Вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации

Вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

1. Область техники

Настоящее изобретение относится к вибрационному расходомеру и, более конкретно, к вибрационному расходомеру с очень высокой частотой вибрации.

2. Формулировка проблемы

Вибрационные расходомеры, такие как массовые расходомеры Кориолиса и вибрационные денситометры, обычно действуют посредством регистрации перемещения вибрирующего проточного трубопровода, который содержит протекающий или не протекающий флюид. Характеристики, связанные с материалом в проточном трубопроводе, такие как массовый расход, плотность и т.п., могут быть определены в результате обработки измерительных сигналов, принимаемых от датчиков перемещения, связанных с проточным трубопроводом. Колебательные моды заполненной материалом вибрирующей системы обычно зависят от суммарной массы, жесткости и параметров демпфирования заполняемого проточного трубопровода и содержащегося в нем материала.

Типичный вибрационный расходомер включает в себя один или более проточных трубопроводов, которые соединяются в линейную магистраль или другую транспортную систему, и транспортируют в системе материал, например флюиды, шламы и т.п. Проточный трубопровод можно рассматривать как систему, имеющую ряд собственных колебательных мод, включая, например, простые изгибные, крутильные, радиальные и связанные моды. Обычно для измерений проточный трубопровод возбуждается на одной или более колебательных модах, когда материал течет через проточный трубопровод, и движение проточного трубопровода регистрируется в точках, разнесенных вдоль проточного трубопровода. Возбуждение обычно обеспечивается приводом, например электромеханическим устройством, таким как индукционный привод, работающий на звуковых частотах, который периодически возмущает проточный трубопровод. Плотность флюида может быть получена определением резонансной частоты протекающего флюида. Массовый расход может быть определен по измерению временной задержки или по разности фаз между перемещениями в местоположениях датчиков. Два таких датчика (или тензодатчика) обычно используются для измерения вибрационного отклика проточного трубопровода или проточных трубопроводов и обычно располагаются в положениях сверху и снизу по течению относительно привода. Два тензодатчика соединяются с электронным измерительным прибором с помощью кабеля, например с помощью двух независимых пар проводов. Измерительный прибор принимает сигналы от двух тензодатчиков и обрабатывает сигналы, чтобы получить измерение массового расхода.

Расходомеры используются для измерения массового расхода и/или измерения плотности при большом разнообразии протекающих флюидов и обеспечивают высокую точность для однофазных потоков. Одно из применений вибрационных расходомеров заключается в измерении выхода нефти и газа из скважины. Продукт таких скважин может содержать многофазный поток, включающий в себя жидкости, но также включать в себя и газы и/или твердые вещества, которые могут быть вовлечены в поток флюида. Поток флюида из месторождения нефти может поэтому включать в себя нефть, воду, воздух или другие газы, и/или песок или другие грунтовые частицы, например. Однако, когда используется вибрационный расходомер для измерения протекающего флюида, включающего в себя вовлеченные газы и/или твердые вещества, точность измерителя может быть значительно ухудшена. Весьма желательно, чтобы окончательное измерение было настолько точным, насколько это возможно, даже для таких многофазных потоков.

Многофазные протекающие флюиды могут включать в себя вовлеченные газы, особенно потоки газовых пузырей. Многофазные потоки могут включать в себя вовлеченные твердые вещества или вовлеченные твердые частицы, смеси, например бетон и т.д. Кроме того, многофазные потоки могут включать в себя жидкости различных плотностей, например водные и нефтяные компоненты. Фазы могут иметь различные плотности, вязкости или другие свойства.

В многофазном потоке вибрация проточного трубопровода не обязательно перемещает вовлеченные газы/твердые вещества точно в фазе с протекающим флюидом. Эта вибрационная аномалия обозначается как разделение или отставание. Газовые пузыри, например, могут отделиться от протекающего флюида, влияя на вибрационный отклик и любые, получаемые впоследствии, параметры потока. Маленькие пузыри обычно перемещаются с протекающим флюидом, когда расходомер вибрирует. Однако большие пузыри не перемещаются с протекающим флюидом во время вибрации проточного трубопровода. Вместо этого пузыри могут отделиться от протекающего флюида и могут перемещаться независимо, с вовлеченными газовыми пузырями, перемещающимися дальше и быстрее, чем с протекающим флюидом при каждом вибрационном смещении. Это неблагоприятно влияет на вибрационный отклик расходомера. Это справедливо также для твердых веществ, вовлеченных в протекающий флюид, в котором твердые частицы с большой вероятностью отделяются от движения протекающего флюида при увеличении размеров частиц или вибрационных частот. Разделение может произойти даже тогда, когда многофазный поток включает в себя жидкости различающихся плотностей и/или вязкостей. Установлено, что разделение зависит от различных факторов, таких как вязкость протекающего флюида и различие в плотности протекающего флюида и инородного материала, например.

В дополнение к проблемам, вызванным относительным движением пузырей и частиц, измерители Кориолиса могут иметь ухудшение точности из-за эффектов, связанных со скоростью звука (SOS) или сжимаемостью, когда скорость звука измеряемого флюида низка или частота колебания измерителя высока. Жидкости имеют более высокие скорости звука, чем газы, но наиболее низкие значения скорости звука получаются для их смеси. Даже малое количество газа, вовлеченного в жидкость, приводит к значительному снижению скорости звука смеси; ниже таковой для любой из фаз.

Колебание расходомерной трубки производит звуковые волны, которые распространяются в поперечном направлении на частоте привода измерителя. Когда скорость звука для флюида высока, как в однофазном флюиде, первая акустическая мода для поперечных звуковых волн поперек круглого проточного трубопровода соответствует намного более высокой частоте, чем частота привода. Однако, когда скорость звука падает из-за добавления газа к жидкости, частота акустической моды также падает. Когда частоты акустической моды и приводной моды близки, возникают ошибки измерителя из-за нерезонансного возбуждения акустической моды приводной модой.

Для низкочастотных измерителей и типичных используемых давлений эффекты скорости звука присутствуют в многофазных потоках, но обычно они незначительны при заданной точности измерителя. Однако для высокочастотных измерителей Кориолиса, работающих при низких давлениях с флюидами с пузырями, скорость звука может быть достаточно низкой, чтобы вызвать существенные ошибки измерения из-за взаимодействия между приводной модой и колебательными модами флюида.

Размер пузырей может варьироваться в зависимости от количества присутствующего газа, давления протекающего флюида, температуры и степени смешивания газа с протекающим флюидом. Уровень снижения рабочих параметров определяется не только тем, как много газа имеется в целом, но также и с размером отдельных газовых пузырей в потоке. Размер пузырей влияет на точность измерения. Большие пузыри занимают больший объем и, увеличиваясь, отделяются, приводя к флуктуациям плотности и измеряемой плотности протекающего флюида. Из-за сжимаемости газа пузыри могут изменять содержание газа или массу, не обязательно изменяясь в размере. Наоборот, если давление изменяется, размер пузыря может соответственно измениться, расширяясь, когда давление падает или, сокращаясь, когда давление увеличивается. Это может также вызвать вариации собственной или резонансной частоты расходомера.

Вибрационные расходомеры предшествующего уровня техники обычно конструировались для рабочих частот приблизительно 100-300 Герц (Гц), и некоторые измерители работали на частотах 500-1000 Гц. Некоторые измерители предшествующего уровня техники предназначались для работы на более высоких частотах. Рабочая частота вибрационного расходомера в технике предшествующего уровня обычно выбирается так, чтобы облегчить конструкцию расходомера, его изготовление и его работу. Например, вибрационный, или Кориолисов, расходомер в технике предшествующего уровня конфигурировался так, чтобы быть физически компактным и по существу однородным по размерам. Например, высота расходомера в технике предшествующего уровня обычно меньше, чем длина, давая малое характеристическое отношение высоты к длине (H/L) и соответствующую высокую приводную частоту. Пользователи расходомера предпочитают малый общий размер, чтобы упростить его установку. Кроме того, конструкция расходомера обычно предполагает однородный поток однофазного флюида и предназначена для оптимальной работы с таким однородным протекающим флюидом.

Расходомер с прямым проточным трубопроводом имеет нулевое характеристическое отношение высоты к длине, что обычно приводит к высокой приводной частоте. Часто используются изогнутые проточные трубопроводы, чтобы избежать преобладания значения длины и увеличить характеристическое отношение высоты к длине (H/L). Искривленный или изогнутый трубопроводный расходомер в технике предшествующего уровня может иметь характеристическое отношение высоты к длине, приближающееся к 1,3, например.

В данной области техники сохраняется потребность получить вибрационный расходомер, который пригоден для точного и надежного измерения расхода многофазных флюидов.

Сущность изобретения

В одном объекте изобретения вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации содержит:

сборку расходомера, включающую в себя один или более проточных трубопроводов со сборкой расходомера, сконфигурированную для создания вибрационного отклика с очень высокой частотой, которая выше заданной максимальной частоты разделения для протекающего флюида независимо от размера инородного материала или состава инородного материала; и

электроника измерителя, соединенная со сборкой расходомера и сконфигурированная, чтобы принимать вибрационный отклик с очень высокой частотой и генерировать из него одно или более измерений параметров потока.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что разделительное отношение (A_p/A_f) составляет приблизительно 3:1 для вовлеченного газа на очень высокой частоте.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что разделительное отношение (A_p/A_f) приблизительно равно величине 3/(1+(2*ρ_p/ρ_f)) для вовлеченных твердых веществ на очень высокой частоте.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что вязкость эффективно нулевая относительно движения частиц для протекающего флюида на очень высокой частоте.

Предпочтительно, очень высокая частота имеет значение выше, чем приблизительно 1500 Герц (Гц).

Предпочтительно, вибрационный отклик с очень высокой частотой соответствует обратному Стоксову числу (δ), которое меньше, чем приблизительно 0,1.

Предпочтительно, очень высокая частота имеет значение выше, чем приблизительно 2000 Герц (Гц).

Предпочтительно, один или более проточных трубопроводов конфигурируются так, чтобы достигнуть очень высокой частоты посредством конфигурации одного или более из следующих параметров: жесткости проточного трубопровода, длины проточного трубопровода, характеристического отношения проточного трубопровода, материала проточного трубопровода, толщины проточного трубопровода, формы проточного трубопровода, геометрии проточного трубопровода или одного или более положений колебательных узлов.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации сконфигурирован так, чтобы работать на частоте первой изгибной моды.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации сконфигурирован так, чтобы работать на частотах изгибных мод более высокого порядка.

В одном объекте изобретения способ работы вибрационного расходомера с очень высокой частотой вибрации содержит:

вибрацию одного или более проточных трубопроводов вибрационного расходомера с очень высокой частотой вибрации на очень высокой частоте, которая выше заданной максимальной частоты разделения для протекающего флюида, независимо от размера инородного материала или состава инородного материала;

прием вибрационного отклика с очень высокой частотой; и

генерирование одного или нескольких измерений расхода из вибрационного отклика с очень высокой частотой.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что разделительное отношение (A_p/A_f) составляет приблизительно 3:1 для вовлеченного газа на очень высокой частоте.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что разделительное отношение (A_p/A_f) приблизительно равно величине 3/(1+(2*ρ_p/ρ_f)) для вовлеченных твердых веществ на очень высокой частоте.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что вязкость эффективно нулевая относительно движения частиц для протекающего флюида на очень высокой частоте.

Предпочтительно, очень высокая частота имеет значение выше, чем приблизительно 1500 Герц (Гц).

Предпочтительно, очень высокочастотный вибрационный отклик соответствует обратному Стоксову числу (δ), которое меньше, чем приблизительно 0,1.

Предпочтительно, очень высокая частота имеет значение выше, чем приблизительно 2000 Герц (Гц).

Предпочтительно, один или более проточных трубопроводов вибрационного расходомера с очень высокой частотой вибрации конфигурируются так, чтобы достигнуть очень высокой частоты посредством конфигурации одного или нескольких из следующих параметров: жесткости проточного трубопровода, длины проточного трубопровода, характеристического отношения проточного трубопровода, материала проточного трубопровода, толщины проточного трубопровода, формы проточного трубопровода, геометрии проточного трубопровода или одного или более положений колебательных узлов.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации сконфигурирован так, чтобы работать на частоте первой изгибной моды.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации сконфигурирован так, чтобы работать на частотах изгибных мод более высокого порядка.

В одном объекте изобретения способ формирования вибрационного расходомера с очень высокой частотой вибрации содержит:

определение заданной очень высокой частоты для вибрационного расходомера исходя из, по меньшей мере, ожидаемого протекающего флюида, причем очень высокая частота имеет значение выше заданной максимальной частоты разделения для протекающего флюида, независимо от размера инородного материала или состава инородного материала;

конфигурирование вибрационного расходомера с очень высокой частотой вибрации для работы на очень высокой частоте; и

конструирование вибрационного расходомера с очень высокой частотой вибрации.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что разделительное отношение (A_p/A_f) составляет приблизительно 3:1 для вовлеченного газа на очень высокой частоте.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что разделительное отношение (A_p/A_f) приблизительно равно 3/(1+(2*ρ_p/ρ_f)) для вовлеченных твердых веществ на очень высокой частоте.

Предпочтительно, электроника измерителя сконфигурирована так, что вязкость эффективно нулевая относительно движения частиц для протекающего флюида на очень высокой частоте.

Предпочтительно, очень высокая частота имеет значение выше, чем приблизительно 1500 Герц (Гц).

Предпочтительно, очень высокочастотный вибрационный отклик соответствует обратному Стоксову числу (δ), которое меньше, чем приблизительно 0,1.

Предпочтительно, очень высокая частота имеет значение выше, чем приблизительно 2000 Герц (Гц).

Предпочтительно, один или более проточных трубопроводов конфигурируются так, чтобы достигнуть очень высокой частоты посредством конфигурации одного или более из следующих параметров: жесткости проточного трубопровода, длины проточного трубопровода, характеристического отношения проточного трубопровода, материала проточного трубопровода, толщины проточного трубопровода, формы проточного трубопровода, геометрии проточного трубопровода или одного, или более положений колебательных узлов.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации сконфигурирован так, чтобы работать на частотах первой изгибной моды.

Предпочтительно, вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации сконфигурирован так, чтобы работать на частотах изгибных мод более высокого порядка.

Описание чертежей

Одинаковые цифровые обозначения на чертежах соответствуют одинаковым элементам. Следует иметь в виду, что рисунки не обязательно выполнены в масштабе.

Фиг.1 изображает вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации в соответствии с изобретением.

Фиг.2 - диаграмма результатов моделирования полной ошибки плотности для очень низкочастотной моды и очень высокочастотной моды расходомера Кориолиса модели Micro Motion E200.

Фиг.3 - вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации в соответствии с вариантом реализации изобретения.

Фиг.4 - блок-схема последовательности операций способа действия очень высокочастотного вибрационного расходомера в соответствии с изобретением.

Подробное описание изобретения

Прилагаемые Фиг.1-4 и нижеследующее описание демонстрируют конкретные примеры для специалистов в данной области техники, поясняя, как реализовать и использовать наилучший вариант изобретения. С целью объяснения принципов изобретения некоторые обычные объекты упрощены или опущены. Специалистам в данной области техники должны быть очевидны возможные вариации этих примеров, которые находятся в пределах объема притязаний изобретения. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что описанные ниже признаки могут быть объединены различным образом, формируя множественные вариации изобретения. Таким образом, изобретение не ограничивается описанными ниже конкретными примерами, но ограничивается только в соответствии с формулами и их эквивалентами.

На Фиг.1 показан вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации в соответствии с изобретением. Вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации в одном варианте реализации содержит расходомер Кориолиса. В другом варианте реализации вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации содержит вибрационный денситометр.

Вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации предназначен для измерения параметров протекающего флюида, включая измерение параметров протекающего флюида или в динамическом, или в стационарном режимах. Вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации, кроме того, предназначен для точного и надежного измерения параметров протекающего флюида, когда протекающий флюид содержит множественные фазы. В некоторых вариантах реализации многофазный протекающий флюид может включать в себя вовлеченный газ, причем вовлеченный газ может содержать поток пузырей. Вовлеченный газ может включать в себя воздушные пузыри или пузыри различных размеров. Вовлеченный газ создавал проблемы в вибрационных расходомерах предшествующего уровня техники. Вовлеченный газ, особенно в случае средних и больших пузырей, может перемещаться независимо от протекающего флюида и вызвать ошибки измерения или неопределенности. Кроме того, вовлеченный газ может вызвать эффекты неоднозначности в измерениях из-за сжимаемости газа, изменяющегося с изменением рабочего давления протекающего флюида.

В некоторых вариантах реализации многофазный протекающий флюид может включать в себя вовлеченные твердые вещества, причем вовлеченные твердые вещества могут содержать шлам. Один пример содержит частицы песка или грунта в нефтяном потоке. Вовлеченные твердые вещества могут перемещаться независимо от протекающего флюида и приводить к ошибкам измерения и/или к неопределенностям. Другим примером является бетон. Прочие шламы или эмульсии также имеются в виду в рамках описания и приложенной формулы.

В некоторых вариантах реализации многофазный поток может включать в себя различающиеся жидкости, например несмешивающиеся жидкости, которые не могут быть смешаны между собой. Например, протекающий флюид может включать в себя и воду, и нефть. Когда компоненты протекающего флюида имеют отличающиеся плотности, компоненты протекающего флюида могут испытать некоторое разделение во время вибрации расходомера. Инородные предметы могут быть менее плотными, чем протекающий флюид. Инородные предметы могут быть более плотными, чем протекающий флюид.

При работе вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации вибрирует на очень высокой частоте. Очень высокая частота может содержать первую изгибную колебательную моду. Альтернативно, очень высокая частота может содержать вторую, третью или более высокого порядка изгибную моду колебаний. Однако возможны и другие колебательные моды, например колебания вне резонанса, и они имеются в виду в рамках описания и прилагаемой формулы. В результате вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации генерирует вибрационный отклик с очень высокой частотой. Вибрационный отклик с очень высокой частотой обрабатывается, чтобы определить или частоту отклика, или амплитуду отклика, или и то, и другое. Очень высокая частота отклика может быть использована для определения одного или более параметров протекающего флюида, включая массовый расход, плотность, вязкость и так далее. Сущность расходомера 5 с очень высокой частотой вибрации рассматривается дополнительно ниже.

Расходомер 5 включает в себя сборку 10 расходомера и электронику измерителя 20. Электроника измерителя 20 соединена со сборкой 10 измерителя посредством проводов 100 и сконфигурирована, чтобы предоставить результаты измерений одного или более из следующих параметров - плотности, массового расхода, объемного расхода, общего массового расхода, температуры и другой информации, по каналу 26 связи. Специалистам в данной области техники должно быть ясно, что настоящее изобретение может быть использовано для любого типа вибрационного расходомера независимо от числа приводов, тензометрических датчиков, проточных трубопроводов или рабочей моды вибрации. Следует отметить, что расходомер 5 может содержать вибрационный денситометр и/или массовый расходомер Кориолиса.

Сборка 10 расходомера включает в себя пару фланцев 101 и 101', манифольды 102 и 102', привод 104, тензометрические датчики 105 и 105' и проточные трубопроводы 103A и 103B. Привод 104 и тензометрические датчики 105 и 105' присоединены к проточным трубопроводам 103A и 103B.

В одном варианте реализации проточные трубопроводы 103A и 103B содержат по существу U-образные проточные трубопроводы, как показано. Альтернативно, в других вариантах реализации, трубопроводы могут содержать по существу прямые проточные трубопроводы. Однако другие формы также могут использоваться, и они имеются в виду в рамках описания и приложенных формул.

Фланцы 101 и 101' прикреплены к манифольдам 102 и 102'. Манифольды 102 и 102' могут быть прикреплены к противоположным концам проставки 106. Проставка 106 поддерживает промежуток между манифольдами 102 и 102', чтобы предотвратить нежелательные колебания в проточных трубопроводах 103A и 103B. Когда сборка 10 расходомера вставляется в трубопроводную систему (не показана), которая переносит измеряемый протекающий флюид, протекающий флюид входит в сборку 10 расходомера через фланец 101, проходит через входной манифольд 102, где весь протекающий флюид направляется на вход проточных трубопроводов 103A и 103B, протекает через проточные трубопроводы 103A и 103B и назад, в выходной манифольд 102', где он выходит из измерительной сборки 10 через фланец 101'.

Проточные трубопроводы 103A и 103B выбираются и соответственно монтируются на входном манифольде 102 и на выходном манифольде 102' так, чтобы иметь по существу одинаковое массовое распределение, моменты инерции, и упругие модули вокруг изгибных осей W--W и W'--W', соответственно. Проточные трубопроводы 103A и 103B вытянуты наружу от манифольдов 102 и 102' по существу параллельным образом.

Проточные трубопроводы 103A и 103B возбуждаются приводом 104 в противоположных направлениях вокруг соответственных изгибных осей W и W' и так называемой первой несинфазной изгибной моде расходомера 5. Однако проточные трубопроводы 103A и 103B могут альтернативно вибрировать на второй или более высокой изгибной моде, если это желательно. Привод 104 может содержать одно из многих известных устройств, например магнит, установленный на проточном трубопроводе 103A, и противостоящую катушку, установленную на проточном трубопроводе 103B. Через противостоящую катушку проходит переменный ток, заставляя оба проточных трубопровода колебаться. Соответствующий возбуждающий сигнал подается электроникой измерителя 20 на привод 104 через провод 110.

Электроника измерителя 20 принимает сигналы датчика по проводам 111 и 111', соответственно. Электроника измерителя 20 производит возбуждающий сигнал на проводе 110, который посредством привода 104 заставляет колебаться проточные трубопроводы 103A и 103B. Электроника измерителя 20 обрабатывает сигналы левой и правой скорости от тензометрических датчиков 105 и 105', чтобы рассчитать массовый расход. Канал связи 26 обеспечивает ввод и вывод, которые обеспечивают интерфейс электронного измерителя 20 с оператором или с другими электронными системами. Описание Фиг.1 предоставляется исключительно как пример работы вибрационного расходомера и не должно служить принципиальным ограничением настоящего изобретения.

На Фиг.2 показана диаграмма результатов моделирования полной ошибки плотности при очень низкочастотной моде и очень высокочастотной моде расходомера Кориолиса модели Micro Motion E200. Можно видеть, что при очень маленьких размерах частиц любое разделение незначительно, например, когда разделительное отношение (A_p/A_f) составляет приблизительно единицу и ошибка плотности, соответственно, незначительна. В этом сценарии малых частиц доминируют эффекты скорости звука (SOS)/сжимаемости. В результате высокочастотная мода имеет положительную ошибку и низкочастотная мода не имеет большой ошибки вовсе.

Однако, когда пузыри становятся больше чем несколько десятых миллиметра в диаметре, эффекты разделения начинают доминировать над эффектами SOS/сжимаемости, и ошибка получается отрицательная. Следует отметить, что если размер частиц увеличивается, наблюдаемая ошибка будет асимптотически стремиться к результатам для невязкой модели, то есть к значению приблизительно 3:1 для разделительного отношения (A_p/A_f). Это асимптотическое поведение проявляется и в связи с размером пузыря, когда частота колебания высока. Поэтому, если измеритель колеблется на достаточно высокой частоте, то уравнение (14) может использоваться. Уравнение (14) не зависит от размера пузыря и вязкости протекающего флюида.

На Фиг.3 показан вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации в соответствии с вариантом реализации изобретения. Очень высокая частота может быть основанной на эффективной длине одного или более проточных трубопроводов 103A, 103B и геометрии расходомера 5, как указано ранее. Эффективной длиной в некоторых вариантах реализации можно управлять посредством геометрии проточного трубопровода. Кроме того, частота привода может быть дополнительно изменена одной или более балансными массами, которые могут быть в этом случае прикреплены к одному или более проточным трубопроводам 103A, 103B, если это необходимо.

На чертеже расходомер 5 имеет большую длину L относительно малой высоты H. Вибрационный расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации, поэтому может иметь малое характеристическое отношение высоты к длине (H/L). Например, характеристическое отношение высоты к длине (H/L) может быть меньше или намного меньше единицы. Поэтому расходомер 5 с очень высокой частотой вибрации в соответствии с изобретением относительно маленький и поэтому легко приспосабливается для большинства измерительных применений.

В некоторых вариантах реализации очень высокая частота содержит частоту вибрации выше 1500 Гц. В некоторых вариантах реализации очень высокая частота содержит частоту вибрации выше 2000 Гц. В некоторых вариантах реализации очень высокая частота содержит частоту вибрации выше 3000 Гц и выше. Однако следует понимать, что частота вибрации может быть любой частотой, выше этих пороговых значений, если необходимая очень высокая частота будет в конечном счете зависеть от различных факторов, включая состав протекающего флюида и характер вовлеченного инородного материала, например.

На Фиг.4 показана блок-схема 400 последовательности операций способа действия вибрационного расходомера с очень высокой частотой вибрации в соответствии с изобретением. На этапе 401 расходомер колеблется на очень высокой частоте. Очень высокая частота может включать в себя частоту, когда разделительное отношение (A_p/A_f) составляет приблизительно 3:1 для вовлеченного газа. Очень высокая частота может включать в себя частоту, когда разделительное отношение (A_p/A_f) составляет приблизительно 0:1 для вовлеченных твердых веществ на очень высокой частоте. Очень высокая частота может включать в себя частоту, кода достигается приблизительно нулевая эффективная вязкость для протекающего флюида. Очень высокая частота может включать в себя частоту, когда очень высокая частота имеет значение, которое выше заданной максимальной частоты разделения, независимо от размера инородного материала или состава инородного материала. Очень высокая частота может включать в себя частоту, когда очень высокая частота имеет значение, которое выше заданного максимального порога SOS/сжимаемости, независимо от размера инородного материала или состава инородного материала. Очень высокая частота может включать в себя частоту, которая выше приблизительно 1500 Герц (Гц). Очень высокая частота может включать в себя частоту, которая выше приблизительно 2000 Герц (Гц).

Один или более проточных трубопроводов вибрационного расходомера с очень высокой частотой вибрации сконфигурированы так, чтобы достигнуть очень высокой частоты посредством конфигурации одного или более из следующих параметров: жесткости проточного трубопровода, длины проточного трубопровода, разделительного отношения проточного трубопровода, материала проточного трубопровода, толщины проточного трубопровода, формы проточного трубопровода, геометрии проточного трубопровода или одного или более положений колебательных узлов, как рассмотрено ранее.

Вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации может быть сконфигурирован для работы на первой изгибной моде. Вибрационный расходомер с очень высокой частотой вибрации может быть сконфигурирован для работы на одной или более изгибных модах, например на второй или третьей изгибных модах, или изгибных модах более высокого порядка.

На этапе 402 принимается вибрационный отклик сборки расходомера. Вибрационный отклик может быть использован для определения получающейся частоты и амплитуды, включая частоту, которая может содержать резонансную частоту для протекающего флюида, или нерезонансную частоту.

На этапе 403 одно или более измерений расхода могут быть произведены из вибрационного отклика с очень высокой частотой. Одно или более измерений расхода могут включать в себя массовый расход. Одно или более измерений расхода могут включать в себя плотность. Измерение плотности с использованием очень высокой частоты может быть определено с предположениями относительно разделительного отношения и вязкости флюида. Другие измерения расхода рассмотрены и находятся в рамках описания и приложенных формул.

Приводная частота представляет собой частоту, на которой колеблются один или более проточных трубопроводов 103A и 103B, чтобы измерить параметры потока протекающего флюида. Приводная частота может быть выбрана так, чтобы быть для протекающего флюида резонансной частотой, например, или может содержать одну или несколько гармоник резонансной частоты, частоты изгибных мод более высокого порядка или даже нерезонансные частоты. Поэтому приводная частота может отличаться от частоты вибрационного отклика, принимаемого от сборки 10 расходомера, и может варьироваться в соответствии с составом протекающего флюида. Кроме того, приводная частота зависит от параметров жесткости расходомера. При увеличении параметров жесткости увеличивается и приводная частота. В результате увеличение жесткости проточного трубопровода приведет к более высокой резонансной частоте проточного трубопровода и, поэтому, к повышению частоты расходомера. Жесткость проточного трубопровода может быть увеличена различным образом, как рассматривается ниже.

Очень высокая частота колебаний может быть достигнута при колебании сборки 10 расходомера на первой изгибной моде. Первая изгибная мода содержит резонансную частоту сборки 10 расходомера, причем длина проточного трубопровода смещается в единственном направлении. Альтернативно, очень высокая частота колебаний может содержать колебание сборки 10 расходомера на второй изгибной моде. На второй изгибной моде на проточном трубопроводе имеются дополнительные узлы колебаний вблизи центра колеблющегося участка проточного трубопровода. Участки проточного трубопровода с обеих сторон этого узла колебаний смещаются в противоположных направлениях.

В некоторых вариантах реализации очень высокочастотный вибрационный расходомер 5 может работать на очень высокой частоте в результате конструкции расходомера. В некоторых вариантах реализации очень высокочастотный вибрационный расходомер 5 может работать на очень высокой частоте в результате конфигурации сигнала привода.

Следствием многофазности протекающего флюида является то, что точные измерения флюида затрудняются во время таких характерных периодов многофазности. Эффекты многофазности могут присутствовать даже при наличии от умеренных до средних режимов многофазности потока. Особенности многофазного протекающего флюида могут проявляться в эффектах сжимаемости/скорости звука (SOS) и в эффектах разделения между компонентами многофазного протекающего флюида. Два эффекта могут быть управляемы или же их можно устранить надлежащим выбором частоты и амплитуды колебаний.

Многофазные протекающие флюиды могут включать в себя вовлеченные газы, особенно потоки газовых пузырей. Многофазные потоки могут включать в себя вовлеченные твердые вещества или вовлеченные твердые частицы, смеси, такие как бетон, шламы и т.д. Кроме того, многофазные потоки могут включать в себя жидкости различных плотностей, такие как водные и нефтяные компоненты, например. Фазы могут иметь различные массы, плотности и/или вязкости.

В многофазном потоке вибрация проточного трубопровода не обязательно перемещает вовлеченные газы/твердые вещества полностью в фазе с протекающим флюидом. Эта вибрационная аномалия обозначается как разделение или отставание. Газовые пузыри, например, могут стать отделенными от протекающего флюида, влияя на вибрационный отклик и любые, получаемые впоследствии, параметры потока. Маленькие пузыри обычно перемещаются с протекающим флюидом, когда расходомер вибрирует. Однако большие пузыри не перемещаются с протекающим флюидом во время вибрации проточного трубопровода. Вместо этого пузыри могут быть отделены от протекающего флюида