으로 기술된 것과 다르게 실시될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.

Claims (16)

  1. 유량정류장치(flow conditioner)에 있어서, 상기 장치는:
    제 1면 및 제 2면을 갖는 단일 디스크;
    디스크의 제 1면 상에 개방된 중앙 홀;
    다수의 홀들이 구비된 동심 링을 포함하는 적어도 하나의 내부 링; 및
    다수의 홀들이 구비된 동심 링을 포함하는 외부 링;을 포함하고,
    내부 링에 있는 홀들에 의해 적어도 하나의 내부 링으로부터 상기 디스크의 제 1면까지의 유체 통로를 형성하며, 외부 링에 있는 홀들에 의해 외부 링으로부터 상기 디스크의 제 1면까지의 유체 통로를 형성하고,
    중앙 홀의 직경은 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 직경보다 크고, 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 직경은 외부 링에 있는 다수의 홀들의 직경보다 크도록 구성되며,
    중앙 홀에 의해 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 유체 통로의 길이보다 작은 길이를 갖는 유체 통로가 형성되고, 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들의 유체 통로의 길이는 외부 링에 있는 유체 통로의 길이보다 작도록 구성되는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    외부 링에 있는 다수의 홀들 및 적어도 하나의 내부 링에 있는 다수의 홀들은 각각 원형 홀들(circular holes)을 포함하는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    중앙 홀은 상기 적어도 하나의 내부 링으로부터 리세스되어 있는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 내부 링은 두개 이상의 단차를 가진, 리세스된 동심 링들을 포함하고, 각 동심 링은 다수의 홀들을 포함하는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스크의 제 1면 상에 플랜지 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치.
  6. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스크의 제 2면 상에 플랜지 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    니켈 또는 니켈-인 합금을 포함하는 조성물로 코팅 또는 도금되는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치.
  8. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    유량정류장치의 양쪽 면에 외부 링 및 적어도 하나의 내부 링을 포함하는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치.
  9. 유량정류장치의 설계 방법에 있어서, 상기 방법은:
    유량정류장치가 설치되는 파이프의 유체 역학을 결정하는 단계; 및
    제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 유량정류장치의 적어도 하나의 내부 링 및 외부 링에 있는 다수의 홀들에 대한 구성을 계산하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유량정류장치의 설계 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    각 홀에 의해 형성된 유체 통로의 길이(x)는 파이프의 중심으로부터의 반경(r)의 함수인 것을 특징으로 하는
    유량정류장치의 설계 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    유체 통로의 길이는 다음의 식에 의해 계산되며:
    D = C*Tan-1(VT/Vx)
    여기서 D는 유량정류장치의 홀들의 깊이이고, VT는 파이프 내의 유체의 접선 속도이며, Vx는 파이프 내의 유체의 축선방향 속도이고, C는 유체의 점성(viscosity), 밀도(density), 벽 조도(wall roughness) 및 스월 감소 계수(swirl reduction factor)를 보정하기 위한 상수인 것을 특징으로 하는
    유량정류장치의 설계 방법.
  12. 유동 측정을 위한 파이프 어셈블리에 있어서, 상기 어셈블리는:
    유체 유동 파이프;
    상기 유체 유동 파이프 내에, 상기 유체 유동 파이프의 축선에 실질적으로 수직인 방향으로 배치된 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 유량정류장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유동 측정을 위한 파이프 어셈블리.
  13. 제 12항에 있어서,
    외부 링 및 적어도 하나의 내부 링은 적어도 하나의 유량정류장치의 상류 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는
    유동 측정을 위한 파이프 어셈블리.
  14. 제 12항에 있어서,
    외부 링 및 적어도 하나의 내부 링은 적어도 하나의 유량정류장치의 하류 쪽에 배치되는 것을 특징으로 하는
    유동 측정을 위한 파이프 어셈블리.
  15. 제 12항에 있어서,
    외부 링 및 적어도 하나의 내부 링은 유량정류장치의 양쪽 면에 배치되는 것을 특징으로 하는
    유동 측정을 위한 파이프 어셈블리.
  16. 유체 유동 측정 시스템에 있어서, 상기 시스템은:
    유체 유동 파이프;
    상기 유체 유동 파이프 내에, 상기 유체 유동 파이프의 축선에 실질적으로 수직인 방향으로 배치된 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 유량정류장치; 및
    유량정류장치의 하류 쪽에 배치되는 유량계;를 포함하는 것을 특징으로 하는
    유체 유동 측정 시스템.
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