NO325399B1

NO325399B1 - Akustisk flerfasemaler

Info

Publication number: NO325399B1
Application number: NO20061486A
Authority: NO
Inventors: Bjorn R Hope
Original assignee: Abbon As
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2008-04-21
Also published as: NO20061486L; WO2007114707A3; WO2007114707A2; RU2008142267A

Abstract

Metode og innretning (10) for å forbedre ultralydmålinger for en flerfasestrøm. Dette oppnås ved å bruke ulike midler for å øke stivheten til innretningen (10).

Description

Introduksjon

Den foreliggende oppfinnelsen omhandler en innretning for å bestemme egenskapene til en flerfasestrømning i et rør hvor strømmen ledes gjennom en innsnevring i innretningen brukt for å generere virvler som kan bli detektert og tolket ved hjelp av sensorinnretning(er) som er akustisk koblet til flerfasestrømmen.

Mer spesifikt beskriver oppfinnelsen konstruksjonsdetaljer ved innretningen som muliggjør at innretningen tilveiebringer forbedrede målresultater sammenlignet med andre innretninger for flerfasemåling.

Bakgrunn for oppfinnelsen

Det finnes ulike målprinsipper for å bestemme egenskapene til fasene som utgjør en flerfasestrøm.

Den foreliggende oppfinnelsen bruker kjente måleprinsipper basert på ultralyd for å karakterisere en flerfasestrøm. Hovedfokuset er måter å forbedre målingene på.

US-5083452 beskriver en metode for å registrere og tolke flerfasestrøm ved å bruke akustiske sensorer. Hovedfokuset er måleprinsippet i seg selv, og ikke måter å forbedre måleresultatene på.

NO-316342 beskriver en metode som bruker det samme måleprinsippet, men med et hovedfokus på å påvirke strømningen ved å justere trykk og strømningshastighet ved reguleringsmidler for å skape stabile og kontrollerte måleforhold.

Det finnes også andre eksempler i tidligere kjent teknikk, hvor ulike fokus har blitt anvendt for å oppnå forbedrete måleresultater. Det finnes publikasjoner som spenner fra designaspekter til selve innsnevringen til signalprosessering.

Den foreliggende oppfinnelsen skiller seg fra tidligere kjent teknikk ved at den fokuserer på dimensjonsaspekter som påvirker stivheten til hovedlegemet til innretningen hvor målingen skal foregå.

Mye innsats, forskning og testing har vist at innretningen i henhold til oppfinnelsen vil gi bedre og mer stabile måleresultater.

Sammendrag av oppfinnelsen

En hensikt med den foreliggende oppfinnelsen er å tilveiebringe en metode for å bestemme egenskapene til en flerfasestrøm i et rør, hvor strømmen blir ledet gjennom en innsnevring i innretningen brukt for å generere virvler som kan bli detektert og tolket ved hjelp av en eller flere sensorinnretninger som er akustisk koblet til flerfasestrømmen.

Oppfinnelsen er karakterisert ved at hoveddelen av veggseksjonen til innretningen er forsterket, for å øke stivheten til innretningen, enten ved å gjøre veggseksjonen til innretningen tykkere enn tilkoblede rør for å transportere flerfasestrømmen oppstrøms og nedstrøms for innretningen, eller ved andre oppstivingsmidler arrangert eksternt i forhold til innretningen.

Oppfinnelsen omfatter også et system og metode for å bruke innretningen beskrevet ovenfor.

Andre karakteristiske trekk og fordeler ved den foreliggende oppfinnelsen vil bli klare i lys av patentkravene og den følgende detaljerte beskrivelsen av eksempelvise utførelser av denne.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Trekkene og fordelene ved den foreliggende oppfinnelsen vil bedre forstås ved hjelp av den følgende beskrivelsen, kravene og tilhørende tegninger hvor: Figur 1 illustrerer et tverrsnitt av en detalj av innretningen installert i en rørledning, og

figur 2 viser et eksempel på videre detaljer av innretningen.

Som nevnt blir innretningen 10 brukt for å bestemme egenskapene for flerfasestrømmen i en rørledning, hvor strømmen blir ledet gjennom en innsnevring 20 i innretningen 10 brukt for å generere virvler som kan detekteres og tolkes ved hjelp av sensorinnretning(er) 30 som er akustisk koblet til flerfasestrømmen.

Hovedtrekkene til oppfinnelsen er at hoveddelen av veggseksjonen 40 til innretningen 10 er forsterket, for å øke stivheten til innretningen 10, enten ved å gjøre veggseksjonen 40 til innretningen 10 tykkere enn de tilkoblete rørledninger 100 som transporterer flerfasestrømmen oppstrøms 110 og nedstrøms 120 for innretningen 10, eller ved andre oppstivingsmidler 50 arrangert eksternt i forhold til innretningen 10.

Det finnes flere aspekter som vil påvirke måleresultatene når en bruker ultralydprinsippet for å bestemme egenskapene til en flerfasestrøm.

Ett aspekt er konstruksjonsdetaljer til innretningen 10 hvor målingene foregår. Formen til innsnevringen er viktige og vil påvirke genereringen av virvler som i sin tur genererer signaler som kan plukkes opp ved hjelp av sensorer, fortrinnsvis til ultralydtransdusere. I de siste ti årene har mye forskning foregått for å optimalisere formen på innsnevringen for å forbedre signalgenereringen til virvlene.

Et annet aspekt er signalprosesseringen hvor tolkningene av signalene foregår, for eksempel hvordan signalene blir behandlet for å utlede ulike karakteristika til strømmen. Dette aspektet er svært komplekst og krever rask prosessering av signalene for å utføre kontinuerlige målinger og karakterisering av egenskapene.

Den foreliggende oppfinnelsen fokuserer på det første nevnte aspektet.

Søkeren har lagt ned mye innsats og forskning for ulike konstruksjonsdetaljer ved innretningen 10 for å kunne oppnå bedre måleresultater enn foreliggende måleinnretninger som bruker ultralydmåleprinsippet. Dette innbefatter ulike innsnevringsdesign og ulike design til selve innretningen 10.

Det ble funnet at bedre måleresultater kan oppnås ved å lage en stabil omgivelse for flerfasestrømmen hvor målingene foregår.

Forsøk og virkelige skalatester har vist at veggtykkelsen til innretningen 10 er en viktig parameter for å oppnå nøyaktige signaler som skal tolkes av signalprosesseringsmidlene. Veggtykkelsen bidrar til stivheten til innretningen 10.

Det finnes flere måter for å øke stivheten til innretning 10.

En foretrukket måte er å gjøre en veggseksjon 40 til innretningen 10 tykkere enn tilkoblete rørledninger 100 som transporterer flerfasestrøm oppstrøms 110 og nedstrøms 120 i forhold til innretningen 10.

En annen måte er å anvende eksterne oppstillingsmidler 50 ved å forbinde et annet hult legeme med et større tverrsnitt enn innretningen 10, noe som gjør innretningen 10 dobbelvegget med et annulært rom 60 mellom veggene 40, 50. Dette legemet kan være et rør eller et hult legeme med samme tverrsnittsform som den eksterne til innretning 10, det vil si innretningen 10 trenger ikke nødvendigvis ha samme sirkulære tverrsnitt, men den øvre og/eller nedre delen av innretningen kan for eksempel flates i regionen hvor ultralydsensorene er plassert.

En annen måte å øke stivheten på er å anvende stenger mellom flensene 55 som er eller ikke trenger å være en del av innretningen 10 i seg selv.

Dersom innretningen 10 er produsert med lenser, kan stenger bli tilpasset og festet mellom dem. Antall stenger brukt kan påvirke stivheten til innretningen 10.

Dersom innretningen 10 ikke er utstyrt med flenser 55, vil stenger kunne tilveiebringe forbindelsesmidler for å feste innretningen 10 mellom flenser som er på rørledningene 100.

Som nevnt over, er en foretrukket utførelse å gjøre veggseksjonen 40 til innretningen 10 tykkere enn tilkoblede rørledninger 100. Dersom innretningen 10 ikke har flenser, er det videre foretrukket å sikre innretningen 10 til rørledningene 100 ved å innføre bolter gjennom hullene i flensene til rørledningene 100 og stramme de til hverandre ved hjelp av gjenger i innretningen 10.

Et videre foretrukket design av innretningen 10 er å lage en innretning hvor innsnevringen 20 til innretningen 10 er laget i et stykke med det samme materialet.

I et annet design utgjøres innsnevringen 20 og innretningen 10 av to separate deler, og hvor innsnevringen 20 har en rørledningsseksjon 25 som strekker seg i store trekk gjennom innretningen, for derved å bidra til veggtykkelsen av innretningen 10.

For å kunne bestemme strømningskarakteristikkene til en flerfasestrøm, innbefattende strømningshastighet, må både ultralydsensoren 30 og trykksensorer 35, 38 bli brukt.

Trykksensorene 35, 38 må plasseres oppstrøms og nedstrøms for innsnevringen 20.

Lokaliseringen av ultralydsensoren 30 er vesentlig for å kunne oppnå en optimal akustisk kobling til de genererte virvlene.

I en foretrukket utførelse, er en eller flere fordypninger 35 gjort i innsnevringsseksjonen 20 til innretningen 10 for å holde ultralydsensor(er) 30. Dette vil både bidra til å beskytte ultralydsensorene 30, og forbedre den akustiske koblingen til genererte virvler. Ultralydsensor(er) kan enten bli limt til fordypningen 35 eller fortrinnsvis festet ved hjelp av skruer.

I én utførelse, er hull 45 drillet i overflaten 48 til innretningen 10 for å feste ultralydsensoren 30 og/eller måleinstrumentering.

Overflaten til innretningen 10 kan også bli beskyttet med et dekklag for derved å gjøre innretningen mer robust mot ekstern slitasje.

Den foreliggende oppfinnelsen omfatter også et system for å bestemme egenskapene til en flerfasestrøm i en rørledning omfattende innretningen 10 beskrevet over, en eller flere ultralydsensorer 30 koblet til flerfasestrømmen, midler 35, 38 for å måle trykkforskjellene oppstrøms 110 og nedstrøms 120 for innsnevringen 20, signalmottakene og prosesserende midler forbundet til ultralydsensorene 30, og signaltolkende midler for å utlede egenskapene til flerfasestrømmen.

Oppfinnelsen er videre beskrevet ved en metode for å bestemme egenskapene til flerfasestrømmen i en rørledning, hvor strømmen blir ledet gjennom en innsnevring 20 i innretningen 10 beskrevet over for å generere virvler som kan bli detektert og tolket ved hjelp av ultralydsensor(er) 30 som er akustisk koblet til flerfasestrømmen, og hvor metoden omfatter å tolke de akustiske signalene generert i flerfasestrømmen ved: - å bruke en eller flere akustiske sensorer for å motta signaler i frekvensområdet 0-2000kHz; - å anvende signalbehandlingsmidler for å produsere tolkbare signaler i frekvensområdet; - å bruke multivariant dataanalyse på dataene for å utlede egenskapene til flerfasestrømmen.

Mens den foregående spesifikasjonen av oppfinnelsen har blitt beskrevet med hensyn til en spesifikk foretrukket utførelse, og detaljer har blitt fremsatt med det formål å illustrere, er det åpenbart for en fagperson på området at oppfinnelsen kan varieres og at visse andre detaljer beskrevet her kan variere betraktelig uten å avvike fra hovedprinsippene til oppfinnelsen.

Claims

1. Innretning (10) brukt for å bestemme egenskapene til en flerfasestrømning i en rørledning, hvor strømningen blir ledet gjennom en innsnevring (20) i innretningen (10), brukt for å generere virvler som kan bli detektert og tolket ved hjelp av ultralydsensor(er) (30) som er akustisk koblet til flerfasestrømmen, karakterisert ved at hoveddelen til veggseksjonen (40) til innretningen (10) er forsterket, for å kunne øke stivheten til innretningen (10), enten ved å gjøre veggtykkelsen (40) til innretningen (10) tykkere enn de tilkoblede rørledninger (100) som transporterer flerfasestrømmen oppstrøms (110) og nedstrøms (120) i forhold til innretningen (10), eller ved andre oppstivningsmidler (50) arrangert eksternt i forhold til innretningen (10).

2. Innretning (10) i henhold til krav 1, karakterisert ved at innsnevringen (20) og innretningen (10) lages i et stykke av det samme materialet.

3. Innretning (10) i henhold til krav 1, karakterisert ved at de eksterne oppstivingsmidlene (50) blir laget ved å forbinde en hul del med større tverrsnitt, som gjør innretningen (10) dobbeltvegget med annulært rom (60) mellom veggene (40, 50).

4. Innretning (10) i henhold til krav 1, karakterisert ved at de eksterne oppstivingsmidlene (50) blir laget ved å anvende stenger mellom flensene (55) som er eller ikke trenger være en del av innretningen (10).

5. Innretning (10) i henhold til krav 1, karakterisert ved at innsnevringen (20) og innretningen (10) blir laget fra to separate deler, og hvor innsnevringen (20) har en rørledningsseksjon (25) som strekker seg i store trekk gjennom innretningen (10), for derved å bidra til veggtykkelsen til innretningen (10).

6. Innretning (10) i henhold til krav 1 og 2, karakterisert ved at det er en eller flere fordypninger (35) i innsnevringsseksjonen (20) til innretningen (10) for å holde ultralydsensor(er) (30), for derved å forbedre den akustiske koblingen til sensorene (30) for å generere virvler.

7. Innretning (10) i henhold til krav 1 og 2, karakterisert ved at hull (45) blir boret i overflaten (48) til innretningen (10) for å feste ultralydsensorer (30) og/eller måleinstrumentering.

8. Innretning (10) i henhold til krav 1, karakterisert ved at overflaten til innretningen er beskyttet med et dekklag som gjør at innretningen er mer robust mot ekstern slitasje.

9. System brukt for å bestemme egenskapene til en flerfasestrøm i en rørledning, karakterisert ved at systemet omfatter en innretning (10) i henhold til kravene 1-8, en eller flere ultralydsensorer (30) koblet til flerfasestrømmen, midler (35, 38) for å måle trykkforskjellen oppstrøms (110) og nedstrøms (120) i forhold til innsnevringen (20), signalmottakene midler forbundet til ultralydsensorene (30) og signaltolkende midler for å utlede egenskapere til flerfasestrømmen.

10. Metode for å bestemme egenskapene til flerfasestrøm i rørledning, hvor strømmen blir ledet gjennom en innsnevring (20) i innretningen (10) i henhold til kravene 1-8 for å kunne generere virvler som kan bli detektert og tolket ved hjelp av ultralydsensorer (30) som er akustisk koblet til flerfasestrømmen, og hvor metoden omfatter å tolke de akustiske signalene generert i flerfasestrømmen, karakterisert ved at metoden omfatter trinnene: - å bruke en eller flere akustiske sensorer for å motta signaler i frekvensområdet 0-2000kHz; - å anvende signalbehandlingsmidler for å produsere tolkbare signaler i frekvensdomenet; - å bruke multivariat dataanalyse på dataene for å utlede egenskapene til flerfasestrømmen.