МНОГОКАНАЛЬНАЯ РАСХОДОМЕРНАЯ ТРУБКА
MULTICHANNEL FLOW METER TUBE

Область техники, к которой относится настоящее изобретение
Варианты осуществления, описанные ниже, относятся к вибрационным датчикам, а более конкретно к многоканальной расходомерной трубке.
Предшествующий уровень техники настоящего изобретения
Широко известны вибрационные измерители, такие как, например, вибрационные плотномеры и расходомеры Кориолиса, которые используют для измерения массового расхода и другой информации, связанной с материалами, проходящими по трубке в вибрационном измерителе. Иллюстративные расходомеры Кориолиса раскрыты в патенте США 4,109,524, в патенте 4,491,025 и Re. 31,450. Эти вибрационные измерители имеют измерительные узлы с одной или более трубками прямой или изогнутой конфигурации. Конфигурация каждой трубки в массовом расходомере Кориолиса, например, имеет набор режимов натуральных вибраций, которые могут относиться к типу простого изгиба, скручивания или объединенному типу. Каждую трубку можно приводить в действие с колебанием в предпочтительном режиме. Когда поток через расходомер отсутствует, движущая сила, прикладываемая к трубке (трубкам), вызывает колебание всех точек вдоль трубки (трубок) с идентичной фазой или с маленьким «нулевым смещением», которым является временная задержка, измеренная при нулевом потоке.
Когда материал начинает проходить по трубке (трубкам), силы Кориолиса являются причиной того, что каждая точка вдоль трубки (трубок) имеет иную фазу. Например, фаза на впускном конце расходомера отстает от фазы в централизованном положении драйвера, в то время как фаза на выпуске опережает фазу в централизованном положении драйвера. Преобразователи на трубке (трубках) создают синусоидальные сигналы, отображающие движения трубки (трубок). Сигналы, выходящие из преобразователей, обрабатывают для определения временной задержки между преобразователями. Временная задержка между двумя или более преобразователями пропорциональна величине массового расхода материала, проходящего по трубке (трубкам).
Измерительный электронный прибор, соединенный с драйвером, генерирует управляющий сигнал для управления драйвером, а также для определения величины массового расхода и/или других свойств обрабатываемого материала из сигналов, получаемых от преобразователей. Драйвер может представлять собой одно из множества хорошо известных устройств; однако, в секторе производства расходомеров большой успех имеют магнит и противоположная задающая катушка. Переменный ток пропускают в задающую катушку, чтобы вызывать вибрацию трубки (трубок) с необходимой амплитудой и частотой трубки. Также в данной области известно предоставление преобразователей в виде устройства с магнитом и катушкой очень похожего на управляющее устройство.
Общей проблемой применения расходомеров Кориолиса является захваченный газ. Произведены усовершенствования расходомеров, которые улучшают эффективность в присутствии газа. Они включают улучшенную обработку аварийных сигналов, более хорошую обработку сигналов и подавление шума, расширенный режим разделения и т.д. Однако, точное многофазное измерение все еще может быть проблемой вследствие трех главных механизмов ошибок - разделения текучих сред, влияния скорости звука (VOS) и асимметричного демпфирования. Может быть невозможно компенсировать эти механизмы ошибок без знания конкретных параметров, включая размер пузырьков, долю пустот, вязкость жидкости, скорость звука и давление. Влияние профиля потока является еще одной проблемной областью для всех типов расходомеров, включая большие расходомеры Кориолиса. Когда число Рейнольда низкое, обычно вследствие высокой вязкости, имеется влияние, связанное с профилем потока, которое вызывает снижение чувствительности расходомеров Кориолиса. Большие измерители, которые имеют меньшее отношение длины трубки к диаметру трубки, более подвержены неблагоприятным воздействиям. Большим измерителям также требуются более толстые стенки трубки для содержания текучих сред с высоким давлением. Соответственно, имеется потребность в расходомерных трубках с меньшим отношением длины трубки к диаметру трубки и в расходомерах, которые могут точно измерять расход текучей среды. Такие решения можно выполнить с многоканальной расходомерной трубкой.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
Предоставлен вибрационный измеритель, содержащий многоканальную расходомерную трубку. Согласно варианту осуществления вибрационный измеритель содержит измерительный электронный прибор и измерительный узел, соединенный с возможностью передачи данных с измерительным электронным прибором. Измерительный узел содержит многоканальную расходомерную трубку, содержащую два или более канала для текучей среды, окруженных стенкой трубки. Два или более канала для текучей среды и стенка трубки имеют единую общую конструкцию. Измерительный узел также содержит драйвер, соединенный с многоканальной расходомерной трубкой. Драйвер выполнен с возможностью вызывать вибрацию многоканальной расходомерной трубки. Два или более канала для текучей среды и стенка трубки выполнены с возможностью деформации в том же самом направлении, что и единая общая конструкция в ответ на управляющий сигнал, подаваемый драйверу.
Предоставлен способ измерения текучей среды многоканальной расходомерной трубкой. Согласно аспекту способ включает разделение текучей среды в два или более канала для текучей среды в многоканальной расходомерной трубке, окруженных стенкой трубки, при этом два или более канала для текучей среды и стенка трубки имеют единую общую конструкцию. Способ также включает подачу управляющего сигнала драйверу, соединенному с многоканальной расходомерной трубкой, причем драйвер выполнен с возможностью вызывать вибрацию многоканальной расходомерной трубки. Способ также включает деформацию двух или более каналов для текучей среды и стенки трубки в том же самом направлении, что и единая общая конструкция в ответ на управляющий сигнал, подаваемый драйверу, и измерение отклонения многоканальной расходомерной трубки датчиком, прикрепленным к многоканальной расходомерной трубке.
Предоставлен способ измерения текучей среды многоканальной расходомерной трубкой. Согласно аспекту способ включает измерение плотности текучей среды многоканальной расходомерной трубкой, определение доли газовых пустот, используя измеренную плотность, и компенсацию измерения расхода, используя долю газовых пустот.
Аспекты
Согласно аспекту вибрационный измеритель (5) содержит многоканальную расходомерную трубку (130), вибрационный измеритель (5) содержит измерительный электронный прибор (20) и измерительный узел (10), соединенный с возможностью передачи данных с измерительным электронным прибором (20). Измерительный узел (10) содержит многоканальную расходомерную трубку (130, 330, 430, 530), содержащую два или более канала (132, 332, 432, 532) для текучей среды, окруженных стенкой (134, 334, 434, 534) трубки. Два или более канала (132, 332, 432, 532) для текучей среды и стенка (134, 334, 434, 534) трубки имеют единую общую конструкцию. Измерительный узел (10) также содержит драйвер (180), соединенный с многоканальной расходомерной трубкой (130, 330, 430, 530). Драйвер (180) выполнен с возможностью вызывать вибрацию многоканальной расходомерной трубки (130, 330, 430, 530). Два или более канала (132, 332, 432, 532) для текучей среды и стенка (134, 334, 434, 534) трубки выполнены с возможностью деформации в том же самом направлении, что и единая общая конструкция в ответ на управляющий сигнал, подаваемый драйверу (180).
Предпочтительно, два или более канала (132) для текучей среды образованы одной или более разделительными стенками (136) каналов, имеющими плоскую форму, проходящими вдоль продольной длины многоканальной расходомерной трубки (130).
Предпочтительно, два или более канала (432, 532) для текучей среды образованы трубками-каналами (436, 536), прикрепленными друг к другу и проходящими вдоль продольной длины многоканальной расходомерной трубки (430, 530).
Предпочтительно, два или более канала (132, 332, 432, 532) для текучей среды по существу параллельны друг другу.
Предпочтительно, каждый из двух или более каналов (132, 332, 432, 532) для текучей среды имеет по меньшей мере одно из прямоугольного поперечного сечения и круглого поперечного сечения.
Предпочтительно, продольная длина двух или более каналов (132, 332, 432, 532) для текучей среды по существу равна продольной длине вибрационной части многоканальной расходомерной трубки (130, 330, 430, 530).
Предпочтительно, продольная длина стенки (134, 334, 434, 534) трубки по существу равна продольной длине двух или более каналов (132, 332, 432, 532) для текучей среды.
Согласно аспекту способ измерения текучей среды многоканальной расходомерной трубкой включает разделение текучей среды в два или более канала для текучей среды в многоканальной расходомерной трубке, окруженных стенкой трубки, при этом два или более канала для текучей среды и стенка трубки имеют единую общую конструкцию. Способ также включает подачу управляющего сигнала драйверу, соединенному с многоканальной расходомерной трубкой, причем драйвер выполнен с возможностью вызывать вибрацию многоканальной расходомерной трубки. Способ также включает деформацию двух или более каналов для текучей среды и стенки трубки в том же самом направлении, что и единая общая конструкция в ответ на управляющий сигнал, подаваемый драйверу, и измерение отклонения многоканальной расходомерной трубки датчиком, прикрепленным к многоканальной расходомерной трубке.
Предпочтительно, разделение текучей среды в два или более канала для текучей среды включает отделение газового компонента текучей среды в один из двух или более каналов для текучей среды.
Предпочтительно, разделение текучей среды в два или более канала для текучей среды включает наполнение поперечного сечения одного из двух или более каналов для текучей среды газовым компонентом текучей среды.
Предпочтительно, подача управляющего сигнала драйверу, соединенному с многоканальной расходомерной трубкой, включает подачу управляющего сигнала драйверу, соединенному со стенкой трубки, при этом два или более канала для текучей среды образованы одной или более разделительными стенками каналов, имеющими плоскую форму, проходящими вдоль продольной длины многоканальной расходомерной трубки.
Предпочтительно, подача управляющего сигнала драйверу, соединенному с многоканальной расходомерной трубкой, включает подачу управляющего сигнала драйверу, соединенному со стенкой трубки, при этом два или более канала для текучей среды образованы трубками-каналами, прикрепленными друг к другу и проходящими вдоль продольной длины многоканальной расходомерной трубки.
Предпочтительно, деформация двух или более каналов для текучей среды и стенки трубки в одном и том же направлении включает деформацию двух или более каналов для текучей среды по продольной длине, которая по существу равна продольной длине вибрационной части многоканальной расходомерной трубки.
Предпочтительно, деформация двух или более каналов для текучей среды и стенки трубки в одном и том же направлении включает деформацию стенки трубки по продольной длине, которая по существу равна продольной длине двух или более каналов для текучей среды.
Согласно аспекту способ измерения текучей среды многоканальной расходомерной трубкой включает измерение плотности текучей среды многоканальной расходомерной трубкой, определение доли газовых пустот, используя измеренную плотность, и компенсацию измерения расхода, используя долю газовых пустот.
Предпочтительно, определение доли газовых пустот, используя измеренную плотность, включает определение доли газовых пустот из заданной корреляции между измерением плотности и долей газовых пустот.
Предпочтительно, компенсация измерения расхода включает определение погрешности расхода из заданной корреляции между погрешностью расхода и долей газовых пустот и компенсации измерения расхода, используя погрешность расхода.
Краткое описание фигур
Один и тот же ссылочный номер представляет один и тот же элемент на всех фигурах. Должно быть понятно, что фигуры не обязательно изображены в масштабе.
На фиг. 1 представлен вибрационный измеритель 5 с многоканальной расходомерной трубкой 130 согласно варианту осуществления.
На фиг. 2 представлено поперечное сечение многоканальной расходомерной трубки 130, показанной на фиг. 1 согласно варианту осуществления.
На фиг. 3 представлено поперечное сечение еще одной многоканальной расходомерной трубки 330 согласно варианту осуществления.
На фиг. 4 представлено поперечное сечение еще одной многоканальной расходомерной трубки 430 согласно варианту осуществления.
На фиг. 5 представлено поперечное сечение еще одной многоканальной расходомерной трубки 530 согласно варианту осуществления.
На фиг. 6 представлен график 600 показания в процентах погрешности массы стандартной расходомерной трубки, имеющей относительно маленький диаметр ¼ʺ.
На фиг. 7 представлен график 700, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями плотности и долей газовых пустот для стандартной расходомерной трубки без двух или более каналов для текучей среды («базовый уровень плотности»).
На фиг. 8 представлен график 800, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями плотности и долей газовых пустот для многоканальной расходомерной трубки с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 3, согласно варианту осуществления («одноосевая стенка разделения по плотности»).
На фиг. 9 представлен график 900, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями величины массового расхода и долей газовых пустот для стандартной расходомерной трубки без двух или более каналов для текучей среды («базовый уровень массы»).
На фиг. 10 представлен график 1000, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями величины массового расхода и долей газовых пустот для многоканальной расходомерной трубки с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 2, согласно варианту осуществления («одноосевая стенка разделения по массе»).
На фиг. 11 представлен график 1100, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями величины объемного расхода и долей газовых пустот для стандартной расходомерной трубки («базовый уровень объема»).
На фиг. 12 представлен график 1200, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями величины объемного расхода и долей газовых пустот для многоканальной расходомерной трубки с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 2, согласно варианту осуществления («одноосевая стенка разделения по объему»).
На фиг. 13 представлен способ 1300 измерения текучей среды многоканальной расходомерной трубкой.
На фиг. 14 представлен еще один способ 1400 измерения текучей среды многоканальной расходомерной трубкой.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
На фиг. 1-14 и в последующем описании представлены конкретные примеры для пояснения специалистам в данной области, как получить и использовать наилучший режим вариантов осуществления многоканальной расходомерной трубки. С целью изложения принципов изобретения, некоторые традиционные аспекты были упрощены или пропущены. Специалистам в данной области будут понятны варианты этих примеров, которые попадают в объем настоящего описания. Специалистам в данной области должно быть понятно, что описанные ниже признаки можно различными способами комбинировать с образованием множества вариантов многоканальной расходомерной трубки. В результате описанные ниже варианты осуществления ограничены не конкретными примерами, описанными ниже, но только формулой изобретения и ее эквивалентами.
Вибрационный измеритель содержит измерительный электронный прибор, который соединен с возможностью передачи данных с измерительным узлом. Многоканальная расходомерная трубка является частью измерительного узла. Многоканальная расходомерная трубка содержит два или более канала для текучей среды. С многоканальной расходомерной трубкой соединен драйвер, который выполнен с возможностью вызывать вибрацию многоканальной расходомерной трубки. Два или более канала для текучей среды выполнены с возможностью изгиба в том же самом направлении, что и единая конструкция, в ответ на управляющий сигнал, подаваемый драйверу. Два или более канала для текучей среды, которые окружены стенкой трубки, можно образовать, например, путем экструзии, 3D печати, пайки трубок-каналов и т.д.
Эффективный диаметр двух или более каналов для текучей среды меньше, чем диаметр стенки трубки. Вследствие того, что эффективный диаметр многоканальной расходомерной трубки меньше, чем диаметр стенки трубки, можно улучшить проблемы эффективности, связанные со сжимаемостью, разделением и влиянием профиля потока. Эти усовершенствования могут приводить к более точным измерениям расхода, чем измерения стандартной расходомерной трубкой. Кроме того, можно улучшить устойчивость к давлению многоканальной расходомерной трубки по сравнению со стандартной расходомерной трубкой. В результате вибрационный расходомер может быть менее дорогим, чем множество многофазных технологий, с использованием методик более простого изготовления, обеспечивая в то время как также точные измерения скоростей многофазных потоков.
Система вибрационного датчика
На фиг. 1 представленвибрационный измеритель 5 с многоканальной расходомерной трубкой 130 согласно варианту осуществления. Как показано на фиг. 1, вибрационный измеритель 5 содержит измерительный узел 10 и измерительный электронный прибор 20. Измерительный узел 10 реагирует на величину массового расхода и плотность обрабатываемого материала. Измерительный электронный прибор 20 соединен с измерительным узлом 10 проводами 100 для предоставления информации о плотности, величине массового расхода и температуре по пути 26, а также другой информации. Описана конструкция расходомера Кориолиса, хотя специалистам в данной области понятно, что настоящее изобретение можно реализовать на практике в виде плотномера с вибрационной трубкой, камертонного плотномера и тому подобное.
Измерительный узел 10 содержит пару коллекторов 150 и 150', фланцы 103 и 103', имеющие воротники 110 и 110' фланцев, пару параллельных многоканальных расходомерных трубок 130 и 130', драйвер 180, температурный датчик (RTD) 190 сопротивления и пару измерительных преобразователей 170l и 170r. Многоканальные расходомерные трубки 130 и 130' имеют два по существу прямых впускных колена 131, 131' и выпускных колена 133, 133', которые сходятся друг к другу в установочных блоках 120 и 120' расходомерных трубок. Многоканальные расходомерные трубки 130, 130' сгибаются в двух симметричных местах по своей длине и являются по существу параллельными на протяжении своей длины. Пластины-скобы 140 и 140' служат для образования осей W и W', вокруг которых колеблется каждая многоканальная расходомерная трубка 130, 130'. Колена 131, 131' и 133, 133' многоканальных расходомерных трубок 130, 130' неподвижно прикреплены к установочным блокам 120 и 120' расходомерных трубок, а эти блоки, в свою очередь, неподвижно прикреплены к коллекторам 150 и 150'. Это обеспечивает непрерывный закрытый путь для материала через измерительный узел 10.
Когда фланцы 103 и 103', имеющие отверстия 102 и 102', соединены через впускной конец 104 и выпускной конец 104' в технологическую линию (не показано), которая несет обрабатываемый материал, подлежащий измерению, материал поступает во впускной конец 104 измерителя через отверстие 101 во фланце 103 и проходит через коллектор 150 в установочный блок 120 расходомерной трубки, имеющий поверхность 121. Внутри коллектора 150 материал делится и направляется через многоканальные расходомерные трубки 130, 130'. При выходе из многоканальных расходомерных трубок 130, 130' обрабатываемый материал воссоединяется в один поток внутри установочного блока 120' расходомерной трубки, имеющего поверхность 121' и коллектор 150', а после этого направляется в выпускной конец 104', соединенный фланцем 103', имеющим отверстия 102' в технологическую линию (не показано).
Многоканальные расходомерные трубки 130, 130' выбирают и надлежащим образом устанавливают в установочные блоки 120, 120' расходомерных трубок для того, чтобы иметь по существу одинаковое распределение массы, моменты инерции и модуль Юнга вокруг осей W--W и W'--W' изгиба, соответственно. Эти оси изгиба проходят через пластины-скобы 140, 140'. Поскольку модуль Юнга расходомерных трубок изменяется с температурой, и это изменение влияет на расчет потока и плотности, в многоканальную расходомерную трубку 130' устанавливают RTD 190 для непрерывного измерения температуры многоканальной расходомерной трубки 130'. Температуру многоканальной расходомерной трубки 130' и, следовательно, напряжение, возникающее в RTD 190, для данного тока, проходящего через него, регулируют температурой материала, проходящего через многоканальную расходомерную трубку 130'. Зависящее от температуры напряжение, возникающее в RTD 190, используют хорошо известным способом в измерительном электронном приборе 20 для компенсации изменения упругого модуля многоканальных расходомерных трубок 130, 130' вследствие любых изменений температуры расходомерной трубки. RTD 190 соединен с измерительным электронным прибором 20 проводом 195.
Обе многоканальные расходомерные трубки 130, 130' приводятся в действие драйвером 180 в противоположных направлениях вокруг их соответствующих осей W и W' изгиба и в так называемом первом режиме расходомера с изгибом в разных фазах. Это драйвер 180 может представлять собой любое одно из множества хорошо известных устройств, таких как магнит, установленный в многоканальную расходомерную трубку 130', и противоположная катушка, установленная в многоканальную расходомерную трубку 130, и через которую пропускают переменный ток, чтобы вызвать вибрацию обеих многоканальных расходомерных трубок 130, 130'. Измерительный электронный прибор 20 подает подходящий управляющий сигнал по проводу 185 в драйвер 180.
Измерительный электронный прибор 20 принимает сигнал температуры RTD по проводу 195 и сигналы левого и правого датчиков, поступающих по проводам 165l, 165r, соответственно. Измерительный электронный прибор 20 создает управляющий сигнал, поступающий по проводу 185 в драйвер 180, и вызывает вибрацию многоканальных расходомерных трубок 130, 130'. Измерительный электронный прибор 20 обрабатывает сигналы левого и правого датчиков и сигнал RTD для вычисления величины массового расхода и плотности материала, проходящего через измерительный узел 10. Эта информация, наряду с другой информацией, подается измерительным электронным прибором 20 по пути 26 в качестве сигнала.
Многоканальные расходомерные трубки 130, 130' имеют множество каналов для текучей среды, по которым может проходить материал, такой как многофазная текучая среда. То есть, текучая среда, проходящая через многоканальные расходомерные трубки 130, 130', проходит через два или более канала для текучей среды. Многоканальные расходомерные трубки 130, 130' улучшают погрешности при многофазном измерении за счет решения проблем, связанных с разделением текучей среды, влиянием скорости звука (VOS) и асимметричным демпфированием. Многоканальные расходомерные трубки 130, 130' могут уменьшать эти механизмов ошибок без знания конкретных параметров, включая размер пузырьков, долю пустот, вязкость жидкости, скорость звука и давление. Многоканальные расходомерные трубки 130, 130' также уменьшают влияние профиля потока, которое является еще одной проблемной областью для всех типов вибрационных измерителей, за счет эффективного увеличения отношения длины (L) трубки к диаметру (D) трубки, как объяснено более подробно далее.
Поперечные сечения
На фиг. 2 представлено поперечное сечение многоканальной расходомерной трубки 130, показанной на фиг. 1, согласно варианту осуществления. Также показана эталонная система координат с осями x и y. Многоканальная расходомерная трубка 130 содержит два или более канала 132 для текучей среды. Как показано на фиг. 1, два или более канала 132 для текучей среды расположены внутри стенки 134 трубки. Два или более канала 132 для текучей среды образованы разделительными стенками 136 каналов внутри стенки 134 трубки. Разделительные стенки 136 каналов лежат в плоскости, параллельной одной оси. Как показано, разделительные стенки 136 каналов образованы в плоскостях, перпендикулярных оси x эталонной системы координат.
На фиг. 3 представлено поперечное сечение еще одной многоканальной расходомерной трубки 330 согласно варианту осуществления. Также показана эталонная система координат с осями x и y. Многоканальная расходомерная трубка 330 содержит два или более канала 332 для текучей среды. Как показано на фиг. 3, два или более канала 332 для текучей среды расположены внутри стенки 334 трубки. Два или более канала 332 для текучей среды образованы разделительными стенками 336 каналов внутри стенки 334 трубки. Разделительные стенки 336 каналов лежат в плоскостях, параллельных осям x и y. Разделительные стенки 336 каналов перпендикулярны друг другу. Разделительные стенки 336 каналов как параллельны, так и перпендикулярны осям x и y эталонной системы координат.
На фиг. 4 представлено поперечное сечение еще одной многоканальной расходомерной трубки 430 согласно варианту осуществления. Также показана эталонная система координат с осями x и y. Многоканальная расходомерная трубка 430 содержит два или более канала 432 для текучей среды. Для ясности упомянут только один из двух или более каналов 432 для текучей среды. Как показано на фиг. 4, два или более канала 432 для текучей среды расположены внутри стенки 434 трубки. Два или более канала 432 для текучей среды образованы трубками-каналами 436 внутри стенки 434 трубки. Многоканальная расходомерная трубка 430 представляет собой трубный пучок. Другими словами, многоканальная расходомерная трубка 430 образована пучком трубок-каналов 436, выполненных с возможностью прохождения в виде единой конструкции. Более конкретно, каждые две верхние и две нижние трубки-каналы 436 образуют плоскость, параллельную оси x эталонной системы координат. Аналогично, каждые две левые и две правые трубки-каналы 436 образуют плоскость, параллельную оси y эталонной системы координат.
На фиг. 5 представлено поперечное сечение еще одной многоканальной расходомерной трубки 530 согласно варианту осуществления. Многоканальная расходомерная трубка 530 содержит два или более канала 532 для текучей среды. Для ясности упомянут только один из двух или более каналов 532 для текучей среды. Как показано на фиг. 5, два или более канала 532 для текучей среды расположены внутри стенки 534 трубки. Два или более канала 532 для текучей среды образованы трубками-каналами 536, расположенными внутри стенки 534 трубки. Многоканальная расходомерная трубка 530 представляет собой трубный пучок. Другими словами, многоканальная расходомерная трубка 530 образована пучком трубок-каналов 536, выполненных с возможностью прохождения в виде единой конструкции. Трубки-каналы 536 расположены концентрически вокруг продольной оси стенки 534 трубки.
В этих и других вариантах осуществления два или более канала 132, 332-532 для текучей среды выполнены с возможностью изгиба в том же самом направлении, что и единая конструкция, в ответ на управляющий сигнал, подаваемый драйверу 180. Например, со ссылкой на два или более канала 332 для текучей среды, показанные на фиг. 3, стенка 334 трубки окружает два или более канала 332 для текучей среды. В результате стенка 334 трубки деформируется (например, сгибается) в ответ на силу, прикладываемую драйвером 180 к стенке 334 трубки. Как показано на фиг.1, драйвер 180 прикладывает силу в направлении, перпендикулярном плоскостям, образованным разделительными стенками 136 каналов. Разделительные стенки 136 каналов имеют плоскую форму, которая проходит вдоль продольной длины многоканальной расходомерной трубки 130.
Два или более канала 132, 332-532 для текучей среды проходят продольно параллельно друг другу и стенке 134, 334-534 трубки. То есть, продольная длина (например, длина, проходящая между установочными блоками 120, 120' расходомерных трубок) двух или более каналов 132, 332-532 для текучей среды и стенки 134, 334-534 трубки параллельны друг другу. Продольная длина может быть такой же, как у вибрационной части многоканальной расходомерной трубки 130, 330-530 (например, длина между пластинами-скобами 140, 140'). Однако, в альтернативных вариантах осуществления два или более канала для текучей среды могут быть не параллельны друг другу и/или стенке трубки. Например, альтернативные два или более канала для текучей среды могут быть закручены друг относительно друга и/или стенки трубки. Дополнительно или альтернативно, продольная длина стенки трубки может быть не равна продольной длине двух или более каналов для текучей среды.
Поперечные сечения, показанные на фигурах 2-5, проходят вдоль продольной длины многоканальных расходомерных трубок 130, 330-530. То есть, поперечные сечения состоят из приблизительно впускного конца 104 и выпускного конца 104' вибрационного измерителя 5. Однако, в альтернативных вариантах осуществления поперечные сечения могут варьировать на протяжении продольной длины многоканальных расходомерных трубок 130, 330-530. Например, альтернативная многоканальная расходомерная трубка может иметь поперечное сечение, показанное на фиг. 2, около впускного конца и выпускного конца и поперечное сечение, показанное на фиг. 3, в центральной части альтернативной расходомерной трубки. В еще одном альтернативном варианте осуществления поперечные сечения могут закручиваться в спираль вдоль продольной длины многоканальной расходомерной трубки 130, 330-530. Закручивание поперечного сечения в спираль может заставлять многоканальную расходомерную трубку 130, 330-530 выступать в качестве центрифуги в многофазной текучей среде и направлять тяжелую жидкость к одной стороне (например, внешней стороне) каждого из двух или более каналов 132, 332-532 для текучей среды.
Для некоторых преимуществ, достигаемых при использовании многоканальной расходомерной трубки 130, 330-530, поперечные сечения требуются только в некоторых местах внутри многоканальной расходомерной трубки 130, 330-530, например, в местах большой вибрационной деформации. Таким образом, в некоторых вариантах осуществления поперечные сечения можно использовать только в конкретных местах внутри многоканальной расходомерной трубки 130, 330-530. Для того, чтобы уменьшить падение давления через многоканальную расходомерную трубку 130, 330-530, в других местах можно использовать круглое поперечное сечение без двух или более каналов 132, 332-532 для текучей среды.
Поперечные сечения, показанные на фигурах 2-5, также являются симметричными. То есть, поперечные сечения являются зеркальными отражениями вокруг оси x и оси y эталонной системы координат. Однако, в альтернативных вариантах осуществления поперечные сечения могут быть несимметричными вокруг оси x и/или y эталонной системы координат. Например, альтернативная расходомерная трубка может иметь в верхней части двухосевые разделительные стенки, похожие на те, что показаны на фиг. 3, а в нижней части одноосевые разделительные стенки расходомерной трубки, похожие на те, что показаны на фиг. 2. Поперечные сечения также могут содержать разделительные стенки, например, от четырех каналов 432 для текучей среды, показанных на фиг. 4, до семи каналов 532 для текучей среды, показанных на фиг. 5, по длине альтернативной расходомерной трубки.
Поперечные сечения, показанные на фигурах 2-5, можно образовать за счет использования любых подходящих материалов и способов. Например, поперечные сечения, показанные на фигурах 2 и 3, можно образовать в виде единой общей конструкции посредством 3-D печати, экструзии и т.д. Поперечные сечения, показанные на фиг. 4 и 5, можно образовать посредством вставки в стенку 434-534 трубки трубок-каналов 436-536. После вставки трубок-каналов 436-536 в стенку 434-534 трубки в трубки-каналы 436-536 можно вставить множество сердечников для надавливания на стенку во время сгибания многоканальных расходомерных трубок 130, 330-530. Это может подстраховать от эрозии трубок-каналов 436-536. Материалом, используемым для образования многоканальных расходомерных трубок 130, 330-530 может быть любой подходящий материал, такой как пластмасса, металл и т.д.
Материалы и способы, используемые для образования поперечных сечений, показанных на фигурах 2-5, могут образовать два или более канала 132, 332-532 для текучей среды в виде единой общей конструкции. Например, за счет экструдирования многоканальной расходомерной трубки 130, показанной на фиг. 2, стенка 134 трубки и разделительные стенки 136 каналов представляют собой единую конструкцию. Например, стенка 134 трубки и разделительные стенки 136 каналов образованы в виде единой детали или единого структурного целого. Аналогично, трубки-каналы 436-536 и стенку 434-534 трубки также можно образовать в виде единой конструкции, например, путем приклеивания трубок-каналов 436-536 и стенки 434-534 трубки друг к другу. Трубки-каналы 436-536 и стенку 434-534 трубки можно соединить друг с другом с помощью пайки, клея, сварки трением и т.д.
За счет образования двух или более каналов 132, 332-532 для текучей среды в виде единой конструкции вибрационный измеритель 5 может быть недорогим в изготовлении и надежным. Например, между двумя или более каналами 132, 332-532 для текучей среды не используют придающие жесткость элементы. За счет устранения придающих жесткость элементов, также можно устранить соответствующие производственные стадии. Кроме того, между каждым из двух или более каналов 132, 332-532 для текучей среды могут отсутствовать силы трения. Например, трубки-каналы 436-536, показанные на фиг. 4 и 5, не трутся друг о друга или о стенку 434, 534 трубки, когда расходомерные трубки 430-530 вибрируют. Это может предотвращать межтрубную эрозию, продлевая за счет этого срок годности расходомерных трубок 430-530. Устранение сил трения в вибрационных элементах также может быть важным для получения точного массового расхода и измерений плотности расходомером Кориолиса.
Как можно понять, эффективный диаметр многоканальных расходомерных трубок 130, 330-530 меньше, чем диаметр стенки 134, 334-534 трубки. То есть, эффективный диаметр многоканальных расходомерных трубок 130, 330-530 может составлять приблизительно диаметр двух или более каналов 132, 332-532 для текучей среды. Например, эффективный диаметр многоканальной расходомерной трубки 530, показанной на фиг. 5, может составлять приблизительно 1/3 диаметра стенки 134, 334-534 трубки. Соответственно, многоканальные расходомерные трубки 130, 330-530 могут обеспечивать ориентировочные или меньшие возможности стандартной расходомерной трубки (т.е. расходомерных трубок без двух или более каналов 132, 332-532 для текучей среды) при реализации преимуществ, связанных с меньшим эффективным диаметром.
Предпочтительные результаты
Многоканальная расходомерная трубка 130, 330-530 решает проблемы эффективности, связанные со сжимаемостью, разделением и влиянием профиля потока. Кроме того, также можно реализовать преимущества, связанные с устойчивостью к воздействию давления и эрозии. Эти преимущества объяснены более подробно далее.
Сжимаемость
Flow Measurement and Instrumentation
ω
d
c
Вибрационным измерителям требуются, чтобы текучая среда, проходящая через расходомерные трубки, двигалась с расходомерными трубками во время колебания измерительного узла с естественной частотой. Высокочастотные измерители обычно плохо работают в вариантах применения с газом или захваченным газом частично за счет того, что текучая среда при каждом колебании движется слишком далеко. Это влияние сжимаемости или скорости звука является причиной погрешностей положительного массового расхода и плотности, которые прогнозируют с помощью следующих уравнений (1) и (2) в замкнутом виде, которые приведены по Hemp J. И Kutin J. «Theory of Errors in Coriolis flowmeter readings due to compressibility of the fluid being metered», , 17: 359-369. В следующих уравнениях (1) и (2) в замкнутом виде представляет частоту угловых колебаний, представляет внутренний диаметр расходомерной трубки, а представляет скорость звука обрабатываемой текучей среды. Следует заметить, что погрешности увеличиваются с увеличением диаметра трубки.
(1)
(2)
c
Несмотря на то, что вид этих уравнений выглядит простым, их может быть трудно использовать на практике для компенсации влияния сжимаемости. Даже в вариантах применения для однофазного газа или сжимаемой жидкости для компенсации необходимо знать скорость звука обрабатываемой текучей среды. В случае многофазных вариантов применения скорость звука смеси, , зависит от длинного перечня трудно измеряемых параметров, включая скорости звука газа и жидкости, плотности газа и жидкости и долю газовых пустот.
d
ой
Однако, многоканальная расходомерная трубка 130, 330-530 может уменьшить или устранить эти проблемы, потому что эффективный диаметр трубки, , может быть значительно меньше, чем у стандартной расходомерной трубки. В многоканальной расходомерной трубке 130, 330-530 диаметр двух или более каналов 132, 332-532 для текучей среды, равный 1/5 диаметра стенки 134, 334-534 трубки, может приводить к 25 кратному уменьшению погрешностей вследствие влияния скорости звука. Другими словами, многоканальная расходомерная трубка 130, 330-530 может устранить влияние скорости звука. Это позволило бы конструктору вибрационного измерителя принять более высокую частоту вибраций (с соответствующей пользой для компактности и стоимости измерителя) без ухудшения эффективности, связанной со сжимаемыми жидкостями, газами или многофазными смесями.
Влияние разделения
Вибрационным измерителям обычно требуется, чтобы во время вибрации проходящая через них текучая среда двигалась непосредственно с расходомерными трубками. Когда пузырьки газа входят в поток жидкости, это допущение больше не справедливо, поскольку между двумя фазами происходит относительное движение или «разделение». В модели можно прогнозировать погрешности для свойств смеси конкретных текучих сред. Однако, в модели в качестве входных данных может потребоваться множество неизмеренных параметров, включая размер пузырьков и вязкость жидкости, затрудняя прямую компенсацию погрешностей. Модель и экспериментальные результаты показывают, что вибрационные измерители с расходомерными трубками относительно маленького диаметра обычно работают лучше и имеют меньшую погрешность измерений.
Journal of Fluids Engineering
J. Fluid Mech
Это объясняется тем, что одно из допущений, принятых в модели разделения, состоит в том, что текучая среда внутри трубки обеспечивает равномерное распределение пузырьков в бесконечной жидкой среде. Не учитывается уменьшение разделения вследствие присутствия близлежащих стенок трубки. Количественное исследование влияния стенок в пульсирующем потоке Fischer PF, Leaf GK и Restrepo JM, «Influence of wall proximity on the lift and drag of a particle in an oscillatory flow», . 127:583-595 (2005) показывает, что влияние стенок является незначительным, если частица меньше, чем два радиуса от стенки. Иначе говоря, влияние стенок становится важно, только когда отношение диаметра частиц к диаметру трубки приближается к единице. Экспериментальное исследование Coimbra et al. «An experimental study on stationary history effects in high-frequency Stokes flows», . 504:353-363, подтверждает эти результаты. Эксперимент включает колебание привязанной частицы в колонке с текучей средой с частотами до 80 Гц. Для многих вибрационных измерителей пузырьки маленькие по сравнению с диаметром трубки, и влияние стенок является незначительным, что приводит к неограниченному разделению и большим погрешностям.
На фиг. 6 представлен график 600 показания в процентах погрешности массы стандартной расходомерной трубки, имеющей относительно маленький диаметр ¼ʺ. График 600 содержит ось 610 со средним процентным значением доли пустот и ось 620 с показанием в процентах погрешности массы. График 600 содержит графические представления 630 показаний погрешности массы, которые отображают колебание показания погрешности массы относительно среднего процентного значения доли пустот. Графические представления 630 показаний погрешности массы включают показания погрешности массы для воды, минерального масла и минерального масла с 10% содержанием воды. Показания погрешности массы для разных текучих сред колеблются от меньше, чем от 5% до -15% и падает до меньше, чем -10% с долей пустот больше, чем 60%. Графические представления 630 показаний погрешности массы показывают, что в стандартных расходомерных трубках меньшего диаметра, таких как расходомерные трубки с диаметром ¼ʺ, разделение пузырьков ограничено присутствием стенок трубки, что приводит к меньшей погрешности по сравнению с широким диапазоном доли пустот.
ая
Соответственно, многоканальные расходомерные трубки 130, 330-530, которые содержат два или более канала 132, 332-532 для текучей среды, которые имеют диаметр меньше, чем диаметр стенки 134, 334-534 трубки (например, канал для текучей среды 1/5 дюйма в 1-дюймовой стенке трубки), могут приводить к удобным измерениям в текучих средах с долей газовых пустот больше, чем 50%. Точность измерения общей величины массового расхода может быть соизмерима с точностью специализированных многофазных измерителей, которые могут стоить многие сотни тысяч долларов и использовать ядерную технологию, что может быть нежелательно. Такой же эффективности можно достигать в вибрационном измерителе 5 с многоканальными расходомерными трубками 130, 330-530, в которых можно предотвратить возникновение разделения, без затрат и рисков, которые могут быть связаны с более сложными технологиями. Например, многоканальные расходомерные трубки 130, 330-530 с эффективным диаметром трубки, равным 1/10-ой диаметра стенки 134, 334-534 трубки, обеспечили бы эффективность, аналогичную эффективности, имеющейся в стандартных трубках меньшего диаметра, и без затрачивания сотен тысяч долларов и без использования ядерной технологии.
Разделение также вызывает асимметричное демпфирование по причине вторичного движения пузырьков, движущихся через основную жидкость в направлении колебания трубки. Асимметричное демпфирование от впуска к выпуску вибрационного расходомера со стандартной расходомерной трубкой может являться причиной больших ложных показаний массового расхода. Одной причиной асимметричного распределения пузырьков является плавучесть, которая может вызывать захват пузырьков в одной части стандартной расходомерной трубки и не вызывать в других частях. Если распределение пузырьков является асимметричным по длине трубки, то происходит асимметричное демпфирование. Большой расход минимизирует это явление, сохраняя смесь однородной, но большой расход также приводит к увеличенному падению давления и может вызывать воспламенение вследствие уменьшенного статического давления. Кроме того, асимметричное демпфирование всегда может иметься в некоторой степени даже при большом расходе. В многоканальных расходомерных трубках 130, 130' это демпфирование может быть понижено, потому что по всему поперечному сечению многоканальных расходомерных трубок 130, 130' может быть либо жидкость, либо газ, но не может быть смеси и того и другого. Кроме того, если пузырьки занимают все поперечное сечение, то пузырьки вынуждены двигаться с такой же скоростью потока, как у жидкости. В результате больше не может быть задержки газа на одной стороне вибрационного измерителя 5, и газ может более равномерно распределяться по длине многоканальных расходомерных трубок 130, 130'.
Влияния профиля потока
Величина погрешности вследствие влияния профиля скорости также может зависеть от числа Рейнольда, числа Стокса и геометрии трубки. Некоторые переменные, которые образуют эти безразмерные параметры, зависят от свойств текучих сред. Однако, величина влияния профиля потока сильно зависит от отношения длины (L) расходомерной трубки к ее диаметру (D). Большие вибрационные измерители имеют относительно низкое отношение L/D. Обычно, вибрационные измерители с отношениями L/D выше 25 не имеют измеримого влияния профиля потока. Многоканальные расходомерные трубки 130, 330-530, потому что они имеют более низкий эффективный диаметр, можно было бы использовать для увеличения отношений L/D вибрационных измерителей с более высоким расходом для устранения влияния профиля потока в больших вибрационных измерителях. На самом деле, многоканальная расходомерная трубка 130 с диаметрами отдельных трубок даже в половину стенки 134 трубки привела бы к отношениям L/D выше 25, чтобы вызвать вибрацию измерителей с множеством разных размеров.
Преимущества устойчивости к давлению
Еще одним преимуществом многоканальной расходомерной трубки 130 является более высокое номинальное давление. В стандартной расходомерной трубке без двух или более каналов для текучей среды, когда диаметр трубки уменьшается, номинальное давление увеличивается (растягивающая нагрузка центробежного происхождения=Давление * Радиус/Толщина). Стандартные трубки с большими диаметрами обычно имеют более толстые стенки, уменьшающие чувствительность потока и эффективность. Однако, с многоканальной расходомерной трубкой 130 эта проблема решается за счет использования двух или более каналов 132 для текучей среды, каждый с номинальным давлением, которое может быть выше чем у единственной трубки с эквивалентной площадью сечения потока. Кроме того, влияние давления на поток и плотность будет существенно уменьшаться. Однако, многоканальные расходомерные трубки 330-530, показанные на фигурах 3-5, могут иметь улучшенную устойчивость к давлению всей многоканальной расходомерной трубки 130 с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 2.
Эрозия
В измерителе с трубным пучком эрозия также может уменьшаться. Эрозия обычно сильно зависит от числа Рейнольда, которое увеличивается с увеличением диаметра трубки. При пониженных числах Рейнольда (меньший эффективный диаметр), эрозия уменьшается. Также, поскольку с многоканальными расходомерными трубками 130, 330-530 можно уменьшить или устранить проблемы асимметричного демпфирования, для получения хорошей эффективности в вариантах применения с захваченными газами нет необходимости сохранения скоростей текучих сред такими же высокими. Это приводит к пониженному числу Рейнольда, и, таким образом, к меньшей эрозии.
Благодаря этим и другим преимуществам измерения, полученные с вибрационными измерителями с использованием многоканальной расходомерной трубки, такими как вибрационный измеритель 5, описанный выше, могут быть более точными, чем со стандартными расходомерными трубками без двух или более каналов для текучей среды. Иллюстративные измерения описаны далее со ссылкой на фиг. 7-12.
Данные о погрешности в процентом выражении
На фиг. 7-12, описанных далее, показаны погрешности плотности, массы и величины объемного расхода, связанные со стандартной расходомерной трубкой без двух или более каналов для текучей среды (на фиг. 7, 9 и 11 обозначено «базовый уровень») и с многоканальной расходомерной трубкой с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 2 (на фиг. 8, 10, и 12 обозначено «одноосевая разделительная стенка»). Данные, показанные на фигурах 7-12, получены для воды, проходящей через 1-дюймовый расходомер с круглым поперечным сечением.
Погрешности плотности
На фиг. 7 и 8 представлены графики 700, 800, относящиеся к погрешностям плотности. Графики 700, 800 содержат оси 710, 810 доли газовых пустот, то есть абсциссу, и оси 720, 820 погрешности плотности смеси в процентном выражении, то есть ординату. Доля газовых пустот по осям 710, 810 колеблется от 0 до 25%. Погрешность плотности смеси в процентном выражении по осям 720, 820 колеблются от -30% до 5%.
На фиг. 7 представлен график 700, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями плотности и долей газовых пустот для стандартной расходомерной трубки без двух или более каналов для текучей среды («базовый уровень плотности»). На графике 700 имеются графические представления 730 данных для разных расходов с разбросом от 0,5 м/с до 10 м/с. Графическое представление данных 730 показывают, что погрешность плотности смеси в процентном выражении является относительно низкой при низких долях газовых пустот. Однако, погрешность плотности смеси в процентном выражении увеличивается при повышенных процентных значениях доли газовых пустот. Например, при расходе 10 м/с погрешность плотности смеси в процентном выражении увеличивается от меньше, чем 1% до приблизительно 25%. Погрешность плотности смеси в процентном выражении также сильно зависит от скорости текучей среды по причине изменения размера пузырьков и присутствия асимметричного демпфирования. В данном случае, погрешность увеличивается с увеличением расхода, в то время как в других ситуациях наблюдается противоположный тренд.
На фиг. 8 представлен график 800, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями плотности и долей газовых пустот для многоканальной расходомерной трубки с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 3, согласно варианту осуществления («одноосевая стенка разделения по плотности»). На графике 800 имеется графическое представление 830 данных для разных расходов, с разбросом от 0,5 м/с до 10 м/с. Графическое представление 830 данных показывает, что погрешность плотности смеси в процентном выражении является относительно низкой при низких долях газовых пустот. Погрешность плотности смеси в процентном выражении увеличивается при повышенных процентных значениях доли газовых пустот. Однако, погрешность плотности смеси в процентном выражении на столько не увеличивается, как показано на фиг. 7. Например, при расходе 10 м/с погрешность плотности смеси в процентном выражении увеличивается от менее 1% до менее 5% в отличие от увеличения от менее 1% до приблизительно 25%, показано на фиг. 7.
Погрешности массового расхода
На фиг. 9 и 10 представлены графики 900, 1000, относящиеся к погрешностям массового расхода. Графики 900, 1000 содержат оси 910, 1010 доли газовых пустот, то есть абсциссу, и оси 920, 1020 погрешность массового расхода смеси в процентном выражении, то есть ординату. Доля газовых пустот по осям 910, 1010 колеблется от 0 до 25%. Погрешность массового расхода смеси в процентном выражении по осям 920, 1020 колеблется от -30% до 20%.
На фиг. 9 представлен график 900, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями величины массового расхода и долей газовых пустот для стандартной расходомерной трубки без двух или более каналов для текучей среды («базовый уровень массы»). На графике 900 имеются графические представления 930 данных для разных расходов с разбросом от 0,5 м/с до 10 м/с. Графическое представление 930 данных показывает, что погрешность массового расхода смеси в процентном выражении является относительно низкой при низких долях газовых пустот. Однако, погрешность массового расхода смеси в процентном выражении увеличивается при повышенных процентных значениях доли газовых пустот. Погрешность массового расхода смеси в процентном выражении является очень неустойчивой и меняется с расходом. Например, при расходе 10 м/с погрешность массового расхода смеси в процентном выражении увеличивается от менее 1% до приблизительно 15%, причем интервал от минимального до максимального составляет приблизительно 30%.
На фиг. 10 представлен график 1000, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями величины массового расхода и долей газовых пустот для многоканальной расходомерной трубки с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 2, согласно варианту осуществления («одноосевая стенка разделения по массе»). На графике 1000 имеется графическое представление 1030 данных для разных расходов с разбросом от 0,5 м/с до 10 м/с. Графическое представление 1030 данных показывает, что погрешность массового расхода смеси в процентном выражении является относительно низкой при низких долях газовых пустот. Погрешность массового расхода смеси в процентном выражении увеличивается при повышенных процентных значениях доли газовых пустот. Однако, погрешность массового расхода смеси в процентном выражении на столько не увеличиваются, как показано на фиг. 9. Например, при расходе 10 м/с погрешность массового расхода смеси в процентном выражении увеличивается от менее 1% до менее 5%, причем интервал от минимального до максимального составляет приблизительно 30%. Кроме того, интервал 30% между максимальной и минимальной погрешностями при высокой доле пустот, наблюдаемой на фиг. 10, намного больше, чем интервал приблизительно 5%, показанный на фиг. 11. Другими словами, с изменением расхода погрешности не только меньше, но менее неустойчивые и менее изменчивые.
Погрешности объемного расхода
На фиг. 11 и 12 представлены графики 1100, 1200, относящиеся к погрешностям объемного расхода. Графики 1100, 1200 содержат оси 1110, 1210 доли газовых пустот, то есть абсциссу, и оси 1120, 1220 погрешности объемного расхода смеси в процентном выражении, то есть ординату. Доля газовых пустот по осям 1110, 1210 колеблются от 0 до 25%. Погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении по осям 1120, 1220 колеблется от -30% до 30%.
На фиг. 11 представлен график 1100, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями величины объемного расхода и долей газовых пустот для стандартной расходомерной трубки («базовый уровень объема»). На графике 1100 имеется графическое представление 1130 данных для разных расходов, с разбросом от 0,5 м/с до 10 м/с. Графическое представление 1130 данных показывает, что погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении является относительно низкой при низких долях газовых пустот. Однако, погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении увеличивается при повышенных процентных значениях доли газовых пустот. Погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении является очень неустойчивой и меняется с расходом. Например, при расходе 10 м/с погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении увеличивается от менее 1% до приблизительно 15%, причем интервал от минимального до максимального составляет приблизительно 30%.
На фиг. 12 представлен график 1200, иллюстрирующий взаимосвязь между погрешностями величины объемного расхода и долей газовых пустот для многоканальной расходомерной трубки с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 2, согласно варианту осуществления («одноосевая стенка разделения по объему»). На графике 1200 имеется графическое представление 1230 данных для разных расходов с разбросом от 0,5 м/с до 10 м/с. Графическое представление 1230 данных показывает, что погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении является относительно низкой при низких долях газовых пустот. Погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении увеличивается при повышенных процентных значениях доли газовых пустот. Погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении также увеличивается по мере увеличения расхода. Однако, погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении на столько не увеличиваются, как показано на фиг. 11. Например, при расходе 10 м/с погрешность объемного расхода смеси в процентном выражении увеличивается от менее 1% до менее 10%, в отличие от увеличения от менее 1% до приблизительно 15%, показанного на фиг. 11. Как можно понять при сравнении фиг. 11 и 12, многоканальная расходомерная трубка 130 с одноосевой разделительной стенкой, показанной на фиг. 2, имеет улучшение по меньшей мере в 3 раза по сравнению со стандартной расходомерной трубкой.
Кроме того, данные фиг. 8 можно использовать для компенсации погрешности расхода при измерениях массового и объемного расхода, показанного на фиг. 10 и 12. Погрешность плотности смеси, проиллюстрированная путем графического представления 830 данных, неизменно составляет менее, чем 5% в диапазоне долей газовых пустот и расходов. Соответственно, доля газовых пустот газожидкостной смеси может точно коррелировать с измерением плотности. Кроме того, массовый и объемный расходы, показанные на фиг. 10 и 12, находятся точно в пределах приблизительно 10% каждого расхода. Поскольку доля газовых пустот может точно коррелировать с показанием плотности, а массовый и объемный расходы точные, то массовый и/или объемный расходы можно измерять и компенсировать путем использования доли газовых пустот, коррелирующей с показанием плотности, что описано более подробно далее со ссылкой на способы, показанные на фиг. 13 и 14.
Способы
На фиг. 13 представлен способ 1300 измерения текучей среды многоканальной расходомерной трубкой. Как показано на фиг. 13, способ 1300 начинается разделением текучей среды в два или более канала для текучей среды в многоканальной расходомерной трубке на стадии 1310. Два или более канала для текучей среды окружены стенкой трубки. Стенка трубки и два или более канала для текучей среды образованы в виде единой общей конструкции. Например, многоканальной расходомерной трубкой может быть трубка из многоканальных расходомерных трубок 130, 330-530, описанных со ссылкой на фиг. 1-5. На стадии 1320 в способе 1300 подается управляющий сигнал драйверу, соединенному с многоканальной расходомерной трубкой. Драйвер выполнен с возможностью вызывать вибрацию многоканальной расходомерной трубки. В способе 1300, на стадии 1330 в ответ на управляющий сигнал, подаваемый драйверу, два или более канала для текучей среды и стенки трубки сгибаются в том же самом направлении, что и единая общая конструкция. На стадии 1340 в способе 1300 датчик, прикрепленный к многоканальной расходомерной трубке, измеряет отклонение многоканальной расходомерной трубки.
Стадия 1310 разделения текучей среды в два или более канала для текучей среды может включать отделение газового компонента текучей среды в один из двух или более каналов для текучей среды. Например, текучая среда может представлять собой многокомпонентную текучую среду, например, с пробковым потоком. Пробку в пробковом потоке можно отделить от многокомпонентной текучей среды в один из двух или более каналов для текучей среды. Газовый компонент также может заполнять один из двух или более каналов для текучей среды. Отделение газового компонента может обеспечить, что отделенный газовый компонент колеблется или отклоняется также как жидкая часть жидкой части многокомпонентного потока текучей среды.
На стадии 1320 подача управляющего сигнала в многоканальную расходомерную трубку может включать подачу управляющего сигнала на стенку трубки с разделительными стенками каналов внутри стенки трубки, трубки-каналы, которые прикреплены друг к другу, стенку трубки, которая окружает трубки-каналы, и т.д. Например, со ссылкой на многоканальные расходомерные трубки 130, 130', показанные на фиг. 1 и 2, управляющий сигнал подают драйверу 180, который соединен со стенкой 134 трубки. Аналогично, драйвер 180 может быть соединен со стенками 434, 534 трубки, показанными на фиг. 4 и 5. Однако, управляющий сигнал также можно подавать в трубки-каналы 436, 536, также показанные на фиг. 4 и 5, где, например, стенки 434, 534 трубки оставляют открытой часть трубок-каналов 436, 536.
В результате управляющего сигнала многоканальная расходомерная трубка может сгибаться в виде единой общей конструкции в одном и том же направлении. Например, многоканальные расходомерные трубки 130, 130', 330, описанные со ссылкой на фиг. 1-3, сгибаются в виде единой общей конструкции в направлении силы, прикладываемой драйвером 180, потому что стенка 134, 334 трубки и разделительные стенки 136, 336 каналов образованы в виде единой общей конструкции, например, путем экструзии или 3-D печати стенки 134, 334 трубки и разделительных стенок 136, 336 каналов. Соответственно, сила, прикладываемая драйвером 180 к многоканальной расходомерной трубке 130, 330, вызывает отклонение стенок 134, 334 трубки и двух или более каналов 132, 332 для текучей среды по существу на одинаковую величину. Аналогично, два или более канала 432, 532 для текучей среды, показанных на фиг. 4 и 5, также сгибаются в одном и том же направлении вследствие силы, прикладываемой драйвером 180 к стенкам 434, 534 трубки или трубкам-каналам 436, 536. Трубки-каналы 436, 536 и стенка 434, 534 трубки могут сгибаться в виде единой общей конструкции вследствие, например, пайки между трубками-каналами 436, 536 и между стенкой 434, 534 трубки и трубками-каналами 436, 536.
Отклонение многоканальной расходомерной трубки можно измерить с помощью измерительных преобразователей, которые соединены с многоканальной расходомерной трубкой. Например, со ссылкой на многоканальные расходомерные трубки 130, 130', показанные на фиг. 1 и 2, измерительные преобразователи 170l и 170r могут измерять отклонение многоканальных расходомерных трубок 130, 130', где расположены измерительные преобразователи 170l и 170r. Отклонение, где расположены измерительные преобразователи 170l и 170r, обусловлено деформацией многоканальной расходомерной трубки 130, 130', вызванной управляющим сигналом, подаваемым драйверу 180. По аналогии с драйвером 180 со стенками 134, 334 трубки или трубками-каналами 436, 536 можно соединить измерительные преобразователи 170l и 170r.
На фиг. 14 представлен еще один способ 1400 измерения текучей среды многоканальной расходомерной трубкой. Как показано на фиг. 14, в способе 1400 на стадии 1410 измеряют плотность текучей среды, используя многоканальную расходомерную трубку. Многоканальной расходомерной трубкой, используемой на стадии 1410, может быть многоканальная расходомерная трубка 130, показанная на фиг. 2, то есть многоканальная расходомерная трубка с одноосевой разделительной стенкой, хотя можно использовать любую подходящую многоканальную расходомерную трубку. На стадии 1420 используя измеренную плотность определяют долю газовых пустот. На стадии 1430 в способе 1400 используя долю газовых пустот компенсируют измерение расхода, например, измерение массового или объемного расхода.
На стадии 1410 измерение плотности можно выполнить, как описано со ссылкой на фиг. 13. Благодаря использованию многоканальной расходомерной трубки измерения плотности могут иметь коэффициент погрешности меньше 5%, который согласуется с диапазоном расходов и долями газовых пустот. Соответственно, долю газовых пустот текучей среды со смешанными фазами, такими как вода и воздух, можно определить из измерения плотности в сочетании, например, со знанием плотности жидкости. Плотность жидкости можно найти во время периодов без газа, она может быть известна из данных, хранящихся в измерительном электронном приборе 20, введена заказчиком и т.д.
На стадии 1420 долю газовых пустот можно определить, используя измеренную плотность путем использования, например, графического представления 830 данных и/или интерполяции графического представления 830 данных, хотя можно использовать любую подходящую корреляцию между измеренной плотностью и долей газовых пустот. Например, процессор в измерительном электронном приборе 20 может использовать измеренную плотность для поиска коррелирующей доли газовых пустот в справочной таблице. Процессор в измерительном электронном приборе 20 может провести интерполяцию (например, линейную, полиномиальную и т.д.) между каждой точкой данных на графическом представлении 830 данных для обеспечения корреляции между измерением плотности и долей газовых пустот. Интерполяцию также можно сохранять в памяти в виде формулы, справочной таблицы и т.д.
На стадии 1430 измеренный расход можно компенсировать по доле газовых пустот за счет использования, например, дополнительной справочной таблицы, формулы и тому подобное. Справочная таблица, формула и тому подобное, может устанавливать соотношение погрешности расхода, такой как погрешность массового или объемного расхода, с долей газовых пустот. Например, со ссылкой на фиг. 10 доля газовых пустот, равная 20%, может иметь коррелирующую погрешность величины массового расхода приблизительно -6%. Измеренную величину массового расхода можно компенсировать путем умножения измеренной величины массового расхода на коррелирующую погрешность величины массового расхода и прибавления результата к измеренной величине массового расхода. Это можно называть компенсированной измеренной величиной массового расхода. Компенсированную измеренную величину объемного расхода можно определить аналогичным образом.
Измеренную величину массового расхода во время работы можно непрерывно компенсировать, используя заданные корреляции между измеренной плотностью и долями газовых пустот и между погрешностью расхода и долей газовых пустот. Например, во время изготовления или калибровки, вибрационный измеритель 5 может измерять плотность и расходы текучей среды в диапазоне долей газовых пустот и расходов. Измеренную плотность и расходы можно сохранять в измерительном электронном приборе 20 в виде справочных таблиц, формул и тому подобное. Погрешности расхода также можно определить путем использования, например, еще одного эталонного расходомера во время изготовления или калибровки. Измерения эталонного расходомера можно сравнивать с расходами, измеренными вибрационным измерителем 5, для определения погрешности расхода. Во время работы измерительный электронный прибор 20 может непрерывно устанавливать соотношение измеренной плотности с долей газовых пустот и компенсировать измеренный расход, как описано выше со ссылкой на фиг. 14.
В описанных выше вариантах осуществления предоставлен вибрационный измеритель 5 с многоканальными расходомерными трубками 130, 330-530. Многоканальные расходомерные трубки 130, 330-530 содержат два или более канала 132, 332-532 для текучей среды. Два или более канала для текучей среды обеспечивают эффективный диаметр многоканальных расходомерных трубок 130, 330-530, меньший, чем диаметр стенки 134, 334-534 трубки. Вследствие того, что эффективный диаметр многоканальной расходомерной трубки 130, 330-530 меньше, чем диаметр стенки 134, 334-534 трубки, можно решить проблемы эффективности, связанные со сжимаемостью, разделением и влиянием профиля потока. Кроме того, можно улучшить устойчивость к давлению. В результате вибрационный измеритель 5 может быть менее дорогим, и можно использовать более простые стадии изготовления, чем во многих технологиях многофазного измерения, обеспечивая в то же время также более точные многофазные измерения расхода.
Например, многоканальные расходомерные трубки 130, 330-530 могут обеспечивать точные измерения плотности в диапазоне долей газовых пустот и расходов. Вследствие этого, измерения плотности можно использовать для точного определения доли газовых пустот многофазной текучей среды. Кроме того, многоканальные расходомерные трубки 130, 330-530 также могут обеспечивать точные измерения массового или объемного расхода. Соответственно, массовый или объемный расходы можно компенсировать, используя доли газовых пустот, определенные измерительным электронным прибором 20. В результате измерения массового или объемного расхода многофазных текучих сред могут быть точными без затрат, связанных с другими многофазными технологиями.
Подробное описание приведенных выше вариантов осуществления не являются исчерпывающим описанием всех вариантов осуществления, предусмотренных авторами изобретения в рамках настоящего описания. На самом деле, специалисты в данной области поймут, что для создания дополнительных вариантов осуществления некоторые элементы описанных выше вариантов осуществления можно иным образом объединить или устранить, и такие дополнительные варианты осуществления попадают в рамки объема и идей настоящего описания. Рядовым специалистам в данной области также будет понятно, что для создания дополнительных вариантов осуществления в рамках объема и идей настоящего описания описанные выше варианты осуществления можно объединять целиком или частично.
Таким образом, хотя конкретные варианты осуществления описаны в данном документе для иллюстративных целей, в рамках настоящего описания возможны различные эквивалентные модификации, как будет понятно специалистам в соответствующей области. Идеи, предоставленные в данном документе, можно применять к многоканальным расходомерным трубкам, а не только к вариантам осуществления, описанным выше и показанным на сопровождающих фигурах. Соответственно, объем описанных выше вариантов осуществления необходимо определить из следующей формулы изобретения.