[发明专利]集成式球阀和超声流量计

说明书

本发明涉及一种流体流量测量球阀，其包括壳体和具有孔眼的球体。球体在允许流体流动通过孔眼的打开位置和阻止流体流动的关闭位置之间移动。第一超声换能器在壳体中定位在球体上游。第二超声换能器在壳体中定位在球体下游，并且第一超声换能器和第二超声换能器这两者对准以发送和接收脉冲。第一声反射器和第二声反射器与换能器对准，以在球体处于打开位置时在穿过球体的孔眼的至少一个方向上发射和反射超声信号。控制器基于测得的声速而确定流体速度、并且基于测得的流体速度和横截面面积而计算通过孔眼的流体体积。

优先权申请

本PCT申请基于2017年4月25日提交的美国专利申请序列No.15/496,078，该美国专利申请的公开内容通过引用全文并入本文中。

技术领域

本发明涉及球阀的领域，更特别地本发明涉及包括流量计的球阀。

背景技术

在世界上，饮用水和煤气配送系统使用不同类型的管道、阀和配件。大部分系统、甚至其变型方案，通常都包括连接至例如位于住宅或其他房屋处的系统中的水或气体流量计。流量计随着时间的推移测量流体流量，然后其用于与房屋主结算在房屋中消费的水和/或煤气。现有可以并入在水或煤气配送系统中的许多不同类型的管道、阀和配件，并且可以根据系统而使用不同的水或气体计量技术来测量水和/或气体的消耗。每种不同类型的水或煤气配送系统具有其自身的优缺点，而对于在房屋处对任何特定流量计的选择通常基于流量计价格、流量精确性、生产过程、安装简便性、维护需求及其部件的尺寸、相对管道尺寸和放置。

通常，房屋处的煤气或水配送系统包括专用的流体流量计量装置，该流体流量计量装置通常与位于流体流量计量装置之前或上游的手动操作截止阀相结合地操作，以允许技术人员在需要时关闭流体流动以及维护和/或更换流体流量计量装置。存在包括位于流体流量计量装置附近的截止阀的煤气和水总管道的许多不同示例。通常，家用住宅在主煤气或水管路中包括球阀或闸阀。有时，轭架盒保持截止阀和/或水或煤气流量计，并且可以包括任选的被移除以接近截止阀和/或流量计的电子计量计读取铁盖。家用水配送系统将水供应至诸如厕所、水龙头、热水器和类似装置的用具，而天然气配送系统可以包括天然气主管道，其中截止阀和天然气流量计位于房屋附近或房屋上，而所连接的天然气主管道分支成更小的管道以向诸如烤炉、灯、泳池加热器或类似部件的用具供应天然气。存在与这些更常规的煤气和水配送系统相关的问题，诸如对于各种阀和流体流量计的尺寸限制、不可接受的流量计精度、以及发生在煤气或水配送系统中的影响精确流体流量计量的压降。

一般授权的美国专利No.6,923,074公开了一种球阀，其具有直接集成在球阀中的流量计。球阀的球体部分包括已校准的钻孔或孔眼以及分别设置在球体前后的两个可定位压力端口，以提供指示通过球阀的流体流速的测量值。该球阀通常仅限于用于水。虽然该球阀测量以通常更高的水流流速流动的流体也是有效的，但是在较低的水流流速的情况下精度下降。

在过去的六年中，煤气和水计量产业已经改进了使用渡越时间测量或多普勒效应测量的超声流量计的可购性、性能和精度。这些超声流量计测量超声信号(例如发出的“ping”)通过流量计内侧的两个或更多个固定点之间所需的时间量。当对于煤气和水正确地校正超声流量计时，它们可以用于测量这两种流体介质。超声流量计通常并入有一个或多个超声换能器，以发射穿过流体的超声波来确定流体速度。由于流量计主体的横截面面积是固定且已知的值，在检测流体的速度时，可以以非常高的精度计算通过流量计的流体体积。同样，由于流体密度随着温度改变，大部分超声流量计作为体积计算的分量测量流体温度，并且基于作为变量的温度确定流体流量。在使用球阀时，超声流量计直接连接至现有球阀，或者连接至球阀所连接的煤气或水管内。这会增大球阀以及与其紧密连接的超声流量计占用的空间，即，使得球阀和超声流量计的组合对于切实可行的方案而言过大，使得难以安装、维护和更换流量计和阀。

发明内容