[发明专利]具有层流向湍流的过渡流动控制的超声流量计量系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于粘性流体的超声流量计量的系统，还涉及一种用于超声计量的方法。

背景技术

烃流体通过管道从一个地方输送至另一地方。期望准确地得知管道中流动的流体的量，并且当流体转手时或“密闭输送”时，要求特定的精度。然而，即使在未发生密闭输送的情况下也期望计量准确性，并且在这些情况下，可使用流量计。

超声流量计是可被用于测量管道中流动的流体的量的一种类型的流量计。超声流量计具有用于密闭输送所需的足够的精度。在超声流量计中，声学信号穿过需测量的流体流被来回发送。基于接收到的声学信号的参数，计算出流量计中的流体流速。流动通过流量计的流体的体积可从计算出的流速和流量计的已知横截面积来确定。

超声流量计处的流速的准确测量需要发展良好的流动分布。常规的超声流量测量系统通过在超声流量计的上游定位延长的直管或流量调节装置而提供这种流动分布。

发明内容

本文公开了用于粘性流体的超声流量计量的系统和方法。在一个实施方式中，超声流量计量系统包括超声流量计、流量调节器和渐缩管。渐缩管为一种将管从上游大内径过渡至下游小内径的设备。超声流量计包括一对超声换能器，一对超声换能器设置成交换穿过在换能器之间流动的流体流的超声信号。流量调节器布置在超声流量计的上游。渐缩管布置在流量调节器与超声流量计之间，以减小从流量调节器流向超声流量计的流体流的横截面积。

在另一实施方式中，一种方法包括将渐缩管的下游端连接至超声流量计的上游端，并且将渐缩管的上游端连接至流量调节器的下游端。渐缩管的下游端的内横截面积小于渐缩管的上游端的内横截面积。

在再一实施方式中，超声流量计量系统包括流量调节器、渐缩管和超声流量计。流量调节器联接至渐缩管的上游端，超声流量计联接至渐缩管的下游端。流量调节器和渐缩管调节流过超声流量计的流体流，使得超声流量计在流体流具有小于5000的雷诺数时以小于百分之0.2的误差测量流体流的速度。

附图说明

为了详细地描述本发明的示例性实施方式，现在参照附图，在附图中：

图1示出说明层流流体流、过渡流体流和湍流流体流的流动分布的曲线；

图2示出层流流体流、过渡流体流和湍流流体流的示例性百分比误差特性的曲线；

图3示出根据本文中所公开的原理提供对层流至湍流流动过渡的控制的用于测量粘性流体的超声测量系统；

图4示出根据本文中所公开的原理的超声流量计的截面俯视图；

图5示出根据本文中所公开的原理的四路超声流量计的端视图；

图6示出根据本文中所公开的原理的超声流量计量系统的体积流量测量值的误差的变化与雷诺数的曲线图；

图7示出根据本文中所公开的原理的超声流量计量系统的计算的分布因数和实际的分布因数的变化与雷诺数的曲线图；

图8示出流体的实际雷诺数与通过根据本文中所公开的原理的超声流量计量系统计算的雷诺数相比较的曲线；

图9示出根据本文中所公开的原理的计算的雷诺数的误差与实际雷诺数的曲线；

图10示出流体的实际运动粘度与通过根据本文中所公开的原理的超声流量计量系统计算的运动粘度的曲线；

图11示出根据本文中所公开的原理的计算的运动粘度的误差与雷诺数的曲线；

图12示出根据本文中所公开的原理的超声流量计的电路的框图；

图13示出根据本文中所公开的原理的超声流量计的流量处理器的框图；以及

图14示出用于利用根据本文中所公开的原理的超声流量计测量粘性液体的方法的流程图。

具体实施方式

标记和术语

在以下的讨论中以及在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放的方式被使用，并因而应当被解释为意味着“包括，但不限于……”。另外，术语“联接”旨在表示间接或直接的连接。因此，如果第一装置联接至第二装置，则该连接可能通过直接连接，或者通过经由其他装置和连接件而完成的间接连接。引述“基于”旨在表示“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，则X可能基于Y和任何数量的其他因素。术语“流体”包括液体和气体。

详细说明