Sem frumkvöðlar íultrasonic flæðimælir fyrir jarðgasmælingariðnaðinum, undanfarin 5 ár höfum við komist að því að með stöðugri stækkun gasleiðsluneta í þéttbýli og áframhaldandi endurbótum á kröfum um nákvæmni gasmælinga, hafa hefðbundnir vélrænir gasmælar smám saman afhjúpað vandamál eins og mikið slit, takmarkað niðurfallshlutfall og lélega aðlögunarhæfni að gasvinnsluskilyrðum við langtíma-notkun. Þessi mál gera það erfitt að uppfylla nútíma gasmælingarkröfur um mikla nákvæmni, greind og langan endingartíma. Ultrasonic jarðgasflæðismælar, vegna kosta þeirra við að hafa enga vélræna hreyfanlega hluta, stórt niðurfellingarhlutfall, lágt þrýstingstap og auðveld stafræn væðing og fjarskipti, hafa smám saman orðið mikilvægur kostur á sviði gasflæðismælingar. Það er nauðsynlegt fyrir starfsmenn innkaupa að skilja eftirfarandi efni áður en þeir taka ákvarðanir.
Rannsóknir á flæðihraðadreifingu
Þar sem flæðihraðadreifing vökva inni í leiðslunni hefur bein áhrif á útbreiðsluleið úthljóðsmerkja, mun ó-jöfn flæðihraðadreifing valda því að úthljóðsmerkjum dreifist og dempast í mismiklum mæli meðan á útbreiðslu í leiðslunni stendur, sem leiðir til fyrirbæra eins og lágs merkis-afhleðsluhljóðmerkis og móttekins bergmálshlutfalls {{2} dempun. Þess vegna er það forsenda þess að hægt sé að ná kröfum um nákvæmni mælingarinnar að tryggja samræmda dreifingu gasflæðishraða inni í leiðslunni.ultrasonic gasflæðismælar.
Undir venjulegum kringumstæðum getur vökvaflæði sem er fyrir áhrifum af seigfljótandi krafti framkallað tvö grunnflæðiskerfi (lagflæði og ókyrrðflæði), sem einnig tengjast þáttum eins og flæðisskipulagi og hreyfiseigju vökva, vökvaeiginleikum og leiðslum. Þessar tvær flæðikerfi eru almennt aðgreindar með Reynolds númerinu (Re).
Þegar Re Minna en eða jafnt og 2300 er vökvinn í lagskiptu flæðisástandi. Á þessum tíma eru áhrif seigfljótandi krafts á vökvaagnir meiri en tregðukraftur, flæðiskerfið er tiltölulega stöðugt án ókyrrðarfyrirbæra, en aðeins axial hraðahlutir eru til. Hraðadreifingin er jöfn og sýnir fleygbogaform. Rennslishraði er minni nálægt hringlaga rörveggnum og eykst smám saman í átt að miðju leiðslunnar, með hraðasniðinu sem sýnt er á mynd 3.29.
Flæðishraðinn á hverjum stað í hringlaga pípunni er aðeins tengdur fjarlægðinni r frá þeim punkti að leiðsluásnum og hægt er að tjá hraðadreifingarlögmálið sem:
Þar sem: vr er flæðishraði í fjarlægð r frá ás leiðslunnar; v_m er flæðishraði á leiðsluásnum, sem er hámarksflæðishraði yfir allan þversniðið; R er radíus leiðslunnar.
Sambandið milli -meðalhraða línu og flatarmáls-meðalhraða er hægt að tjá með því að nota vm sem:
Með því að leysa jöfnur (3.16) og (3.17) samtímis er hægt að fá Reynolds leiðréttingarstuðulinn og gefa hann upp sem:
Þegar Re Stærra en eða jafnt og 4000 er vökvinn í ókyrrð ástandi. Á þessum tíma eru áhrif tregðukrafts á vökvaagnir marktækari, flæðiskerfið er tiltölulega óskipulegt, ás- og lengdarhraðahlutir eru til samtímis, hraðadreifingin er ó-jöfn, ókyrrð viðnám eykst og hraðasniðið er sýnt á mynd 3.30.
Vegna þess að útbreiðsluferli ókyrrðarflæðis skortir viðeigandi kenningar og sérstakar greiningaraðferðir, til að efla rannsóknir frekar, nota verkfræðingar venjulega aflraðir til að reikna um það bil út hraðadreifingu í hringlaga pípum við ókyrrðar aðstæður, sem hægt er að tjá sem:
Hvar: gildi n tengist ójöfnu yfirborði leiðslunnar og Reynoldstölu. Við kjöraðstæður þar sem innri veggur leiðslunnar er sléttur er hægt að tjá sambandið milli n og Re með formúlu Prandtl sem:
Það er að segja að þegar Reynolds talan er þekkt er hægt að reikna út gildi n og ákvarða þannig ókyrrðarhraðadreifingarferilinn sem sýndur er á mynd 3.30. Sambandið milli línu-meðalhraða og flatarmáls-meðalhraða er hægt að tjá með því að nota v_m sem:
Með því að leysa jöfnur (3.21) og (3.22) samtímis er hægt að fá sambandið milli Reynolds leiðréttingarstuðuls og n sem:
Í fullþróaðri ókyrrðarleiðslu er hægt að tjá sambandið milli Reynolds leiðréttingarstuðuls og Re sem:
Hagnýt verkfræðisjónarmið
Ofangreindar formúlur eru allar byggðar á umræðum sem fara fram við aðstæður án annarra truflandi þátta og nægilega beina rörlengd fyrir og eftir mælingarleiðsluna. Hins vegar, í raunverulegum verkfræðiforritum, munu þættir eins og uppsetningaraðferð fyrir transducer, andstreymis lokar og beygjur fyrir og eftir mælingarleiðsluna allir valda frávikum í innri flæðihraðadreifingu, sem gerir það erfitt að beita í raunverulegum mæliferlum. Þess vegna eru rannsóknir á jafnri dreifingu rennslishraða innan rennslisrásarinnar afar mikilvægar.
Ultrasonic Natural Gas Flow Meter Structural Design
Ultrasonic jarðgasflæðismælir er tæki sem notar ultrasonic tækni til að mæla gasflæði. Byggingarhönnun þess og hermirannsóknir fela í sér marga þætti, svo sem skynjarahönnun, vökvavirkni og hljóðútbreiðslu. A heillgas ultrasonic flæðimælirfelur í sér flæðirásir, transducers og mælirásir. Þetta kerfi framkvæmir mælingarrás og forritshönnun byggt á núverandi flæðirásum og transducers.
Transducer Hönnun og uppsetning
Ultrasonic jarðgasflæðismælar hafa venjulega tvo transducers: sendi og móttakara. Hönnunarsjónarmið fela í sér tíðni, afl og rekstrarhitasvið transducersins til að laga sig að mismunandi gaseiginleikum. Uppsetningarstaða transducers hefur mikilvæg áhrif á mælingarniðurstöður. Venjulega ættu sendar og móttakarar að vera samhverft raðað á mismunandi stöðum á leiðslunni til að tryggja að útbreiðsluleið úthljóðsmerkja haldist eins einsleit og mögulegt er.
Vökvarásarhönnun
Þegar vökvarás gasmælisins er hannað er nauðsynlegt að þekkja innra þvermál leiðslunnar til að passa við gasflæðissviðið. Innra yfirborð leiðslunnar ætti að vera slétt til að draga úr truflunum á vökvaflæði. Það er einnig nauðsynlegt að hanna flæðisstjórnunartæki til að tryggja að vökvahraði sé innan mælanlegs sviðs og forðast áhrif of hraðs eða hægs flæðishraða á mælingu.
Ytra hlíf og festing
Miðað við hversu flókið vinnuumhverfið er, þá beinist val á efni til ytra hlífarinnar að því að velja -tæringarþolin og há-hitaþolin- efni, eins og ryðfríu stáli eða verkfræðilegu plasti, sem getur í raun verndað innri rafeindaíhluti og transducers. Á sama tíma ætti að hanna áreiðanlega festingarbúnað til að tryggja stöðugleika gasmælisins við háþrýstingsvinnuskilyrði. Festingarbúnaðurinn ætti að taka tillit til uppsetningarrýmis og umhverfisaðstæðna leiðslunnar.
Rafmagns- og merkjavinnsla
Hvað varðar rafmagns- og merkjavinnslu er það jafn mikilvægt að hanna skilvirkt raftengingarkerfi til að tryggja stöðuga merkjasendingu og vinnslu, þar með talið móttöku, vinnslu og útreikninga á úthljóðsmerkjum. Til að umbreyta útbreiðslutímamun úthljóðs í flæðisgögn verður að hanna samsvarandi reiknirit sérstaklega.
Mælingarnákvæmniþættir
Mælingarákvæmni ultrasonic jarðgasflæðismæla er einnig tengd mörgum þáttum, svo sem skynjara gæðum, umhverfishita, gasflæðishraða, gassamsetningu og þrýstingi. Þar á meðal hefur mælingarnákvæmni úthljóðsflæðismæla fyrir jarðgas sterka fylgni við dreifingu flæðishraða, sem krefst þess að vökvadreifingin í mælileiðslunni geti endurspeglað flæðishraðann yfir þversnið flæðirásar- á fullnægjandi hátt.
Helstu hönnunarsjónarmið
Að auki ætti að huga að eftirfarandi þáttum við burðarvirkishönnun á úthljóðsflæðisrásum fyrir jarðgasflæðismæli:
(1) Dempun á úthljóðsmerkjaamplitude í flæðisrásinni við breytingar á flæðihraða; (2) Úthljóðsmerki ættu að hafa eins marktæk áhrif og mögulegt er af breytingum á vökvaflæðishraða til að bæta upplausn kerfismælinga; (3) Augnabliksflæðishraði vökva sem fer í gegnum mælileiðsluna verður að uppfylla mælingarkröfur kerfisins á fullu-sviði.
Með því að sameina ofangreinda þætti var hönnuð úthljóðsflæðisrásarlíkan fyrir jarðgasflæðismæli hannað og mótað með SpaceClaim hugbúnaði, með líkaninu sem sýnt er á mynd 3.31.
Mynd 3.31
Hönnun gasmælisrennslisrásar samanstendur af tveimur hlutum: sá hluti sem tengist gasleiðslunni tekur upp hringlaga pípa, með stærð eins og þindgasmælar. Að teknu tilliti til endurspeglunaráhrifa úthljóðsmerkja og útfærslu leiðréttingar á dreifingu flæðishraða, samþykkir flæðishraðamælingarhlutinn rétthyrndan flæðisrásarbyggingu, með þremur flæðisleiðréttingum uppsettum inni. Leiðréttingarnar eru gagnlegar fyrir jafna dreifingu á flæðihraða vökva. Á sama tíma þýðir minnkun á innra þvermáli rétthyrndu flæðisrásarinnar að undir sömu inntaksflæðishraðaskilyrðum verður tafarlaus flæðishraði í rétthyrndu flæðisrásinni hraðari, flutningstímamunurinn eykst, sem getur bætt flæðismælingarupplausn ultrasonic jarðgasflæðismælisins. Varðandi uppsetningaraðferð piezoelectric transducers, til að tryggja mælingarnákvæmni á litlum flæðispunktum ultrasonic jarðgasflæðismælisins, þarf að lengja útbreiðsluleiðarlengdina. Hins vegar mun stækkun leiðarlengd valda orkutapi við útbreiðslu merkja, sem krefst jafnvægis á milli nákvæmni kerfismælinga og merkisdeyfingarstigs frá tveimur hliðum. AV-laga uppsetningarskipan er tekin upp, þar sem umbreytarnir tveir eru samhverfir um lengdarmiðlínu sléttunarskífanna.
Mesh kynslóð og gæði
Áður en eftirlíking á vökvavirkni er framkvæmd eru forvinnsluaðgerðir gerðar á úthljóðslíkani fyrir flæðirásarrásarkerfi fyrir jarðgasflæðismæli. Eftir að hafa lokið viðgerð og einföldun líkansins til að fá fast efni er innra vökvasvæði líkansins dregið út og möskvanum er skipt. Gæði möskvaskiptingarinnar ákvarðar beint áreiðanleika og stöðugleika síðari uppgerðaniðurstaðna. Fluent vatnsþétt vinnuflæðið er hægt að nota til að framkvæma ofangreint ferli, stilla stærðarsvið yfirborðsmöskvamyndunar á 0,1-4 mm, með því að nota 2 eyðufyllingarlög, beita nálægðarskynjun við fast mörk. Hámarks skekkja skipta yfirborðsmöskva er 0,69, sem gefur til kynna góða möskva. Á þessum grundvelli er hexahedral-polyhedral fyllingarrúmmálsnet notað, mörkalögum er bætt við vökvasvæðið og endanleg hornrétt gæði rúmmálsnetsins nær 0,15. Ásamt möskvasjálfstæðistilraunum er möskvafjöldi líkansins ákveðinn í kringum 1,2 milljónir. Dreifing rúmmáls möskva er sýnd á mynd 3.32.
Mynd 3.32
