Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости

Авторы патента:


Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости
Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости
Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости
Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости
Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости
Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости
Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости
Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости

 


Владельцы патента RU 2522125:

ДЭНИЭЛ МЕЖЕМЕНТ ЭНД КОНТРОЛ, ИНК. (US)

Ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя. Посадочное гнездо преобразователя проходит вдоль центральной оси от открытого конца в сквозном отверстии к закрытому концу, являющемуся удаленным по отношению к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит акустический преобразователь, расположенный в посадочном гнезде преобразователя. Преобразователь содержит пьезоэлектрический элемент. Кроме того, расходомер содержит дренажное отверстие, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом преобразователя. Дренажное отверстие расположено в осевом направлении между открытым концом и закрытым концом посадочного гнезда преобразователя. Кроме того, расходомер содержит дренажную трубку, имеющий впускной конец, присоединенный к дренажному отверстию, и выпускной конец, противоположный впускному концу. Дренажное отверстие выполнено с возможностью отведения жидкости из посадочного гнезда преобразователя во впускной конец дренажной трубки. Технический результат - возможность установления ультразвукового расходомера в большем количестве разнообразных положений и ориентаций с одновременной минимизацией накапливания жидкости, по меньшей мере, в одном посадочном гнезде преобразователя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] Данная заявка испрашивает приоритет патентной заявки США №61/317,313 «Ультразвуковой расходомер с дренажной системой для отведения жидкости», поданной 25 марта 2010 года и полностью включенной в настоящее описание посредством ссылки.

[0002]

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0003] Настоящее изобретение относится в целом к ультразвуковым расходомерам. В частности, настоящее изобретение относится к дренажным системам для отведения жидкости, предназначенным для ультразвуковых расходомеров.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0004] После извлечения углеводородов из земли, поток текучей среды (в жидкой или газовой фазе) транспортируется от одного места к другому посредством трубопроводов. Желательно иметь возможность точно определять протекающее количество текучей среды, в частности, точность особенно необходима при переходе текучей среды к другому владельцу или при передаче на ответственное хранение. Однако точность измерения желательна и в других ситуациях, при которых могут быть использованы ультразвуковые расходомеры.

[0005] Ультразвуковой расходомер содержит по меньшей мере два блока преобразователей, каждый из которых закреплен в посадочном гнезде корпуса расходомера. Кроме того, корпус расходомера может быть отнесен к патрубку. Для удержания перемещаемой текучей среды в расходомере, над внешним концом каждого из посадочных гнезд преобразователя в патрубке закреплен концевой соединитель. Таким образом, патрубок и концевые соединители создают границу давления и корпус, удерживающий текучую среду, текущую через расходомер.

[0006] Для измерения расхода текучей среды через расходомер, два блока преобразователей размещены вдоль внутренней поверхности патрубка, так что каждый из блоков преобразователя обращен друг к другу на противоположных сторонах потока текучей среды через отверстие патрубка. Каждый из блоков преобразователя содержит пьезоэлемент. При приложении переменного тока к пьезоэлементу первого блока преобразователя из двух блоков, пьезоэлемент реагирует путем излучения ультразвуковой волны через текучую среду, протекающую через расходомер. При падении этой волны на пьезоэлемент второго блока преобразователя, он реагирует путем создания электрического сигнала. Через некоторое время происходит приложение переменного тока к пьезоэлементу второго блока преобразователя, второй пьезоэлемент реагирует путем излучения ультразвуковой волны через текучую среду в расходомере к первому блоку преобразователя. При падении этой волны на пьезоэлемент первого блока преобразователя, первый блок преобразователя реагирует путем создания электрического сигнала. Таким образом, блоки преобразователей выдают и принимают сигналы в обе стороны через поток текучей среды.

[0007] Каждый из блоков преобразователя присоединен к кабелю, проходящему через концевой соединитель наружу из патрубка к удаленному положению, так, например, электронный блок обычно прикреплен к внешней части патрубка. Кабель передает электрический сигнал, создаваемый пьезоэлементом соответствующего блока преобразователя, на плату приема данных, расположенную в электронном блоке, в котором сигнал может быть обработан и затем использован для определения расхода текучей среды через расходомер.

[0008] В большинстве применений обычным является наличие относительно небольшого количества жидкости в газовом потоке, протекающем через расходомер. Через некоторое время может произойти сбор или накопление некоторого объема жидкости в посадочном гнезде преобразователей. Однако накопление чрезмерного количества жидкости в посадочном гнезде преобразователя может оказать нежелательное воздействие на передачу и/или прием сигналов посредством блока преобразователя, расположенного в посадочном гнезде. В частности, накопленная жидкость может привести к акустическому замыканию акустического сигнала от блока преобразователя, расположенного в посадочном гнезде. Другими словами, акустический сигнал, созданный посредством блока преобразователя, может проходить в жидкость и/или корпус расходомера вместо прохождения исключительно через текучую среду, протекающую через корпус расходомера до соответствующего блока преобразователя. В итоге, акустический сигнал не поступает в соответствующий блок преобразователя, что приводит к возникновению ошибок при измерении потока. Кроме того, накопление жидкости в посадочном гнезде преобразователя может привести к замыканию или коррозии проводов или других электрических компонентов блока преобразователя, что потенциально приводит к неисправности блока преобразователя.

[0009] Для минимизации накапливания текучей среды в посадочных гнездах преобразователя и связанных с этим проблем, ультразвуковым расходомерам обычно обычно придают конкретную ориентацию, обеспечивающую возможность самоотведения накопленной жидкости из посадочных гнезд преобразователей, под действием силы тяжести, обратно в основное поточное отверстие корпуса расходомера. Например, ультразвуковые расходомеры, в которых пути прохождения сигналов преобразователей между двумя блоками преобразователей пересекают поточное отверстие расходомера, обычно рекомендуют устанавливать в горизонтальном трубопроводе (то есть поточной линии с горизонтальной частью трубопровода) и располагать их таким образом, чтобы посадочные гнезда преобразователей были ориентированы горизонтально. Горизонтальная ориентация посадочных гнезд преобразователей обеспечивает возможность самоотведения жидкости, накопленной в этих посадочных гнездах, под действием силы тяжести, обратно в основное поточное отверстие расходомера, поскольку диаметр посадочного гнезда выполнен равномерным по всей его длине или происходит увеличение диаметра посадочного гнезда по направлению к основному поточному отверстию корпуса расходомера. В качестве еще одного примера, ультразвуковые расходомеры, в которых пути прохождения сигналов преобразователей проходят от внутренней поверхности расходомера, обычно рекомендуют устанавливать в горизонтальном трубопроводе (то есть поточной линии с горизонтальной частью трубопровода) с посадочным гнездом преобразователя (посадочными гнездами преобразователей), расположенным на верхней стороне расходомера и ориентированным вертикально или под углом менее 90 градусов от вертикали. Вертикальная или почти вертикальная ориентация посадочного гнезда преобразователя (посадочных гнезд преобразователей) на верхней стороне корпуса расходомера обеспечивает возможность самоотведения любой жидкости, накопленной в посадочных гнездах, по направлению вниз под действием силы тяжести, обратно в основное поточное отверстие корпуса расходомера.

[0010] Согласно приведенному ранее описанию, для уменьшения накапливания жидкостей в посадочных гнездах преобразователей, расходомеры и соответствующие посадочные гнезда преобразователей обычно располагают и ориентируют конкретным образом. В итоге, размещение расходомера вдоль трубопровода может быть ограничено конкретными положениями, в которых трубопровод выполнен горизонтальным. Однако в некоторых применениях может быть невозможно, нецелесообразно или экономически не эффективно ориентировать расходомер согласно рекомендациям. Таким образом, в рассматриваемой области техники существует потребность в ультразвуковых расходомерах, которые могли бы быть установлены в большем количестве разнообразных положений и ориентации с одновременной минимизацией накапливания жидкости по меньшей мере в одном посадочном гнезде преобразователя.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0011] Эти и другие потребности в уровне техники удовлетворены в одном из примеров реализации посредством ультразвукового расходомера для измерения потока текучей среды в трубопроводе. В одном из примеров реализации расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя. Посадочное гнездо преобразователя проходит вдоль центральной оси в сквозном отверстии от открытого конца к закрытому концу, являющемуся дальним по отношению к сквозному отверстию. Кроме того, расходомер содержит акустический преобразователь, расположенный в посадочном гнезде преобразователя. Преобразователь содержит пьезоэлектрический элемент. Кроме того, расходомер содержит дренажное отверстие, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом преобразователя. Дренажное отверстие расположено в осевом направлении между открытым концом и закрытым концом посадочного гнезда преобразователя. Кроме того, расходомер содержит дренажную трубку, имеющую впускной конец, присоединенный к дренажному отверстию, и выпускной конец, противоположный впускному концу. Дренажное отверстие выполнено с возможностью отведения жидкости из посадочного гнезда преобразователя во впускной конец дренажной отводящей трубки.

[0012] Эти и другие потребности в уровне техники удовлетворены еще в одном примере реализации посредством способа отведения накопленной жидкости из посадочного гнезда преобразователя ультразвукового расходомера. В одном из примеров реализации согласно способу (а) перемещают текучую среду через сквозное отверстие в расходомере. Посадочное гнездо преобразователя проходит от сквозного отверстия и сообщается посредством текучей среды со сквозным отверстием. Кроме того, согласно способу (b) передают акустический сигнал через сквозное отверстие расходомера к преобразователю, расположенному в посадочном гнезде преобразователя. Кроме того, согласно способу (с) накапливают жидкость в посадочном гнезде преобразователя на этапе (а). Кроме того, согласно способу (d) отводят накопленную жидкость из посадочного гнезда преобразователя через дренажное отверстие, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом преобразователя после этапа (с). Кроме того, согласно способу (е) перемещают текучую среду из дренажного отверстия в дренажную трубку на этапе (а). Кроме того, согласно способу (f) смещают клапан в дренажной трубке в закрытое положение, ограничивающее протекание жидкости через клапан. Кроме того, согласно способу (g) перемещают клапан в открытое положение после этапа (с) для обеспечения возможности протекания жидкости через клапан.

[0013] Эти и другие потребности в уровне техники удовлетворены еще в одном примере реализации посредством способа идентификации неисправного акустического преобразователя в ультразвуковом расходомере. В одном из примеров реализации согласно способу (а) перемещают текучую среду через сквозное отверстие расходомера. Кроме того, согласно способу (b) передают акустический сигнал через сквозное отверстие расходомера к акустическому преобразователю, расположенному в посадочном гнезде преобразователя, проходящем от сквозного отверстия в расходомере. Кроме того, согласно способу (с) принимают акустический сигнал, проходящий через сквозное отверстие расходомера с помощью акустического преобразователя. Кроме того, согласно способу (d) используют дренажное отверстие, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом преобразователя. Дренажная трубка, присоединенная к дренажному отверстию, содержит клапан. Кроме того, согласно способу (е) непрерывно контролируют акустические сигналы с помощью электронного блока, присоединенного к преобразователю. Кроме того, согласно способу (f) определяют достоверность акустических сигналов с помощью электронного блока на этапе (е). Кроме того, согласно способу (g) удерживают клапан в закрытом положении с помощью электронного блока в случае достоверности акустического сигнала на этапе (f). Кроме того, согласно способу (h) перемещают клапан в открытое положение на этапе (g) с помощью электронного блока, в случае достоверности акустического сигнала на этапе (f).

[0014] Таким образом, примеры реализации, описанные в настоящей заявке, содержат сочетание особенностей и преимуществ, предназначенных для решения различных недостатков, связанных с конкретными устройствами, системами и способами, известными из уровня техники. После прочтения представленного далее подробного описания, приведенного согласно прилагаемым чертежам, для специалиста в данной области техники будут полностью очевидны различные особенности, описанные выше, и другие особенности.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0015] Далее будет приведено подробное описание пояснительных примеров реализации настоящего изобретения согласно прилагаемым чертежам, на которых;

[0016] на фиг.1 показан вид сверху ультразвукового расходомера, в одном из примеров его реализации, в разрезе вдоль линии 1-1 по фиг.2;

[0017] на фиг.2 показан вид с торца расходомера по фиг.1, на которой схематически показаны пути акустических сигналов и соответствующие акустические сигналы, созданные и принятые блоками преобразователей по фиг.1 и 3;

[0018] на фиг.3 схематически показан вид сверху расходомера по фиг.1;

[0019] на фиг.4 показан увеличенный вид расходомера по фиг.1 в частичном разрезе по линии 4-4 по фиг.1 и показан один из примеров реализации дренажной системы для отведения жидкости;

[0020] на фиг.5 показана блок-схема, отражающая один из примеров реализации способа для управления работой дренажной системы для отведения жидкости по фиг.4;

[0021] на фиг.6 показан вид сбоку ультразвукового расходомера по фиг.1 с выпускным отверстием дренажной трубки для отведения жидкости дренажной системой для отведения жидкости по фиг.4, размещенной для отведения накопленной жидкости обратно в сквозной проход расходомера;

[0022] на фиг.7 показан частичный вид сбоку ультразвукового расходомера по фиг.1 с выпускным отверстием дренажной трубки для отведения жидкости дренажной системой по фиг.4, размещенной для отведения накопленной жидкости в накопительную емкость.

[0023] на фиг.8 показан увеличенный вид в частичном разрезе одного из примеров реализации расходомера, содержащего электронный блок, который осуществляет непрямое управление дренажной системой для отведения жидкости из посадочного гнезда преобразователя.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0024] Далее приведено описание различных примеров реализации настоящего изобретения. Несмотря на то что по меньшей мере один из этих примеров реализации в настоящее время может представлять собой предпочтительный пример реализации, раскрытые примеры реализации не следует рассматривать в качестве ограничения объема настоящего изобретения, включающего формулу изобретения. Кроме того, специалисту в уровне техники ясно, что приведенное далее описание имеет широкое применение, а описание любого из примеров реализации приведено только для пояснения такого примера реализации и не предназначено для ограничения объема настоящего изобретения, определяемого формулой изобретения.

[0025] В настоящем описании и формуле изобретения использованы конкретные термины для обращения к конкретным элементам или компонентам. Специалисту в области техники будет понятно, что разные люди могут использовать различные названия для обращения к аналогичному элементу или компоненту. Данная заявка не предназначена для проведения различий между компонентами или элементами, которые имеют различное название, а не функцию. В масштабировании фигур на чертежах нет необходимости. Конкретные элементы и компоненты в настоящей заявке могут быть могут быть показаны в увеличенном виде или несколько схематично, а некоторые части обычных элементов могут быть не показаны для обеспечения ясности и краткости.

[0026] В приведенном далее описании и формуле изобретения, термины "включающий" и "содержащий" использованы в неограничительной форме, поэтому их следует интерпретировать как "включающий, но не ограниченный …". Кроме того, термин "соединяют" или "соединяет" предназначен для описания непрямого или прямого соединения. Таким образом, если первое устройство "соединено" со вторым устройством или присоединено к нему, то такое соединение может быть выполнено путем прямого соединения или непрямого соединения посредством других устройств, компонент и соединений. Кроме того, использованные в данной заявке термины "осевой" и "в осевом направлении" в общем смысле означают вдоль или параллельно центральной оси (например, центральной оси корпуса или посадочного гнезда), а термины "радиальный" и "радиально" в общем смысле означают перпендикулярно относительно центральной оси. Например, осевое расстояние относится к расстоянию, измеренному вдоль или параллельно центральной оси, а радиальное расстояние соответствует расстоянию, измеренному перпендикулярно центральной оси.

[0027] На фиг.1-3 схематически показан один из примеров реализации ультразвукового расходомера 10. Расходомер 10 содержит корпус расходомера или патрубок 11, подходящий для размещения между сегментами трубопровода. Патрубок 11 проходит вдоль центральной оси 15 между первым или расположенным выше по течению концом 11а и вторым или расположенным ниже по течению концом 11b, противоположным первому концу 11a. Согласно фиг.1 и 2, в данном примере реализации, каждый конец 11а, b содержит соответственно крепежный фланец 12, 13. Кроме того, патрубок 11 имеет установленный размер и задает центральный сквозной проход 14, который проходит между концами 11а, b и через который протекает измеряемая текучая среда (например, газ и/или жидкость).

[0028] Согласно фиг.2 и 3, в данном примере реализации, расходомер 10 содержит четыре пары преобразователей, расположенных в посадочных гнездах преобразователя, расположенного по длине патрубка 11: первую пару преобразователей 20а, 20b, расположенных соответственно в посадочных гнездах преобразователя 30а, 30b, вторую пару преобразователей 20c, 20а, расположенных соответственно в посадочных гнездах преобразователя 30c, 30a, третью пару преобразователей 20е, 20f, расположенных в соответствующих посадочных гнездах преобразователя 30е, 30f, и четвертую пару преобразователей 20g, 20h, расположенных в соответствующих посадочных гнездах преобразователя 30g, 30h.

[0029] Каждый преобразователь (например, преобразователь 20а, 20b, 20c, 20а, 20е, 20f, 20g, 20h) представляет собой акустический приемопередатчик, в частности ультразвуковой приемопередатчик, это означает, что каждый преобразователь создает и принимает акустическую энергию с частотами выше приблизительно 20 кГц. Акустическая энергия может быть создана и принята пьезоэлементом в каждом из преобразователей. Для создания акустического сигнала, пьезоэлемент электрически возбуждают посредством синусоидального сигнала, на который он реагирует путем вибрации. Вибрация пьезоэлемента создает акустический сигнал, который проходит через измеряемую текучую среду к соответствующему преобразователю из пары преобразователей. Аналогично, после приема акустической энергии (то есть акустического сигнала и других шумовых сигналов), принимающий пьезоэлемент совершает вибрации и создает синусоидальный электрический сигнал, регистрируемый, оцифровываемый и анализируемый посредством электронных устройств, связанных с расходомером.

[0030] Преобразователи каждой пары преобразователей расположены напротив друг друга через сквозной проход 14 и передают акустические сигналы назад и вперед друг к другу. В частности, преобразователи 20а, 20b расположены напротив друг друга через сквозной проход 14 и передают акустические сигналы назад и вперед друг к другу; преобразователи 20c, 20а расположены напротив друг друга через сквозной проход 14 и передают акустические сигналы назад и вперед друг к другу; преобразователи 20е, 20f расположены напротив друг друга через сквозной проход 14 и передают акустические сигналы назад и вперед друг к другу; и преобразователи 20g, 20h расположены напротив друг друга через сквозной проход 14 и передают акустические сигналы назад и вперед друг к другу. Отрезок 22, 23, 24, 25 акустического сигнала, иногда называемый "хордой" или "хордовым отрезком," проходит между каждой парой соответствующих противолежащих преобразователей 20а, 20b; 20c, 20а; 20е, 20f; и 20g, 20h.

[0031] Каждая пара преобразователей и соответствующие посадочные гнезда преобразователей соответствуют одной хорде. Каждая хорда 22, 23, 24, 25 расположена приблизительно Х-образно относительно другой хорды 22, 23, 24, 25 на виде сверху. Согласно фиг.2, каждая пара преобразователей и их соответствующие хорды 22, 23, 24, 25 расположены на различном "уровне" в патрубке 11. Согласно фиг.2 и 3, пары преобразователей расположены таким образом, что нижние две пары преобразователей 20а, 20b и 20 с, 20а, соответствующие хордам 22 и 23, расположены Х-образно на виде сверху, а верхние две пары преобразователей 20е, 20f и 20g, 20h, соответствующие хордам 24 и 25, также расположены Х-образно.

[0032] Согласно фиг.1, будет более подробно описана первая пара преобразователей 20а, 20b, однако следует понимать, что каждая пара преобразователей расходомера 10 выполнена и расположена аналогичным образом. Хорда 22 расположена под острым углом 6 относительно центральной оси 15 на виде сверху. Длина хорды 22 соответствует расстоянию между торцами соответствующих двух преобразователей 20а, 20b. Согласно фиг.1, на которой показаны два преобразователя 20а, 20b, точки 26 и 27 определяют положения, в которых акустические сигналы, создаваемые соответственно преобразователями 20а, 20b, входят в текучую среду, протекающую через через проход 14 патрубка 11 (то есть на перечечении посадочных гнезд 30a, 30b и прохода 14 патрубка 11). Положение преобразователей 20а, 20b может быть определено углом 9, первой длиной L, измеренной между преобразователями 20а, 20b, второй длиной X, соответствующей осевому расстоянию между точками 26, 27, и третьей длиной "d", соответствующей внутреннему диаметру патрубка 11. В большинстве случаев расстояния d, Х и L точно заданы при производстве расходомера (например, расходомера 10). Кроме того, пара преобразователей 20а, 20b в целом расположена на конкретном расстоянии соответственно от точек 26, 27 вне зависимости от размера расходомера (то есть размера патрубка). Текучая среда, такая как природный газ, течет в направлении 2 и ее скорость описывается профилем 3 скоростей. Показанные на чертеже векторы скорости 4-9 иллюстрируют тот факт, что скорость прохождения газа через патрубок 11 увеличивается при приближении к центральной оси 15. В большинстве случаев текучая среда, текущая через проход 14, будет содержать небольшое количество жидкости.

[0033] Согласно фиг.1, на которой показана пара преобразователей 20а, 20b, преобразователь 20а, расположенный ниже по потоку, создает акустический сигнал, распространяющийся через текучую среду в патрубке 11, а затем падает на преобразователь 20b, расположенный выше по потоку, и регистрируется им. Через короткий промежуток времени (например, через в пределах нескольких миллисекунд), преобразователь 20b, расположенный выше по потоку, создает отраженный акустический сигнал, распространяющийся обратно через текучую среду в патрубке 11, падает на преобразователь 20а, расположенный ниже по потоку, и регистрируется им. Таким образом, преобразователи 20а и 20b выполняют функцию "питчера и кетчера" в отношении акустического сигнала 22а, проходящего вдоль хорды 22. В процессе работы устройства данная последовательность может происходить тысячи раз в минуту.

[0034] Время передачи акустического сигнала 22а между преобразователями 20а, 20b зависит отчасти от направления перемещения акустического сигнала 22а вверх по потоку или вниз по потоку относительно потока текучей среды. Время перемещения акустического сигнала вниз по потоку (то есть в направлении потока текучей среды) меньше времени его перемещения вверх по потоку (то есть против направления потока текучей среды). Время перемещения вверх и вниз по потоку может быть использовано для расчета средней скорости сигнала по хорде и скорости звука в измеряемой текучей среде.

[0035] Обычно ультразвуковые расходомеры могут иметь по меньшей мере одну хорду акустического сигнала. Например, согласно фиг.2 и 3, в данном примере реализации, ультразвуковой расходомер 10 фактически содержит четыре хорды 22, 23, 24, 25 и соответствующие акустические сигналы 22а, 23а, 24а, 25а на различных уровнях в патрубке 11. Каждый хордовый путь 22, 23, 24, 25 соответствует паре преобразователей, работающих попеременно в качестве передатчика и приемника аналогично первой паре преобразователей 20а, 20b, описанной ранее. На фиг.2 показан управляющий электронный блок или устройство 80, которое управляет созданием акустического сигнала, получает и обрабатывает данные по четырем хордам 22, 23, 24, 25. Скорость потока текучей среды может быть определена в каждой хорде 22, 23, 24, 25 для получения скоростей потока по хордам, причем скорости потока по хордам могут быть объединены для определения средней скорости потока по всей трубе. На основании средней скорости потока может быть определено количество текучей среды, протекающей в патрубке и, таким образом, в трубопроводе.

[0036] Согласно приведенному ранее описанию, во многих применениях, текучая среда, протекающая через ультразвуковой расходомер (например, расходомер 10), будет содержать небольшое количество жидкости. Большинство обычных ультразвуковых расходомеров размещены в конкретном положении и ориентации для минимизации накопления жидкости. В частности, большинство обычных ультразвуковых расходомеров размещены таким образом, что любая жидкость, накапливаемая в каждом посадочном гнезде преобразователя, автоматически отводится под действием силы тяжести обратно в сквозной проход в расходомере. Это обычно требует такой ориентации ультразвукового расходомера, чтобы каждое посадочное гнездо преобразователя расходомера располагалось горизонтально, было наклонено вниз при прохождении от внешней части патрубка к сквозному проходу расходомера и/или расположено на верхней половине расходомера. В итоге, количество секций по длине трубопровода, в которых может быть установлен расходомер, может быть в значительной степени ограничено. Однако, согласно приведенному далее подробному описанию, устройство, раскрытое в примерах реализации, содержит дренажное отверстие (дренажные отверстия) по меньшей мере на одном посадочном гнезде преобразователя, подверженном накоплению в нем жидкости и связанными с этим проблемами.

[0037] На фиг.4 схематически показаны патрубок 11 в разрезе, выполненном по линии 4-4 по фиг.1 через посадочное гнездо 30a преобразователя и соответствующий преобразователь 20а. Несмотря на то, что на фиг.4 показано только одно посадочное гнездо преобразователя (то есть посадочное гнездо преобразователя 30a) и соответствующий ему преобразователь (например, преобразователь 20а), по меньшей мере одно из оставшихся посадочных гнезд преобразователей 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h может быть выполнено аналогичным образом, в зависимости от применения и предусмотренного накопления жидкости в каждом посадочном гнезде 30b, 30c, 30d, 30e, 30f, 30g, 30h. В частности, на основании установки расходомера 10 и ориентации посадочных гнезд преобразователей, каждое посадочное гнездо, подверженное накоплению жидкости, предпочтительно выполнено идентично посадочному гнезду 30a, описанному далее.

[0038] Согласно фиг.4, посадочное гнездо 30a, сообщающееся посредством текучей среды с проходом 14 и проходящее вдоль центральной оси 35а от первого или открытого конца 30а-1 в проходе 14 и второго или закрытого конца 30а-2, являющегося дальним по отношению к проходу 14. В данном примере реализации посадочное гнездо 30а задано корпусом 40а преобразователя, проходящим от патрубка 11 вдоль центральной оси 45а между первым концом 40а-1, являющимся ближним по отношению к проходу 14, и вторым концом 40а-2, являющимся дальним по отношению к проходу 14. В данном примере реализации первый конец 40а-1 корпуса 40а выполнен как единое целое с патрубком 11. Посадочное гнездо 30а задает центральное отверстие или проход, проходящий (относительно осей 25а, 35а) через корпус 40а преобразователя соосно с ним между концами 40а-1, 40а-2. Другими словами, ось 35а посадочного гнезда 30а совпадает с осью 45а посадочного гнезда 40а. Концевая заглушка 41а присоединена к концу 40а-2 и перекрывает второй конец 30а-2 посадочного гнезда 30а.

[0039] Согласно фиг.4, преобразователь 20а расположен в посадочном гнезде 30а преобразователя и корпусе 40а преобразователя соосно с ними и соединен с корпусом 40а с возможностью отсоединения. В частности, преобразователь 20а проходит вдоль центральной оси 25а между первым концом 20а-1, являющимся ближним по отношению к проходу 14 патрубка 11, и вторым концом 20а-2, являющимся дальним по отношению к проходу 14. Пьезоэлектрический элемент, который создает и принимает акустический сигнал 22а вдоль хорды 22, описанный ранее, расположен в преобразователе 20а ближе к первому концу 20а-1. Кабель 21а проходит через концевую заглушку 41а и электрически присоединен к преобразователю 20а на втором конце 20а-2. Кабель 21а передает электрические сигналы и данные между преобразователем 20а и описанным ранее электронным блоком 80, который присоединен к внешней стороне патрубка 11.

[0040] В данном примере реализации преобразователь 20а разъемно прикреплен к корпусу 40а в посадочном гнезде 30а с использованием сопрягаемых резьб, при этом преобразователь 20а содержит внешнюю резьбу 20а-3, которая взаимодействует с внутренней резьбой 40а-3 корпуса 40а. Резьбовое взаимодействие между преобразователем 20а и корпусом 40а обеспечивает возможность удержания преобразователя 20а, размещаемого в посадочном гнезде 30а, в необходимом осевом положении относительно осей 25а, 35а, 45а, и извлечение его из посадочного гнезда 30а, которое необходимо для выполнения обслуживания и/или ремонта. Несмотря на то что в данном примере реализации для разъемного присоединения преобразователя 20а к корпусу 40а использованы сопрягаемые резьбы 20а-3, 40а-3, в других примерах реализации, преобразователь (например, преобразователь 20а) может быть размещен в корпусе (например, корпусе 40а) посредством любых подходящих средств, включающих, без ограничения, посадку с натягом, прессовую посадку, болты, сварное соединение или их сочетания.

[0041] При работе расходомера 10, текучая среда, протекающая через проход 14 (указан стрелкой 2 по фиг.1), может содержать небольшое количество жидкости. Со временем в посадочном гнезде 30а может накапливаться некоторое количество жидкости. Если посадочное гнездо 30а и ось 35а выполнены горизонтальными, то жидкость будет стремиться протекать под действием силы тяжести по направлению к открытому концу 30а-1 и в проход 14 расходомера, поскольку происходит увеличение уровня жидкости в отверстии 30а. Другими словами, при расположении закрытого конца 30а-2 над или на более высоком уровне по сравнению с открытым концом 30а-1 (например, ось 35а наклонена книзу при перемещении от конца 30а-1 к концу 30а-2), любая жидкость, накопленная в отверстии 31а, потечет под действием силы тяжести к открытому концу 30а-1 и в проход 14 расходомера. Однако при расположении закрытого конца 30а-2 ниже или на более низком уровне по сравнению с открытым концом 30а-1 (например, ось 35а наклонена книзу при перемещении от конца 30а-1 к концу 30а-2), жидкость, накопленная в отверстии 31а, не будет течь под действием силы тяжести к открытому концу 30а-1 и в проход 14. Накопление значительного количества жидкости в отверстии 31а, это может нежелательно повлиять на передачу акустических сигналов вдоль хорды 22 между преобразователями 20а, 20b по фиг.1. Однако в данном примере реализации дренажная система для отведения жидкости 50 расположена таким образом, что она сообщается посредством текучей среды с посадочным гнездом 30а преобразователя с возможностью отведения из него накопленной жидкости с обеспечением, таким образом, уменьшения количества накапливаемой жидкости в отверстии 30а и уменьшения возможности акустического шунтирования.

[0042] Согласно фиг.4, в данном примере реализации, дренажная система для отведения жидкости 50 имеет дренажное отверстие или отверстие 51, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом 30а преобразователя и дренажной трубкой 52, проходящей от дренажного отверстия 51. Дренажное отверстие 51 представляет собой сквозное отверстие, проходящее в радиальном направлении (относительно осей 25а, 35а, 45а) через корпус 40а преобразователя к посадочному гнезду 30а преобразователя. Еще в одних примерах реализации, в которых посадочное гнездо преобразователя (например, посадочное гнездо 30а) проходит через патрубок (например, патрубок 11) и задано им, дренажное отверстие (например, дренажное отверстие 51) может проходить через часть патрубка.

[0043] Дренажное отверстие 51 предпочтительно расположено и ориентировано таким образом, что жидкость в посадочном гнезде 30а преобразователя автоматически отводится под действием силы тяжести из посадочного гнезда преобразователя 30а в дренажное отверстие 51. Другими словами, дренажное отверстие 51 предпочтительно расположено в положении, в котором происходит накопление жидкости в посадочное гнездо 30а преобразователя. Такое положение будет полностью зависеть от положения и ориентации расходомера 10 и посадочного гнезда 30а преобразователя, однако обычно на относительно более низких частях посадочное гнездо 30а преобразователя (то есть частях посадочного гнезда преобразователя, которые расположены на более низком уровне, чем открытый конец посадочного гнезда преобразователя).

[0044] Согласно фиг.4, дренажная трубка 52 имеет первый или впускной конец 52а, присоединенный к корпусу 40а и сообщается посредством текучей среды с дренажным отверстием 51, и второй или выпускной конец 52b, противоположный впускному концу 52а. Жидкость, накопленная в посадочном гнезде 30а, выводится из него через дренажное отверстие 51 и впускной конец 52а в трубке 52 и покидает трубки 52 через выпускной конец 52b. В данном примере реализации клапан 53 расположен вдоль трубки 52 между концами 52а, 52b. Клапан 53 управляет потоком жидкости, отводимой через трубку 52. В частности, при расположении клапана 53 в открытом положении, отводимая жидкость свободно протекает через дренажное отверстие 51, впускной конец 52а, трубку 52 и клапан 53 к выпускному концу 52b. Однако при расположении клапана в закрытом положении протекание отводимой жидкости через клапан 53 от впускного конца 52а к выпускному концу 52b ограничено и/или предотвращено.

[0045] При нормальной работе расходомера 10, клапан 53 предпочтительно удерживают в закрытом положении. В частности, в зависимости от конструкции расходомера (например, расходомера 10) и/или места отведения жидкости (например, положения выпускного конца 52b), жидкостной и/или газовый поток через дренажную трубку (например, трубку 52) может воздействовать на акустические сигналы, совершающие перемещение к соответствующему преобразователю (например, преобразователю 20а) и от него, что потенциально приводит к ошибкам при измерении потока, в частности, если некоторое количество газа, протекающего через корпус расходомера, протекает в посадочное гнездо преобразователя (например, посадочное гнездо 30а) и через дренажное отверстие (например, дренажное отверстие 51). Однако при обнаружении неисправности преобразователя 20а посредством электронного блока 80, клапан 53 перемещают в открытое положение для отведения любых накопленных жидкостей из посадочного гнезда 30а, которые могли вызвать ошибку преобразователя. После отведения жидкости из посадочного гнезда преобразователя 30а, клапан 53 перемещают обратно в закрытое положение для обеспечения возможности точного измерения потока. При отсутствии возврата к точным измерениям потока после отведения жидкости из посадочного гнезда преобразователя 30а и закрытия клапана 53, велика вероятность, что накопленная в посадочном гнезде 30а жидкость не была причиной повреждения преобразователя. Таким образом, клапан 53 может быть использован в качестве приспособления для установления неисправности преобразователя 20а.

[0046] Обычно клапан 53 может представлять собой клапан любого подходящего типа, включая, без ограничения, клапан с ручным управлением, шаровой клапан, электрически управляемый клапан или их сочетания. В данном примере реализации исполнительный механизм 54 перемещает клапан 53 между открытым и закрытым положениями. В частности, исполнительный механизм 54 представляет собой электрически управляемый соленоид и, таким образом, может быть рассмотрен в качестве соленоида 54. Клапан 53 смещают в закрытое положение посредством соленоида 54, а в открытое положение клапан 53 перемещается при приеме соленоидом 54 электрического сигнала (например, достаточного электрического тока). Таким образом, если соленоид 54 не принимает электрический сигнал или принятый электрический сигнал недостаточен для работы соленоида 54, то клапан 53 сохраняет свое закрытое положение, ограничивающее и/или предотвращающее поток текучей среды через трубопровод 52 между концами 52а, b.

[0047] Согласно фиг.4, в данном примере реализации, соленоид 54 и, таким образом, клапан 53, выполнены электрически управляемыми электронным блоком 80, который непосредственно взаимодействует с соленоидом 54 через провод 55. В частности, выходной сигнал электронного блока 80 (например, напряжение и/или ток) непосредственно приводит в действие соленоид 54 с обеспечением, таким образом, перемещения клапана 53 между открытым и закрытым положениями. Однако, согласно приведенному далее подробному описанию, в других примерах реализации электронный блок (например, электронный блок 80) может управлять соленоидом (например, соленоидом 54) не напрямую по меньшей мере через один дополнительный компонент. Один из примеров электронного блока, подходящего для управления соленоидом 54, представляет собой ультразвуковой электронный блок «Mark III™» от компании «Daniel® Measurement and Control». Ультразвуковой электронный блок «Mark III™» имеет несколько цифровых выходов, которые могут быть приспособлены для подачи относительно высокого напряжения (~5 вольт) или относительно низкого напряжения (~0 вольт) на управляющий соленоид 54.

[0048] Некоторые обычные электронные блоки для ультразвуковых расходомеров включают возможность, посредством подходящего аппаратного и программного обеспечения, непрерывного контроля хорд преобразователей и достоверности сигнала преобразователя при работе расходомера. При использовании таких возможностей, электронный блок 80 непрерывно контролирует сигнал 22а преобразователя, созданный и принятый преобразователем 20а, и перемещает клапан 53 между закрытым и открытым положениями с помощью соленоида 54 на основании достоверности сигнала 22а преобразователя.

[0049] На фиг.5 схематически показан один из примеров реализации способа 200 для управления клапаном 53 дренажной системы 50, описанной ранее, на основании достоверности сигнала 22а преобразователя. При работе расходомера 10 для измерения расхода текучей среды через проход 14 происходит непрерывный контроль и анализ сигнала 22а преобразователя посредством электронного блока 80 в блоке 210. Кроме того, электронный блок 80 определяет достоверность сигнала 22а преобразователя в блоке 212. Если достоверность сигнала 22а оценена электронным блоком 80 в блоке 215 как удовлетворительная, то напряжение выходного сигнала электронного блока 80 к соленоиду 54 поддерживают нулевым или относительно низким (~0 вольт), удерживая, таким образом, клапан 53 в закрытом положении согласно блоку 217. Однако, если достоверность сигнала 22а оценена электронным блоком 80 в блоке 215 как неудовлетворительная, возможно, вследствие накопления жидкости в посадочном гнезде 30а преобразователя, напряжение выходного сигнала электронного блока 80 на соленоид 54 переключают на относительно высокое значение (~5 вольт), достаточное для перемещения клапана 53 из закрытого положения в открытое положение посредством соленоида 54 согласно блоку 218. После открытия клапана 53 в блоке 218 или его закрытия, или удержания в закрытом положении в блоке 217, процесс повторяется. Таким образом, пока достоверность сигнала 22а, контролируемого электронным блоком 80, остается недостаточной, напряжение выходного сигнала электронного блока 80 поддерживают на относительно высоком уровне для удержания клапана 53 в открытом положении и обеспечения непрерывного отвода жидкости из посадочного гнезда 30а. Однако, когда достоверность сигнала 22а, контролируемого электронным блоком 80, становится удовлетворительной, напряжение выходного сигнала электронного блока 80 на соленоид 54 переключают обратно на относительно низкое значение (~0 вольт) с обеспечением, таким образом, перемещения клапана 53 обратно в закрытое положение согласно блоку 217.

[0050] Согласно приведенному ранее описанию, выпускной конец 52b трубопровода 52 может быть размещен в любом положении, подходящем для удаления отводимой жидкости из посадочного гнезда 30а. Например, по фиг.6 выпускной конец 52b каждой дренажной трубки 52 присоединен к патрубку 11 и расположен таким образом, что он сообщается посредством текучей среды с проходом 14 расходомера ниже по потоку соответствующего посадочного гнезда 30а, 30а. В примере реализации по фиг.5, выпускной конец 52b расположен таким образом, чтобы эффективно использовать эффект Вентури, возникающий в потоке текучей среды через проход 14 с созданием, таким образом, на выпускном конце 52b более низкого давления по отношению к давлению на впускном конце 52а, который пропускает отводимую жидкость через трубопровод 52 к выпускному концу 52b и проходу 14. В альтернативном варианте, согласно фиг.7, выпускной конец 52b может быть присоединен к подходящему резервуару для хранения жидкости или емкости 60 и сообщается с ней посредством текучей среды. Внутреннее давление в накопительной емкости 60 предпочтительно равно или ниже давления в посадочном гнезде 30а преобразователя. Если внутреннее давление в емкости 60 меньше, чем давление в посадочном гнезде 30а преобразователя, то разность давлений будет перемещать отводимую жидкость из посадочного гнезда преобразователя 30а через дренажную трубку 52 в емкость 60. Однако, если внутреннее давление в емкости 60 идентично или близко к давлению в посадочном гнезде 30а преобразователя, то емкость 60 располагают предпочтительно на более низком уровне, чем посадочное гнездо 30а преобразователя, так что отводимая жидкость будет течь из посадочного гнезда преобразователя 30 через трубопровод 52 в накопительную емкость 60 только под действием силы тяжести.

[0051] На фиг.8 показан один из примеров реализации дренажной системы 150 для отведения накопленной жидкости из посадочного гнезда преобразователя 30а расходомера 10. Дренажная система для отведения жидкости 150 аналогична дренажной системе 50 для отведения жидкости, описанной ранее. В частности, система 150 содержит дренажное отверстие 51, дренажную трубку 52, клапан 53 и управляющий соленоид 54 для управления клапаном, каждый из которых описан ранее в настоящей заявке. Выпускной конец 52b трубки 52 может быть присоединен к патрубку 11 ниже посадочного гнезда 30а по потоку согласно фиг.6 или присоединен к накопительной емкости (например, емкости 60) согласно фиг.7. Однако в данном примере реализации управление соленоидом 54 и, таким образом, клапаном 53, происходит косвенно посредством электронного блока 80. В частности, в данном примере реализации, релейный выключатель 56 расположен между электронным блоком 80 и соленоидом 54, а внешний источник энергии или блок 57 питания присоединен к релейному выключателю 56. В частности, первый провод 55а электрически присоединяет электронный блок 80 к релейному выключателю 56, второй провод 55b электрически присоединяет блок 57 питания к релейному выключателю 56, а третий провод 55с электрически присоединяет релейный выключатель 56 к соленоиду 54. Другими словами, электронный блок 80 взаимодействует с одним входом релейного выключателя 56, блок 57 питания подает электрическую энергию на второй вход релейного выключателя 56, а релейный выключатель 56 имеет выход, взаимодействующий с соленоидом 54. Электронный блок 80 выполняет управляющую функцию при открытом или закрытом релейном выключателе 56. При закрытии релейного выключателя 56, электрическая энергия от блока 57 питания проходит через релейный выключатель 56 на соленоид 54, а при открытии релейного выключателя 56, прохождение электрической энергии от блока 57 питания через релейный выключатель 56 на соленоид 54 исключено.

[0052] Электронный блок 80 управляет релейным выключателем 56 таким образом, что при подаче электронным блоком 80 на релейный выключатель 56 относительно низкого напряжения, этот релейный выключатель 56 сохраняет открытое положение и прохождение электрического сигнала, созданного посредством блока 57 питания, через релейный выключатель 56 на соленоид 55 исключено. Однако при подаче электронным блоком 80 относительно высокого напряжения на релейный выключатель 56, происходит закрытие релейного выключателя 56 и обеспечено прохождение электрического сигнала, выданного блоком 57 питания, через релейный выключатель 56 на соленоид 55 с обеспечением, таким образом, приведения в действие соленоида 54 и перемещения клапана 53 из закрытого положения в открытое положение.

[0053] Дренажная система 150 приводится в действие аналогично дренажной системе 50, описанной ранее. В частности, электронный блок 80 непрерывно контролирует и анализирует сигнал 22а преобразователя. Кроме того, электронный блок 80 определяет достоверность сигнала 22а. При удовлетворительной достоверности сигнала 22а, электронный блок 80 выдает относительно небольшое напряжение на релейный выключатель 56 с обеспечением, таким образом, удержания релейного выключателя 56 в открытом положении и удержания клапана 53 в закрытом положении. Однако, при неудовлетворительной достоверности сигнала 22а, электронный блок 80 выдает относительно высокое напряжение на релейный выключатель 56 с обеспечением, таким образом, закрытия релейного выключателя 56, что обеспечивает возможность протекания электрического сигнала от блока 57 питания на соленоид 54 и перемещение клапана 53 в открытое положение. При возврате достоверности сигнала 22а на удовлетворительный уровень происходит возврат электронного блока 80 к относительно низкому выходному напряжению с обеспечением, таким образом, перемещения релейного выключателя 56 обратно в открытое положение и предотвращения протекания электрического сигнала от блока 57 питания на соленоид 54, и перемещения клапана 53 обратно в закрытое положение. Примеры реализации, раскрытые в данной заявке, в которых использован внешний источник энергии (например, внешний блок 57 питания) для приведения в действие соленоида клапана (например, соленоида 54), в частности, предпочтительны, если соленоид требует напряжение или ток свыше того, что могут обеспечить электронные блоки ультразвукового расходомера (например, электронный блок 80).

[0054] Согласно фиг.4 и 8, время, необходимое для отведения жидкости из посадочного гнезда преобразователя 30а, предпочтительно поддерживают максимально коротким, так что клапан 53 не расположен в открытом положении в течение избыточного периода времени. Для обеспечения необходимого временного интервала, в течение которого клапан 53 удерживают в открытом положении, выходной сигнал электронного блока 80 по фиг.4 предпочтительно регулируют посредством временного реле соленоидного клапана, а выходной сигнал релейного выключателя 56 по фиг.8 предпочтительно отрегулирован посредством временного реле соленоидного клапана. Временное реле соленоидного клапана может составлять единое целое с соленоидом 54 или представлять собой отдельный компонент, расположенный между электронным блоком 80 и соленоидом 54 по фиг.4 и между релейным выключателем 56 и соленоидом 54 по фиг.8. Временное реле соленоидного клапана имеет импульсную характеристику, которая автоматически приводит в действие соленоид 54 для закрытия клапана 53 после истечения предварительно установленного или заданного периода времени (например, 60 с). В частности, временное реле соленоидного клапана (а) обеспечивает возможность перемещения соленоидом 54 клапана 53 в открытое положение, когда соленоид 54 приведен в действие посредством относительно высокого выходного напряжения (от электронного блока 80 по фиг.4 или релейного выключателя 56 по фиг.8); (b) удерживает соленоидный клапан 53 в открытом положении в течение установленного периода времени; и (с) автоматически приводит в действие соленоид 54 для перемещения клапана 53 обратно в закрытое положение после истечения установленного периода времени, вне зависимости от выходного сигнала электронного блока 80. Временное реле соленоидного клапана предпочтительно не обеспечивает возможность перемещения соленоидом 54 клапана 53 обратно в открытое положение до его сброса (то есть происходит возврат выходного сигнала электронного блока 80 по фиг.4 или выходного сигнала релейного выключателя 56 по фиг.8 к относительно низкому напряжению), и затем повторно приведен в действие посредством относительно высокого выходного напряжения. Один из примеров подходящего временного реле соленоидного клапана представляет собой временное реле SVT-1078A от компании «Omega™ Engineering, Inc.», город Стамфорд, штат Коннектикут.

[0055] Согласно приведенному выше описанию, примеры реализации дренажных систем для отведения жидкости, описанных в данной заявке (например, системы 50, системы 150 и т.п.), могут быть выполнены для автоматического управления электронным блоком 80 с (а) электронным блоком 80, непосредственно управляющим соленоидом 54 и, таким образом, клапаном 53 по фиг.4, или (b) с непрямым управлением соленоидом 54 и клапаном 53 посредством релейного выключателя 56 по фиг.8. Электронный блок 80 предпочтительно выполнен для перемещения соленоидного клапана 53 в открытое положение только при обнаружении проблемы (например, при недостоверном акустическом сигнале 22а и т.п.). Такое автоматизированное управление дренажной системой для отведения жидкости устраняет потребность в ручном приведении в действие клапана 53.

[0056] Несмотря на то что каждая из дренажной системы 50 по фиг.4 и дренажной системы 150 по фиг.5 показана присоединенной к обычному посадочному гнезду 30а преобразователя, любое по меньшей мере одно посадочное гнездо преобразователя (например, посадочные гнезда 30а, 30b, 30c, 30d и т.д.) может иметь свою систему для отведения или может быть соединено с общей дренажной системой. Однако, дренажная система для отведения жидкости (например, система 50 или система 150) предпочтительно выполнена для каждого посадочного гнезда преобразователя, в котором не осуществляется автоматическое отведение жидкости отбратно в сквозной проход патрубка (например, проход 14 патрубка 11) под действием силы тяжести. Таким образом, посадочные гнезда преобразователей, которые выполнены горизонтальными или наклонены книзу при перемещении по направлению к сквозному проходу патрубка, не требуют наличия дренажной системы для отведения накопленной жидкости. Идентификация посадочных гнезд преобразователей, которые должны содержать дренажную систему для отведения накопленной жидкости, будет зависеть от положения и ориентации расходомера и может быть различной от применения к применению.

[0057] В расходомерах по меньшей мере с двумя посадочными гнездами преобразователей, требующих периодического вывода накопленной жидкости, каждое посадочное гнездо преобразователя, из которого необходимо отвести жидкость, предпочтительно сообщается посредством текучей среды с дренажным отверстием (например, дренажным отверстием 51) и дренажной трубкой для отведения жидкости (например, дренажным трубкой 52), проходящей от дренажного отверстия. Дренажные трубки, проходящие от посадочных гнезд преобразователей, могут проходить к общему месту назначения или различным местам. Кроме того, отдельные дренажные трубки могут быть соединены в одну нижнюю выпускную линию или сохранять свое раздельное положение на пути к месту назначения. Кроме того, один клапан (например, клапан 53) может быть выполнен для каждого дренажного отверстия или, в альтернативном варианте, один клапан может быть выполнен для множества дренажных отверстий. В примерах реализации, в которых клапан выполнен для каждого дренажного отверстия, управление каждым клапаном предпочтительно происходит прямо посредством электронного блока (например, электронного блока 80) по фиг.4 или посредством непрямого управления электронным блоком по фиг.5. При непрямом управлении множеством клапанов посредством электронного блока, каждый клапан предпочтительно содержит отдельное временное реле клапана и релейный выключатель (например, релейный выключатель 56). С другой стороны, в примерах реализации, в которых один клапан (например, клапан 53) выполнен по меньшей мере для одной дренажной системы для отведения жидкости, каждая дренажная трубка предпочтительно соединена с единственной трубкой, которая содержит клапан. При непрямом контроле одного клапана посредством электронного блока, необходимы только одно временное реле клапана и один релейный выключатель.

[0058] В примерах реализации, включающих более одного посадочного гнезда преобразователя с дренажным отверстием, предпочтительно выполняют независимое управление отведением жидкости из посадочных гнезд преобразователей. Например, электронный блок (например, электронный блок 80) может быть выполнен для (а) непрерывного контроля, анализа и оценки каждой хорды (например, каждой хорды 22, 23, 24, 25) и каждого соответствующего акустического сигнала (например, каждого сигнала 22а, 23а, 24а, 25а) и (b) идентификации ошибок сигналов (например, проблем с достоверностью сигналов) и соответствующих посадочных гнезд преобразователей, и (с) независимого управления отведением жидкости из таких посадочных гнезд преобразователей. После определения ошибки сигнала преобразователя, электронный блок инициирует отведение жидкости только из посадочного гнезда преобразователя (посадочных гнезд преобразователей), соответствующего неисправному преобразователю (преобразователям). Для выполнения такого независимого контроля и отведения жидкости из множества посадочных гнезд преобразователей, электронный блок предпочтительно содержит множество выходов (один для каждого дренажного отверстия), а для каждого дренажного отверстия предпочтительно выполнен один клапан. Кроме того, для независимого и непрямого управления клапанами, для каждого клапана предпочтительно выполнено одно временное реле клапана и релейный выключатель.

[0059] Несмотря на то что в настоящей заявке показаны и описаны предпочтительные примеры реализации, специалист в уровне техники может выполнить их модификации в рамках объема настоящего изобретения. Примеры реализации, описанные в настоящей заявке, представляют собой только пояснительные и неограничивающие примеры реализации. В рамках объема настоящего изобретения возможны многие варианты и модификации систем, устройств и процессов, описанных в настоящей заявке. Например, возможны различные относительные размеры различных частей, материалы, из которых выполнены эти части, и другие параметры. Таким образом, объем защиты не ограничен примерами реализации, описанными в настоящей заявке, однако ограничен прилагаемой формулой изобретения, которая включает все эквиваленты объекта.

1. Ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе, содержащий:
патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее вдоль центральной оси от открытого конца в сквозном отверстии к закрытому концу, являющемуся дальним по отношению к сквозному отверстию,
акустический преобразователь, расположенный в посадочном гнезде преобразователя и имеющий пьезоэлектрический элемент,
дренажное отверстие, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом преобразователя и расположенное в осевом направлении между открытым концом и закрытым концом посадочного гнезда преобразователя, и
дренажную трубку, имеющую впускной конец, присоединенный к дренажному отверстию, и выпускной конец, противоположный впускному концу,
причем дренажное отверстие выполнено с возможностью отведения жидкости из посадочного гнезда преобразователя во впускной конец дренажной трубки.

2. Расходомер по п.1, в котором дренажная трубка содержит клапан, имеющий открытое положение, обеспечивающее возможность протекания жидкости через клапан и дренажную трубку, и закрытое положение, ограничивающее протекание жидкости через клапан и дренажную трубку.

3. Расходомер по п.2, дополнительно содержащий исполнительный механизм, выполненный с возможностью перемещения клапана между открытым положением и закрытым положением.

4. Расходомер по п.3, в котором исполнительный механизм представляет собой соленоид.

5. Расходомер по п.3, дополнительно содержащий электронный блок, присоединенный к исполнительному механизму и выполненный с возможностью управления этим исполнительным механизмом для перемещения клапана между открытым положением и закрытым положением.

6. Расходомер по п.3, в котором исполнительный механизм выполнен с возможностью смещения клапана в закрытое положение.

7. Расходомер по п.3, дополнительно содержащий релейный выключатель и блок питания,
причем релейный выключатель имеет первый вход, присоединенный к электронному блоку, второй вход, присоединенный к блоку питания, и выход, присоединенный к исполнительному механизму,
и имеет закрытое положение, обеспечивающее возможность прохождения электрической энергии от блока питания через релейный выключатель к исполнительному механизму, и открытое положение, препятствующее прохождению электрической энергии от блока питания через релейный выключатель к исполнительному механизму,
а электронный блок выполнен с возможностью перемещения релейного выключателя между открытым положением и закрытым положением.

8. Расходомер по п.2, в котором выпускной конец дренажной трубки присоединен к патрубку и сообщается посредством текучей среды со сквозным отверстием патрубка.

9. Расходомер по п.2, дополнительно содержащий накопительную емкость для хранения жидкости, присоединенную к выпускному концу дренажной трубки, причем дренажная трубка выполнена с возможностью протекания через нее жидкости из посадочного гнезда преобразователя в накопительную емкость для хранения жидкости.

10. Способ отведения накопленной жидкости из посадочного гнезда преобразователя ультразвукового расходомера, согласно которому:
(a) перемещают текучую среду через сквозное отверстие в расходомере, при этом посадочное гнездо преобразователя проходит от сквозного отверстия и сообщается посредством текучей среды со сквозным отверстием,
(b) передают акустический сигнал через сквозное отверстие расходомера с преобразователем, расположенным в посадочном гнезде преобразователя,
(c) накапливают жидкость в посадочном гнезде преобразователя на этапе (а),
(d) отводят жидкость, накопленную в посадочном гнезде преобразователя, через дренажное отверстие, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом преобразователя, после этапа (с),
(e) перемещают текучую среду из дренажного отверстия в дренажную трубку на этапе (d),
(f) смещают клапан в дренажной трубке в закрытое положение, ограничивающее протекание жидкости через этот клапан, и
(g) перемещают клапан в открытое положение после этапа (с) для обеспечения возможности протекания жидкости через клапан.

11. Способ по п.10, согласно которому дополнительно:
(h) перемещают клапан обратно в закрытое положение после этапа (g).

12. Способ по п.11, согласно которому исполнительный механизм, присоединенный к клапану, смещает этот клапан в закрытое положение на этапе (f) и перемещает клапан между открытым положением и закрытым положением на этапах (g) и (h).

13. Способ по п.11, согласно которому дополнительно:
контролируют акустический сигнал с помощью электронного блока,
определяют достоверность акустического сигнала с помощью электронного блока,
удерживают клапан в закрытом положении с помощью электронного блока в случае достоверности акустического сигнала,
перемещают клапан в открытое положение на этапе (g) с помощью электронного блока в случае достоверности акустического сигнала.

14. Способ по п.13, согласно которому дополнительно:
перемещают клапан обратно в закрытое положение на этапе (h) с помощью электронного блока в случае достоверности акустического сигнала.

15. Способ по п.13, согласно которому дополнительно:
закрывают релейный выключатель с помощью электронного блока для перемещения клапана в открытое положение на этапе (g),
открывают релейный выключатель с помощью электронного блока для перемещения клапана в закрытое положение на этапе (h).

16. Способ по п.14, согласно которому дополнительно:
перемещают клапан обратно в закрытое положение на этапе (h) по истечении установленного периода времени.

17. Способ по п.10, согласно которому дополнительно:
перемещают текучую среду через дренажную трубку в сквозное отверстие расходомера или перемещают текучую среду через дренажную трубку в накопительную емкость для хранения жидкости.

18. Способ идентификации неисправного акустического преобразователя в ультразвуковом расходомере, согласно которому:
(a) перемещают текучую среду через сквозное отверстие расходомера,
(b) передают акустический сигнал через сквозное отверстие расходомера акустическим преобразователем, расположенным в посадочном гнезде преобразователя, проходящем от сквозного отверстия в расходомере,
(c) принимают акустический сигнал, проходящий через сквозное отверстие расходомера акустическим преобразователем,
(d) обеспечивают дренажное отверстие, сообщающееся посредством текучей среды с посадочным гнездом преобразователя, при этом дренажная трубка, присоединенная к дренажному отверстию, содержит клапан,
(e) непрерывно контролируют акустические сигналы с помощью электронного блока, присоединенного к преобразователю,
(f) определяют достоверность акустических сигналов с помощью электронного блока на этапе (е),
(g) удерживают клапан в закрытом положении с помощью электронного блока в случае достоверности акустического сигнала на этапе (f),
(h) перемещают клапан в открытое положение на этапе (g) с помощью электронного блока в случае достоверности акустического сигнала на этапе (f).

19. Способ по п.18, согласно которому дополнительно:
(i) перемещают клапан обратно в закрытое положение после этапа (h),
(j) определяют достоверность акустических сигналов с помощью электронного блока после этапа (i).

20. Способ по п.19, согласно которому на этапе (i) перемещают клапан обратно в закрытое положение по истечению установленного периода времени.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля и измерения расхода двухфазного потока сыпучих диэлектрических материалов, перемещаемых воздухом по металлическому трубопроводу.

Ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе. В некоторых примерах реализации ультразвуковой расходомер содержит патрубок, блок преобразователя и блок заглушки посадочного гнезда.

В одном из примеров реализации ультразвуковой расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и посадочное гнездо преобразователя, проходящее от внешней поверхности патрубка к сквозному отверстию.

Предложен ультразвуковой расходомер для измерения потока текучей среды в трубопроводе. В одном из примеров реализации настоящего изобретения ультразвуковой расходомер содержит патрубок, имеющий сквозное отверстие и канал преобразователя, проходящий к сквозному отверстию.

Датчик ультразвукового расходомера может быть использован для определения расхода газов и жидкостей. Он состоит из пролетного канала, в торцах которого установлены акустические преобразователи, и двух патрубков, соединяющих пролетный канал с контролируемым трубопроводом.

Группа изобретений относится к измерительной технике и, в частности, к способу и системе обнаружения и отслеживания отложений. Система обнаружения нароста отложений в ультразвуковом расходомере включает ультразвуковой расходомер, муфту, пару преобразователей, закрепленных на муфте.

Ультразвуковой преобразователь ультразвукового расходомера снабжен корпусом, содержащим ближний к месту крепления конец, дальний к месту крепления конец и внутренний объем.
Способ одновременного определения расходов жидкой и газовой фаз потока газожидкостной смеси, включающий зондирование восходящего потока несепарированной газожидкостной смеси непрерывным ультразвуковым сигналом, прием отраженного от неоднородностей сигнала, комплексное детектирование, выделяющее синфазную с зондирующим сигналом и квадратурную составляющие, проведение спектрального анализа с определением знака преобладающей частоты, определение частоты сигнала и доли времени, когда преобладающая частота принимает отрицательное значение.

Изобретение относится к системам выравнивания потока текучей среды в проточной части расходомеров или в трубопроводах на входе расходомеров, предназначенных для измерений объемного расхода текучих сред.

Изобретение относится к бытовым ультразвуковым счетчикам для измерения расхода газа. Техническим результатом является повышение точности, а также увеличение динамического диапазона измеряемого расхода газа.

Способ измерения расхода жидкости, протекающей через канал заключается в то, что в сечении канала выбирают сложную виртуальную измерительную поверхность, перекрывающую полностью все сечение канала, затем, в ее геометрическом центре или центрах устанавливают ультразвуковой источник или источники, формирующие группу узконаправленных лучей, пронизывающих виртуальную измерительную произвольную поверхность с заданным шагом по широте и долготе так, что она покрывается сеткой точек пересечения каждого луча с виртуальной измерительной поверхностью, причем каждый луч перпендикулярен поверхности в точке пересечения. Затем для каждого луча проводят измерение скорости потока вдоль луча в точке пересечения с виртуальной измерительной поверхностью в направлении нормали к упомянутой поверхности по доплеровскому смещению частоты эхосигнала от точки пространства на виртуальной измерительной поверхности, после чего проводят интегрирование по всем точкам сетки. Технический результат - повышение точности измерения расхода, обеспечение обслуживания без осушения канала и даже без остановки гидроэнергетических установок. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: для определения скорости потока газовой среды. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют генерирование ультразвуковых колебаний, прием ультразвуковых колебаний электроакустическими преобразователями, измерение разности фаз электрических колебаний между сигналами от электроакустических преобразователей и вычисление скорости потока по разности фаз, при этом в зависимости от управляющего напряжения, посредством коммутатора на вход измерителя разности фаз подаются сигналы от электроакустических преобразователей 1, 2, 3, из которых электроакустические преобразователи 1, 2 расположены на концах измерительного канала, а преобразователь 3 - на расстоянии одной длины волны распространения ультразвука в воздухе; при нулевом управляющем напряжении обрабатывается сигнал с преобразователей 2 и 3 и запоминаются результаты измерения скорости звука; когда управляющее напряжение принимает значение единицы, через коммутатор проходят сигналы от преобразователей 1 и 2, а на выходе запоминающего устройства выдается запомненный результат измерения электрических сигналов, полученных на выходах преобразователей 2 и 3, и текущее значение разности фаз, полученное на выходе преобразователей 1 и 2; вычислительное устройство рассчитывает мгновенное значение скорости потока газовой среды. Технический результат: обеспечение возможности повышения быстродействия определения скорости потока газовой среды и обеспечение возможности представления результатов в режиме реального времени. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретения относятся к технике измерения расхода жидкости или газа. Способ включает этапы, выполняемые без прекращения потока текучей среды через расходомер, передачу ультразвукового сигнала первой частоты через указанную текучую среду; регулировку частоты с изменением первой частоты на вторую частоту и передачу другого ультразвукового сигнала второй частоты через указанную текучую среду, причем способ дополнительно включает использование одного общего акустического согласующего слоя для указанных ультразвукового сигнала и другого ультразвукового сигнала. Система содержит пьезоэлектрический элемент, выполненный с возможностью резонировать более чем на одной частоте; акустический согласующий слой, соединенный с пьезоэлектрическим элементом и выполненный с возможностью обеспечения согласования импеданса на каждой из указанной более чем одной частоты; возбуждающее устройство для одновременного возбуждения указанной более чем одной частоты с обеспечением одновременной выработки указанным элементом более чем одного сигнала; оценивающее устройство для оценки качества указанного более чем одного сигнала и выбирающее устройство для выбора, с использованием указанной оценки, одной частоты из указанной более чем одной частоты для ее возбуждения. Расходомер, содержащий пьезоэлектрический элемент, выполненный с возможностью резонировать на различных частотах; акустический согласующий слой, сопряженный с указанным элементом и выполненный с возможностью обеспечения согласования акустического импеданса на указанных различных частотах, причем пьезоэлектрический элемент испускает первый сигнал через текучую среду, проходящую через расходомер, и испускает другой сигнал вместо первого сигнала на основании оценки качества указанного первого сигнала, а указанные первый и другой сигналы имеют различные частоты. Технический результат заключается в повышении точности измерения расхода. 3 н. и 14 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в системах измерения газообразных и текучих сред, а также в коммерческих расчетах. Способ измерения расхода среды, при котором основной поток суммируют с обратным потоком, проводят суммарный поток через основной расходомер, измеряют его, далее разделяют его на два потока, один из которых считают равным входящему и направляют в нагрузку, другой - считают обратным, измеряют своим расходомером и вычитают из суммарного потока. При этом разделяют весь диапазон измерения на две части - первая часть измерения с обратным потоком, вторая часть измерения без обратного потока. В первой части диапазона обратный поток принудительно направляют к основному потоку для суммирования, изменяют его величину инверсно к величине основного потока. Во второй части диапазона расход основного потока измеряют основным расходомером без обратного потока. Кроме того, по изобретению устанавливают связь пропорциональной и инверсной между обратным потоком и основным. Технический результат - расширение диапазона измерения расхода. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения расхода многофазной жидкости, заключающийся в измерении акустического шума, создаваемого движением жидкости при протекании ее через известное сечение, скорость прохождения жидкости определяют по частоте акустических шумов, вызываемых неравномерностью движения жидкости, предварительно измеряют температуру потока и давление в трубе, плотности каждой из фаз, а затем на основе предложенных зависимостей рассчитывают объемную или массовую доли каждой фазы. При этом, используя лабораторные результаты, составляют уравнения зависимости скорости звука каждой фазы от давления и температуры, а уравнение скорости звука для воды дополняют зависимостью от солености воды, при этом полученные уравнения записывают в расчетный блок, измеряют давление и температуру в трубопроводе, измеряют соленость воды, измеряют и записывают амплитуды и частоты колебаний трубы, по которой протекает многофазная жидкость, измеряемый диапазон частот делят на части, соответствующие каждой фазе, в каждой из частей после применения быстрых преобразований Фурье выделяют максимальные значения амплитуд и соответствующие им частоты и вычисляют объемный расход каждой фазы жидкости по соответствующей формуле. Технический результат - уменьшение погрешности измерения каждой фазы. 4 ил.

Преобразовательный блок ультразвукового расходомера. По меньшей мере некоторые из пояснительных примеров реализации представляют собой системы, содержащие: патрубок, который задает внешнюю поверхность, центральный проход и посадочное гнездо преобразователей, проходящее от внешней поверхности к центральному проходу; и преобразовательный блок, соединенный с посадочным гнездом преобразователей. Преобразовательный блок содержит: переходной элемент, соединенный с патрубком, причем переходный элемент имеет первый конец, размещенный в посадочном гнезде преобразователей, и второй конец, расположенный снаружи внешней поверхности; пьезоэлектрический модуль с пьезоэлектрическим элементом, причем пьезоэлектрический модуль соединен непосредственно с первым концом переходного элемента и размещен во внешней поверхности; трансформаторный модуль с размещенным в нем трансформатором, причем трансформаторный модуль соединен непосредственно со вторым концом переходного элемента и размещен снаружи внешней поверхности; и электрический проводник, размещенный в проходе посредством переходного элемента и соединяющий трансформатор с пьезоэлектрическим элементом. Технический результат - повышение надежности ультразвуковых расходомеров, сокращение времени выявления неисправности и ремонта. 4 н. и 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

Блок преобразователя для ультразвукового расходомера содержит пьезоэлектрический модуль. При этом пьезоэлектрический модуль содержит корпус, имеющий центральную ось, первый конец, второй конец, противоположный первому концу, и первую внутреннюю камеру, проходящую в радиальном направлении от первого конца. Кроме того, пьезоэлектрический модуль содержит пьезоэлемент, расположенный в первой внутренней камере. Кроме того, пьезоэлемент содержит распорки, расположенные в первой внутренней камере между пьезоэлементом и корпусом, причем каждая распорка расположена в радиальном направлении между пьезоэлементом и корпусом. Технический результат - улучшение качества ультразвуковых сигналов. 3 н. и 22 з.п. ф-лы, 9 ил.

Устройство для прохождения сигналов ультразвуковой частоты через контролируемую среду в трубопроводе содержит источник сигналов ультразвуковой частоты, как минимум, «N»-управляемых ключей, подсоединенных своими соответствующими выводами к выходу источника сигналов ультразвуковой частоты через схему развязки, как минимум, «М»-первых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам одних из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, «М»-вторых ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей, установленных на трубопроводе с контролируемой средой и подсоединенных своими соответствующими выводами к соответствующим вторым выводам других из, как минимум, «N»-соответствующих управляемых ключей, усилитель, непосредственно подсоединенный своим входом к выходу схемы развязки, и схему управления, подсоединенную своими соответствующими выходами к управляющим входам «N»-управляемых ключей и к выходу источника сигналов ультразвуковой частоты. Технический результат - исключение влияния разброса параметров электронных компонентов на процесс прохождения сигналов ультразвуковой частоты по электронным цепям устройства и, следовательно, повышение точности измерения объемного расхода контролируемой среды в трубопроводе. 3 ил.

Изобретение относится к ультразвуковому проточному датчику (110) для применения в текучей среде. Предложенный ультразвуковой проточный датчик (110) содержит, по меньшей мере, два ультразвуковых преобразователя (120, 122), расположенных в проточной трубе (112), вмещающей поток текучей среды, и разнесенных вдоль потока текучей среды. Ультразвуковой проточный датчик (110) также содержит отражательную поверхность (126), причем ультразвуковые преобразователи (120, 122) установлены с возможностью посылки друг другу ультразвуковых сигналов посредством однократного отражения последних на отражательной поверхности (126). Между ультразвуковыми преобразователями (120, 122) предусмотрено отклоняющее устройство (132), выполненное таким образом, чтобы в основном подавлять паразитные ультразвуковые сигналы, отражаемые отражательной поверхностью (126) и падающие на отклоняющее устройство (132), путем их отклонения в сторону от ультразвуковых преобразователей (120, 122). Отклоняющее устройство расположено, по меньшей мере, на средней трети соединительного отрезка между ультразвуковыми преобразователями (120, 122) и имеет, по меньшей мере, одну отклоняющую поверхность (134, 136; 150). Нормали к отклоняющей поверхности (134, 136; 150) образуют с нормалью к отражательной поверхности (126) углы, среднее значение которых больше 10°. Технический результат - повышение точности измерений за счет существенного подавления паразитных ультразвуковых импульсов. 6 з.п. ф-лы, 34 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и преимущественно предназначено для использования в системах контроля и измерения скорости и расхода жидких и газообразных продуктов. Оно может быть использовано при транспортировке топливных продуктов, в водоснабжении, медицинской технике, а также в океанографии при измерении скорости течений в морях и океанах. Технический результат изобретения -повышение точности измерения при контроле параметров потока. Точность измерения скорости потока можно повысить, зная скорость распространения звука в среде и величины задержек в электронных схемах и акустических преобразователях.
Наверх