NO20120511A1 - Fluidmåling - Google Patents

Abstract

Utførelsene heri vedrører et apparat (1) for å analysere et fluid som strømmer gjennom en rørledning (5), hvilket apparat (1) er plassert inne i rørledningen (5), apparatet (1) omfatter: en strømningscelle (3) utformet med et fluidinnløp (3a) og et fluidutløp (3b) gjennom hvilken i det minste en del av fluidet strømmer inn og ut, en strømningsbegrensende anordning (4) hvorved den strømningsbegrensende anordning (4) er konfigurert til å generere et økt trykktap mellom fluidinnløpet (3a) og fluidutløpet (3b), og hvori apparatet (1) videre omfatter minst ett optisk transmisjonselement (11) som er konfigurert til å sende lys som emitteres fra en lyskilde til å passere gjennom minst en del av fluidet som strømmer gjennom strømningscellen (3) og minst et optisk mottakerelement (12) konfigurert til å motta lyset etter å ha passert gjennom fluidet i strømningscellen (3) og konfigurert til å sende det mottatte lyset slik at fluidet kan analyseres.

Description

FLUIDMÅLING

TEKNISK OMRÅDE

Utførelsene heri hører inn under feltet fluidmåling, analyse og overvåking, mer spesifikt til en inline eller in-situ væskemåling og overvåkningsanordning.

BAKGRUNN

For å analysere urenheter, partikler og fremmede fluider i en strømmende væske, er bruken av en forbikobling for prøvetaking og/eller analyse kjent, forbikoblingen er vanligvis av en mindre diameter enn hovedrørledningen. En slik løsning kan gi rom for en kontinuerlig forbikoblet sirkulasjon for å oppnå en representativ prøve av fluidet, hvor man kontinuerlig måler den forbikoblede væsken i en målecelle installert på forbikoblingsrørledningen, eller hvor man isolerer den representative prøven i en prøvetakingskammer som i sin tur blir ekstrahert for analyse på et annet sted, typisk et laboratorium. Alternativt kan prøvetakingskammeret automatisk mate en målecelle.

Væsken, for eksempel en smøreolje for tungt maskineri, kan f.eks. bli analysert av for eksempel en LaserNet FINES ® analysator utviklet av United States Naval Research Laboratory. Denne analysatoren ser på synlig forurensning fra partikler ved hjelp av bildeanalyse og foto-/videoteknologi. Ved å pulsere laserlys gjennom en optisk strømningscelle tar instrumentet bilder med høy frekvens av fluidet som passerer strømningscellen, lagrer bildene i en database som sammenligner bildene med kjente slitasjepartikler fra maskiner og rapporterer type og mengde partikler som er tilstede i væsken.

Når ingen prøvetaking er nødvendig ville det være fordelaktig å kunne unngå forbikoblingsarrangement av rør, koblinger, prøvetaker, tilbehør, kontrollsystem og en nødvendig kobling for fluidinnløp og -utløp til forbikoblingen, som påvirker integriteten til hovedtrykksrørledningen - for illustrasjon, kan en smørevæskesløyfe utsettes for et trykk på over 700 ba -. En forbikoblingskrets innbefatter til tider mange koblinger, som hver representerer en mulig kilde til lekkasje.

I mellomtiden er det generelt ikke mulig å analysere fluidet på tvers av hele rørsystemet på grunn av store diametere, og en tynn analysestrømningscelle kan være nødvendig for en fluidanalyse med god kvalitet. Det kan være en tynn og flat målecelle, slik som i LaserNet FINES ® eller det kan være en sylindrisk celle. I standarder som i utgangspunktet er utviklet for luftfart (NAS1638) overvåkes smørevæske for tungt maskineri for partikler mindre enn 100 mikrometer. Celler med en minste bredde (rektangelåpning) eller diameter på 100 um plassert i en strømmende væske har vist seg å være for liten for fluidet for å strømme inn i cellen: overflate- og kapillærspenninger kan være for høye for kunne bli overvunnet, og fluidet har det beste tilfelle ikke en stabil strømning inne i strømningscellen, i verste tilfelle flyter det ikke gjennom i det hele tatt. Disse strømningsproblemer med små størrelser kan observeres for større diametere, opp til en mm, og til og med flere mm.

OPPSUMMERING

Det er et formål med utførelsesformene heri å tillate inline måling, analyse og overvåking av et fluid takket være et eller flere måleanordninger plassert i det strømmende fluidet og som genererer trykktapet for å kunne tillate tilstrekkelig trykkforskjell mellom begge ender av måleanordningen slik at fluidet kan strømme på en stabil måte i måleanordningen. Det har blitt observert at uten slik trykktapgenerering er strømningen i måleanordningen enten ikke eksisterende eller ikke stabil nok.

Et annet formål er å ha en robust måleløsning uten behov for et forbikoblingssystem, og som ikke påvirker den fysiske integriteten til hovedrørledningen.

Et annet formål er å ha en måleløsning med en representativ prøve av væsken for å måle i dens egne måleanordning. Måleanordningen er posisjonert i fluidstrømmen til hovedrørledningen, som er mer representativ enn hva en forbikobling ville kunne samle.

Et annet formål er å være i stand til å bruke denne måleanordningen til fremmede partikler og fluidanalyser av smøre- og/eller kjølefluider for tungt maskineri for overvåkningsformål.

Et annet formål er å muliggjøre en enkel installasjonsmetode for en eller flere inline måleanordninger i en fluidrørledning som ikke krever sveiseoperasjoner.

Ifølge et første aspekt, oppnås formålene ved et apparat for å analysere et fluid som strømmer gjennom en rørledning. Anordningen er plassert inne i rørledningen. Apparatet omfatter en strømningscelle utformet med et fluidinnløp og et fluidutløp gjennom hvilken minst en del av fluidet strømmer inn og ut. Apparatet omfatter en strømningsbegrensende anordning hvorved den strømningsbegrensende anordning er utformet til å generere et økt trykktap mellom fluidinnløpet og fluidutløpet. Apparatet omfatter videre minst et optisk transmisjonselement konfigurert til å sende lys emittert fra en lyskilde til å passere gjennom minst en del av fluidet som strømmer gjennom strømningscellen, og minst et optisk mottakelseselement som er konfigurert til å motta lyset som har passert gjennom fluidet i strømningscellen og konfigurert til å sende det mottatte lyset slik at fluidet kan analyseres. I noen utførelsesformer er minst en del av den strømningsbegrensende anordningen koblet til strømningscellen. I noen utførelsesformer er minst en del av den strømningsbegrensende anordningen koblet til rørledningen. I noen utførelsesformer omfatter den strømningsbegrensende anordningen minst en av en plate og/eller minst en fjærbelastet enhet. I noen utførelsesformer omfatter den strømningsbegrensende anordningen en begrensning av rørledningens indre diameter. I noen utførelsesformer er det genererte trykktapet i området fra 0,3 til 0,5 ba. I noen utførelsesformer er fluidet en væske eller en gass. I noen utførelsesformer er anordningen fremstilt av et materiale som har optiske transparente egenskaper. I noen utførelsesformer danner den strømningsbegrensende anordningen et redusert strømningstverrsnittsareal inne i rørledningen.

I henhold til et andre aspekt oppnås formålene ved en rørledning som omfatter et fluid og minst et apparat.

I henhold til et tredje aspekt oppnås formålene ved en fremgangsmåte for inline analyse av et fluid i en rørledning ved hjelp av et apparat. Apparatet er plassert i rørledningen. Apparatet omfatter en strømningscelle utformet med et fluidinnløp og et fluidutløp. Apparatet omfatter videre en strømningsbegrensende anordning, minst et optisk transmisjonselement og minst et optisk mottakelseselement. Fremgangsmåten omfatter: å generere et økt trykktap mellom fluidinnløpet og fluidutløpet når minst en del av fluidet strømmer gjennom apparatet;

å sende lys emittert fra en lyskilde gjennom det minst ene optiske transmisjonselementet slik at det passerer gjennom minst en del av fluidet som strømmer gjennom strømningscellen;

å motta, med det minst ene optiske mottakelseselementet, lyset etter at det har passert gjennom fluidet i strømningscellen, og

å sende ved å bruke det minst ene optiske mottakelseselementet, det mottatte lyset til en analyseenhet slik at fluidet kan analyseres.

TEGNINGER

Utførelsesformene heri vil nå bli beskrevet i mer detalj i den etterfølgende detaljerte beskrivelse med henvisning til de vedlagte tegninger som illustrerer utførelsesformene og der:

Figur 1a -b: skjematisk fremstilling av den inline-måleanordningsinstallasjonen.

Figur 2a - j: skjematiske fremstillinger av alternative utførelsesformer av måleanordningsdesign:

2a med en påsveiset plate på nedstrømssiden av måleanordningen,

2b med en seksjonsbegrensning i rørledningen ved nedstrømsenden av måleanordningen,

2c hvor måleanordningens ytre form har en nedstrøms økende diameter,

2d hvor trykktapet er skapt over oppstrømsenden av måleanordningen takket være kjegleformede segmenter på måleanordningen,

2e hvor en plate er plassert ved oppstrømsenden av måleanordningen,

2f hvor en flensplate er plassert ved oppstrømsenden av måleanordningen,

2g hvor en fjærbelastet kjegleformet ventil justerer til trykket og strømningen,

2h og 2i hvor to fjærbelastede halvplater er plassert enten ved oppstrømsenden eller nedstrømsenden av måleordningen, og

2j hvor strømningsbegrensningen er plassert et sted mellom oppstrømsinnløp og nedstrømsutløp, for eksempel i midten.

Figur 3a -b: skjematisk representasjon av mulige konfigurasjoner for sendte og spredt tilbakekastede målinger:

3a med en enkel emitteringskilde,

3b med flere emitteringskilder.

Fig. 4: Skjematisk representasjon av en platestøttet konfigurasjon med flere måleanordninger, installert mellom rørledningsflenser. Figurene 5a -b: skjematisk representasjon av en platestøttet multicellekonfigurasjon med en perforert plate, strømningsbegrensningen rundt hver måleanordning som resulterer fra kombinasjonen av en trykktapsenhet og perforeringen:

5a som en seksjon,

5b som en oppstrøms synsvinkel.

Fig. 6a -b: skjematisk representasjon av en platestøttet multicellekonfigurasjon med en perforert plate, strømningsbegrensningen som følge av en perforering rundt hver enkelt måleanordning:

6a som en seksjon,

6b som en oppstrøms synsvinkel.

Figur 7: skjematisk representasjon av en platestøttet multimåleanordning konfigurert med en perforert plate, og som viser de optiske fibrene som er koblet til måleanordningen, oppstrøms synsvinkel.

DETALJERT BESKRIVELSE

Utførelsesformene her er relatert til en laserbasert partikkeltelling og analyseenhet for overvåking av tunge roterende maskiner som er beskrevet herunder.

En utførelsesform av apparatet 1 for inline analyse av et fluid i en rørledning 5 er vist i figur 1a. Apparatet 1 er plassert inne i rørledningen 5, i hvilken fluidet strømmer i retningen som er indikert med pilen. Apparatet 1 er konfigurert til å generere trykktap forbundet med væsken når den strømmer gjennom apparatet 1. Trykktap er reduksjonen i total høyde eller trykk i fluidet når det beveger seg gjennom måleanordningen. Den er tilstede på grunn av friksjon mellom fluidet og rørledningens vegger, friksjonen mellom tilstøtende fluidpartikler etter hvert som de beveger seg i forhold til hverandre, turbulens forårsaket når strømmen blir omdirigert eller påvirket på noen måte av slike komponenter som rørledningsinnganger, eller -utganger, pumper, ventiler, strømningsreduksjoner, koblinger etc. Apparatet 1 kan konfigureres til å generere trykktap på mange forskjellige alternative måter. Anordningen 1 omfatter en strømningscelle 3 og en strømningsbegrensende anordning 4. Strømningscellen 3 og den strømningsbegrensende anordningen 4 kan være atskilte deler eller være en samlet del.

Apparatet 1 har minst et optisk transmisjonselement 11 koblet til det for å sende lys emitterte av en lyskilde for å belyse apparatet 1 slik at fluidet kan analyseres. Apparatet 1 har også et optisk mottakelseselement 12 konfigurert til å motta lyset som har passert gjennom fluidet i strømningscellen og til å sende det mottatte lyset slik at fluidet kan analyseres. Lyset som passerer gjennom fluidet kan omfatte spredt tilbakekasting, dvs. refleksjoner, og kan også omfatte refraksjon. I det etterfølgende vil forskjellige utførelsesformer av anordningen blir beskrevet mer detaljert.

Som det fremgår av figur 1b er apparatet 1 plassert i rørledningen 5 - typisk et rør - i hvilken fluidet strømmer i retningen indikert med pilen. Fluidet er her typisk smøreolje. Apparatet 1 er støttet av en struktur som fortrinnsvis ikke endrer strømningen - ikke vist -, og koblet til det optiske transmisjonselementet 11 og det optiske mottakelseselement 12 - for eksempel optiske fibrer, en som overfører lys emittert fra en lyskilde til apparatet 1, den andre sender ut det målte signalet, krysser rørveggen ved kompresjonsforseglingskoblinger 21, 22, slik at det optiske transmisjonselementet 11 og det optiske mottakelseselementet 12 kan krysse rørveggen uten lekkasje. Strømningscellen 3 har et innløp 3a og et utløp 3b gjennom hvilke minst en del av fluidet strømmer inn og ut.

Strømningscellen 3 kan være en sylindrisk celle laget av glass, og den strømningsbegrensende anordningen 4 kan være en enhet som genererer ytterligere trykktap for fluidet som sirkulerer i rørledningen 5.

Den strømningsbegrensende anordningen 4, her representert ved en nedstrøms - med hensyn til strømningscellen - kjegle som strekker seg nedstrøms mot rørets indre overflate, han kjegleformede nedstrøms strømningsbegrensende anordningen 4 genererer trykktapet i væsken som strømmer rundt apparatet 1 ved å begrense tverrsnittsåpningen som er tilgjengelig for strømningen. I tillegg til trykktapet som er påført fluidet når fluidet passerer apparatet 1, er det en lokal effekt. Ved den strømningsbegrensende anordningen 4 øker den eksterne fluidhastigheten og det lokale trykket reduseres - et fenomen som brukes i venturier-. Som et resultat er det lokale trykket ved utløpet av den strømningsbegrensende anordningen 4 lavere enn det som kan forventes fra generelle trykktapsberegninger for et slikt apparat. Etter å ha passert apparatet 1 bremser strømningen ned og det lokale trykket gjenopprettes til alminnelig trykk i rørledningen. Trykkforskjellen mellom strømningscellens 3 innløp 3a og dens utløp 3b har dermed økt på en slik måte at det blir høyt nok til å tillate strømning gjennom det lille rørformede apparatet 1. Med "liten", mener vi her apparatstørrelser hvor fluidstrømninger kan observeres å være fraværende, dårlige eller ustabile, og som trenger et ekstra trykktap for å fungere skikkelig. Mens 100 um vanligvis kan sies å være lite for smøreolje og vann, bør større størrelser fremdeles anses små for olje og vann: 1 mm, og til og med flere mm. Gasser, andre væsker, fluider med tunge partikkelbelastninger osv. har andre kritiske størrelser som krever at man genererer et ekstra trykktap.

Det har blitt observert i tilfellet med smørefluidskretser for tunge roterende maskiner, typisk med et driftstrykk på flere hundre bar (inntil 700 ba) og væskehastigheter i røret i området fra 1 til 7 m/s, at et trykktap på 0,2 til 0,5 ba gav gode resultater. Disse observasjonene trenger bekreftelse og videreutvikling.

Som nevnt ovenfor er det optiske transmisjonselementet 11 og det optiske mottakelseselementet 12 koblet til apparatet 1, de leder lys i det optiske transmisjonselementet 11 - typisk laserlys, men andre lys kan brukes -, og leder lys som sendes gjennom apparatet 1 ved hjelp av det optiske mottakelseselementet 12. Det optiske transmisjonselementet 11 og det optiske mottakelseselementet 12 er koblet til en laserlyskilde og en partikkelanalysator som analyserer det sendte lyset. Laserlyskilden og partikkelanalysatoren kan være lokalt eller fjernt plassert fra apparatet 1. Det optiske transmisjonselementet 11 og det optiske mottakelseselementet 12 krysser rørveggen ved kompresjonsforseglingskoblingene 21, 22, slik det er kjent i industrien. Legg merke til at det optiske transmisjonselementet 11 og det optiske mottakelseselementet 12 kan krysse rørledningen 5 ved samme kompresjonsforseglingskobling 21, 22.

Strømningslinjer er representert skjematisk på tegningen. Strømningsbegrensningen mellom den strømningsbegrensende anordningen 4 og den indre veggen av rørledning 5 genererer en innsnevring og økt hastighet for strømningslinjene, samt en reduksjon av trykket som når et minimum omtrent ved utløpet 3b. Det strømningsbegrensende anordningen er slik utformet at trykkforskjellen mellom innløpet 3a og utløpet 3b er høy nok til å overvinne kapillær- og overflatespenningskreftene ved inngangen til apparatet 1 for driftsstrømmen og det analyserte fluidet, av hvilket viskositet har spesiell relevans.

Selv om det ofte vil være situasjonen av praktiske årsaker trenger ikke rørledningen 5 å være et sirkulært rør, men hvilken som helst type ledning som kan kanalisere et sirkulerende fluid. Rørledningen 5 kan faktisk til og med være en åpen kanal ved atmosfærisk trykk.

Uttrykket fluid skal tolkes i vid forstand, dvs. gass eller væske. Mens det i den beskrevne utførelsesformen med smøreoljeovervåking er det identifisering av partikler - slitasjemetallbiter, fragmenter av biofilmer -, eller tilstedeværelse av andre fluider - vann eller bobler i olje - eller begge deler, kan andre anvendelser være interessert i å overvåke støv i forbrenningsrøyk, aske i atmosfæren, etc Mens en anvendelse av utførelsesformene heri er å detektere urenheter, fremmedlegemer eller væsker i et sirkulerende fluid, er den generelle hensikten med et slikt apparat 1 å tillate inline måling av parametere som karakteriserer den sirkulerende væsken.

Laserlys har blitt beskrevet i vår utførelsesform. Det kan være av en enkelt bølgelengde, eller en sammensetning av flere bølgelengder. Men også andre typer av lys kan benyttes, slik som polarisert lys for deteksjon av krystallografiske strukturer som mineraler, metaller, organiske krystaller.

Transmisjonselementene, optiske fibere i vår beskrevne utførelsesform, kan også være elektriske kabler, og andre målinger kan utføres i cellen. Elektromagnetiske eller akustiske signaler (for strømningsmåling - elektriske kabler vil da være et naturlig alternativ til optiske fibre) osv...

Den aktive målecellen, f.eks. strømningscellen 3 strengt tatt, er fortrinnsvis laget av et optisk transparent materiale, slik som glass eller pleksiglass. For måling som ikke involverer en lyskilde, kan materialet være noe annet: metall, keramikk, plast osv....

Mens den aktive målecellen, f.eks. strømningscellen 3 strengt tatt, fortrinnsvis er prismatisk (dvs. med konstant tverrsnitt langs dens lengde), trenger det ikke være slik: man kan for eksempel tenke seg en kjegleformet strømningscelle 3. Strømningscellen 3 kan også være åpen: for eksempel, i stedet for å være et rør kan det være en åpning langs lengden av cellen som vil muliggjøre utveksling mellom cellen og fluidet utenfor cellen langs fluidstrømlinjene.

I noen utførelsesformer og for å oppnå en laminær og stabil strømning, har den aktive målecelle, f.eks. strømningscellen strengt tatt, en viss lengde. Imidlertid kan man installere en celle med praktisk talt null lengde i form av en ring, dens funksjon vil da være begrenset til å posisjonere emitteren og sensoren(e) i forhold til hverandre.

Ytterligere målinger kan også være forbundet med bruk av en slik celle, og/eller for eksempel optiske fibre. For eksempel kan trykk og temperatur enkelt måles direkte ved optiske fibere takket være Bragg-gitter på fiberen. Mens vårt eksempel på karakteristisk dimensjon for diameteren av apparatet 1 ovenfor var 100 um, er andre mindre eller større dimensjoner relevante. Standarder for fremmede partikler i hydrauliske fluider fokuserer på en rekkevidde på 5-100 um. For formålet med partikkelovervåking i fluider er det således vanlig å innføre et 100 um inline filter. Hvis apparatet har en indre diameter på 100 um, vil fremmedlegemer på mer enn 100 um ikke flyte gjennom måleanordningen 1, og vil således ikke bli målt, og de vil heller ikke modifisere resultatene. Det er interessant å notere at et slikt apparat 1 som vist i figur 1 b eller figur 2c med en nedstrøms konisk strømningsbegrensende anordning tillater fjerning av tetting av apparatet 1 ved å reversere strømningsrettningen: kjeglen kanaliserer en stor del av det sirkulerende fluidet gjennom det mindre apparatet 1, og dermed muliggjør spyling og fjerning av tetting av apparatet 1.

Den strømningsbegrensende anordningen 4 trenger ikke å være en kjegle og det trenger heller ikke å være en del av apparatet 1, og alle løsninger som genererer et lokalt trykktap og/eller strømningsreduksjon ved utløpet 3b, innløpet 3a, eller på hvilke som helst passende steder mellom disse to for å generere en trykkdifferanse mellom innløpet 3a og utløpet 3b til apparatet 1 som er høy nok til å tillate stabil strømning gjennom apparatet 1 kan bli vurdert. Figur 2 a- j vil nå bli beskrevet for å illustrere alternative utførelsesformer av apparatet 1. Figurene 2a og 2e viser en utførelsesform hvor den strømningsbegrensende anordningen 4 omfatter minst en plate 14a, 14b koblet til strømningscellen 3, for eksempel sveiset til strømningscellen 3, oppstrøms eller nedstrøms. Selv om figurene 2a og 2e illustrerer to plater 14a, 14b, vil en fagmann forstå at bare en plate kan også være aktuelt. I figur 2a er det strømningsbegrensende elementet 4 som ligger i den ene enden av strømningscellen 2. På figur 2e er det strømningsbegrensende elementet 4 lokalisert i motsatt ende av strømningscellen 3.

Figur 2b illustrerer et annet eksempel av en utførelsesform for hvordan den strømningsbegrensende anordningen 4 kan utformes. I eksempelet oppnås trykktapet takket være en restriksjon 24 i hovedrørledningen 5. Et alternativ kan være å installere den strømningsbegrensende anordningen 4 som en perforert flensplate 64f, som illustrert som 64f ved oppstrømsenden av strømningscellen 3 i figur 2f, eller som 64j i figur 2j. I figur 2j, er den perforerte flensen 64j, dvs. den strømningsbegrensende anordningen 4, anordnet i en avstand fra hver ende av strømningscellen 3. I så fall har strømningscellen 3 selv ingen inline strømningsbegrensende anordning 4. En strømningsbegrensning kan også oppnås takket være en venture formet enhet installert ved strømningscellens 3 utløp. Den strømningsbegrensende anordningen kan danne et redusert tverrsnittsareal for strømningshastighet inne i rørledningen 5. Tverrsnittsarealet skal forstås som å være et snitt vinkelrett på hovedretningen til strømmen/lengdeaksen til røret.

I et annet eksempel på utførelsesform kan den strømningsbegrensende anordningen 4 være utformet som ytre kjegleformede seksjoner satt sammen for å generere trykktapet ved nedstrømsenden ved 34, se figur 2c, eller ved oppstrømsenden, ved 44 se figur 2d.

Andre alternativer kan gi justerbare trykktap som tilpasses til for eksempel strømningsmengde og trykket i det sirkulerende fluidet, takket være fjærbelastede enheter, en sentral kjegle 74 vist i figur 2g, eller fjærbelastede tilbakeslagsventiler, der flere enheter kan lukke den åpne delen rundt strømningscellen 3 når det ikke er noen strømning og åpner progressivt når fluidet sirkulerer ved 84h og 84i som vist i figur 2h og figur 2i.

Når de anvendes for lysbaserte målinger er mange konfigurasjoner mulige, som beskrevet i figur 3. Utførelsene heri muliggjør mulig en enkelt spredt tilbakekastet og sendt lysanalyse, se figur 3a. Kildekanalen 101 sender en lysstråle inn i celle 3, fanger spredt tilbakekastet lys ved 102 og 106 og sendt lys i 104. Som indikert i figur 3b kan flere kilder også anvendes ved 101, 103 og 105 og spredt tilbakekastet og sendt lys er tatt opp ved 102, 104 og 106, og sendes til analyse i henhold til tidsdel multipleksing eller bølgelengdemultipleksing som kjent innenfor fagområdet. I et slikt tilfelle kan lysemisjon ved 101 103 og 105 være organisert slik at det har sekvensiell emisjon arrangert mellom kildene, eller kildene kan bli demodulert ved bildeanalyse. Med flere kilder fordelt geometrisk kan et 3D-bilde av partikler oppnås. Et stort antall andre kombinasjoner kan bli vurdert.

Mens noen utførelsesformer vedrører anvendelsen av en enkelt målecelle i en rørledning der fluidet som skal overvåkes sirkulerer, tillater andre utførelsesformer praktiske multicelleinstallasjoner.

Figur 4 viser en foretrukket multicelleanordning i form av en flensplate som støtter flere apparater 1. Lett å installere, uten å kreve spesialiserte sveisere og spesielle prosedyrer av stor interesse hvis man er i et brennbart eller eksplosivt miljø slik som vanligvis inntreffer på olje- og gassindustrianlegg, kan en plate være utstyrt med flere måleenheter plassert for eksempel på et uniformt mønster, hver koblet til, for eksempel, lyssendende og følende optiske fibre.

Måleenhetene 12 ', 12" og 12", dvs. et flertall apparater 1, er festet på en plate 6 på nivået til den optiske fiberkoblingen til deres respektive celle. Den flate strukturen har samme form som rørledningen (typisk en disk i et rør), og dimensjoner som tillater at platen kan være del av den flensede koblingen 7 klemt mellom de to rørflenser. Optiske fibre koblet til cellene understøttes av platen 13 og er rettet ut av rørledningen fortrinnsvis gjennom en koblingshub 23, og dermed tillater prefabrikasjon av måleplaten 6 og videre kobling til overvåkings- og analyseapparatet (ikke representert) via andre optiske fibre og standardkoblinger.

Platen kan være utformet for å gi så lite hydraulisk turbulens som mulig (et enkelt gitter som støtter celler og optiske fibere), i hvilket tilfelle vil kjegleseksjonene av apparatet 1 skape nødvendig trykktap. Eller det kan være utformet for å medvirke til trykktapet, sammen med de enkelte trykktapsenheter - se figur 5a og 5b - Den kan til og med være utformet for å erstatte i deres funksjon trykktapkjeglene festet på cellene 3 - se figur 6a og 6b, samt figur 2f.

I figur 5 og figur 6 er platen 6 perforert rundt hver celle 3 ved 7. Innsnevringen som genererer ekstra trykktap i figur 5 resulterer fra en kombinasjon av en stor perforering 7 og en trykktapskjegle som strekker seg mot perforeringen 7. Således er en strømningscelle montert ved hver perforering 7 som muliggjør flere målinger.

I figur 6, er innsnevringen som genererer ekstra trykktap resultat av en perforering 8 (mindre i forhold til 7 siden det ikke er noen trykktapsgenererende forlengelse på cellen 3 rundt cellen 3).

Ettersom apparatet 1 vanligvis har små dimensjoner, de er skjøre, og for én eller flere celleenheter er det foretrukket å prefabrikkere dem. I et slikt tilfelle, og løsningen som er beskrevet basert på en flenseplate er godt tilpasset til dette formålet, kan optiske fibre festes på eller være nedsenket i platematerialet, som kan bearbeides for å produsere eventuelle perforeringer og tillate robuste forankring av cellene. For eksempel kan pleksiglass vurderes som platematerialet. 3D-utskriftsproduksjonsteknikker bør vurderes for slike prefabrikkerte måleplater, som kan se ut som i figur 7.

Apparatet 1 trenger ikke i det hele tatt å være på samme nivå som rørledningen 5. Det kan også være i forskjellige posisjoner langs fluidretningen. For eksempel kan man beregne relativ posisjon til flere apparater 1 rundt et målested slik at man kan optimalisere hydraulikken for hele settet.

Vanligvis, vil apparatet 1 som er plassert i «midten» av strømningen og ta opp en mer representativ prøve enn det en forbikobling (skrått mot periferien av rørledningen 5) ville tillate. Når flere er installert i en gitt seksjon kan apparatet 1 bli spredt jevnt rundt den delen av rørledningen 5, for å få en representativ måling av fluidet. Målingene kan samles (for eksempel kan gjennomsnittet av resultatene av de forskjellige strømningsceller beregnes) eller individualisert hvis fordelingen i røret er av interesse. For å forbedre homogeniteten (og for eksempel unngå partikler i den nedre delen av røret), kan statiske blandere eller blandere legges til oppstrøms.

Utførelsesformene heri er ikke begrenset til de ovenfor beskrevne utførelsesformene. Forskjellige alternativer, modifikasjoner og ekvivalenter kan benyttes. Derfor bør de ovennevnte utførelsesformen ikke oppfattes som å begrense omfanget av utførelsesformene, som er definert ved de vedlagte patentkrav.

Det bør understrekes at uttrykket "omfatter/omfattende" når det brukes i denne beskrivelsen er tatt for å angi tilstedeværelsen av angitte trekk, heltall, trinn eller komponenter, men utelukker ikke tilstedeværelsen eller tillegg av en eller flere andre funksjoner, heltall, trinn, komponenter eller grupper av disse. Det bør også bemerkes at ordene "en" eller "et" i forkant et element ikke utelukker nærværet av en flerhet av slike elementer.

Det bør også understrekes at de fremgansmåtetrinn som er definert i de vedlagte krav kan, uten å avvike fra utførelsesformene heri, utføres i en annen rekkefølge enn den rekkefølge de opptrer i kravene.

Claims (11)

1. Et apparat (1) for å analysere et fluid som strømmer gjennom en rørledning (5), hvilket apparat (1) er plassert inne i rørledningen (5), apparatet (1) omfatter: en strømningscelle (3) utformet med et fluidinnløp (3a) og et fluidutløp (3b) gjennom hvilken minst en del av fluidet strømmer inn og ut, en strømningsbegrensende anordning (4) hvorved den strømningsbegrensende anordningen (4) er konfigurert til å generere et økt trykktap mellom fluidinnløpet (3a) og fluidutløpet (3b), og hvori apparatet (1) videre omfatter minst et optisk transmisjonselement (11) konfigurert til å sende lys emittert fra en lyskilde til å passere gjennom minst en del av fluidet som strømmer gjennom strømningscellen (3) og minst et optisk mottagelseselement (12) som er konfigurert til å motta lyset etter at det har passert gjennom fluidet i strømningscellen (3) og konfigurert til å sende det mottatte lyset slik at fluidet kan analyseres.

2. Apparatet (1) ifølge krav 1, hvori minst en del av den strømningsbegrensende anordningen (4) er tilknyttet strømningscellen (2).

3. Apparatet (1) ifølge ett av kravene 1-2, hvori minst en del av den strømningsbegrensende anordningen (4) er tilknyttet rørledningen (5).

4. Apparatet (1) ifølge ett av kravene 1-3, hvori den strømningsbegrensende anordningen (4) omfatter minst en av en plate og/eller minst en fjærbelastet enhet.

5. Apparatet (1) ifølge ett av kravene 1-4, hvori den strømningsbegrensende anordningen (4) omfatter en begrensning av rørledningens (5) indre diameter.

6. Apparatet (1) ifølge ett av kravene 1-5, hvori det genererte trykktap er i området fra 0,3 til 0,5 ba.

7. Apparatet (1) ifølge ett av kravene 1-6, hvor fluidet er en væske eller en gass.

8. Apparatet (1) ifølge ett av kravene 1-7, hvor apparatet (1) er fremstilt av et materiale med optisk transparente egenskaper.

9. Apparatet (1) ifølge ett av kravene 1-8, hvori den strømningsbegrensende anordningen (4) danner et redusert strømningstverrsnittsareal inne i rørledningen (5).

10. En rørledning (5) som omfatter et fluid og minst et apparat (1) ifølge ett av kravene 1-9.

11. En fremgangsmåte for inline analyse av et fluid i en rørledning (5) ved å bruke et apparat (1), hvilket apparat (1) befinner seg i rørledningen (5), apparatet (1) omfatter en strømningscelle (3) utformet med et fluidinnløp (3a) og et fluidutløp (3b), og apparatet (1) omfatter videre en strømningsbegrensende anordning (4), minst et optisk transmisjonselement (11) og minst et optisk mottakelseselement (12), der fremgangsmåten omfatter: å generere et økt trykktap mellom fluidinnløpet (3a) og fluidutløpet (3b) når minst en del av fluidet strømmer gjennom apparatet (1); å sende lys emittert fra en lyskilde gjennom minst det ene optiske transmisjonselementet (11) slik at det passerer gjennom minst en del av fluidet som strømmer gjennom strømningscellen (3); å motta, med det minst ene optiske mottakelseselementet (12), lyset etter å ha passert gjennom fluidet i strømningscellen (3), og å sende ved å bruke det minst ene optiske mottakelseselementet (12), det mottatte lyset til en analyseenhet slik at fluidet kan analyseres.