流体管道的制作方法
【专利摘要】一种流体管道(2),包括壁(4),该壁(4)限定了流体流动路径(6),限制特征件(24),该限制特征件(24)位于所述壁(4)内且被设置成限制腔体(26)中的能量,其中,所述流体流动路径(6)的至少一部分延伸穿过所述腔体(26)。所述限制特征件(24)可设置成限制电磁能。所述流体管道(2)可以包括由正反馈装置(34)和所述腔体(26)限定的振荡器。所述流体管道(2)可设置成检测流体管道(2)中存在的或流经的流体的特性,或者用于检测流体管道(2)中存在的或流经的流体的特性。
【专利说明】流体管道
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种流体管道,该流体管道用于向存在于或流经该流体管道的流体传递能量,特别地,虽然并不唯一地,该流体管道用于检测流体的特性。
【背景技术】
[0002]已知地,可以从流体的电磁或声学特性的测量结果中确定流体的各种特性。例如,W02009/118569公开了一种罗宾逊振荡传感器装置,包括腔体构件,该腔体构件包含流体并限定有谐振腔体,该谐振腔体用于延伸到流体中的电磁场。所述传感器装置可以用于根据罗宾逊原理表示流体和/或确定流体的组成,其中,知道腔体中的谐振频率和电磁损耗可以不管腔体中存在的流体的量而显示腔体中存在的流体的特性是否在规定的参数范围内。知道谐振频率和损耗的可以显示腔体中存在的流体的量,而不管腔体中存在的流体的特性是否被已知在规定的参数范围内。
[0003]在这种已知的用于确定流体特性的方法中,腔体构件和/或用于连接传感器的RF电子元件和电磁场之间的信号的连接元件可能无法可靠地工作,或者可能在例如井下环境的苛刻的环境中缺乏稳健性。例如,流体中夹带的固体物或颗粒物可能堵塞或损坏腔体构件和/或连接元件,从而影响测量的灵敏度。对于碳氢化合物流体,污染物或例如水合物的物质在腔体构件和/或连接元件上的沉积同样可能影响测量的灵敏度。高流体压力和/或温度能够加剧这样的问题。延伸到腔体中的腔体构件和/或连接元件同样能够阻碍流经传感器的流体。这可能会阻止或至少部分地限制流体夹带的颗粒物、固体物和/或类似物体在腔体中运动或通过腔体。另外或可选择地,这可能导致不需要的流体压力降低。
【发明内容】
[0004]本发明的一个方面涉及一种流体管道,该流体管道用于向存在于或流经该流体管道的流体传递能量,所述流体管道包括:
[0005]壁,该壁限定了流体流动路径,并包括由至少基体和一个或多个嵌入到所述基体中的增强元件形成的复合材料;以及
[0006]限制特征件,该限制特征件设置在所述壁中,并设置成限制腔体中的能量,其中,所述流体流动路径的至少一部分延伸穿过所述腔体。
[0007]本发明的而另一个方面涉及一种流体管道,该流体管道用于向存在于或流经该流体管道的流体传递能量,所述流体管道包括:
[0008]壁,该壁限定了流体流动路径;以及
[0009]限制特征件,该限制特征件设置在所述壁中,并设置成限制腔体中的能量,其中,所述流体流动路径的至少一部分延伸穿过所述腔体。
[0010]所述流体管道可设置成向存在于或流经该流体管道的流体提供能量,以影响所述流体的一个或多个特性。
[0011]所述流体管道可设置成向存在于或流经该流体管道的流体聚集或集中能量。[0012]所述流体管道可设置成向流体提供改变和/或允许被测量的流体改变。
[0013]所述流体管道可配置以加热或搅拌流体或促进流体管道中存在的或流经的流体的组分和/或相的分离。
[0014]所述流体管道可设置成感应流体管道中存在的或流经的流体的特性或用于感应流体管道中存在的或流经的流体的特性中。
[0015]所述流体管道可以包括或连接有传感器装置,以感应或用于感应流体管道中存在的或流经的流体的特性。
[0016]所述流体管道可以包括或连接有一个或多个传感器,以感应流体管道中存在的或流经的流体的特性或用于感应流体管道中存在的或流经的流体的特性。
[0017]所述流体管道可用于识别所述存在于或流经流体流动路径的流体。
[0018]所述流体管道可用于识别所述存在于或流经流体流动路径的流体的组成。
[0019]所述流体管道可以允许流体沿流体流动路径自由地流动。这可用于防止流体流动路径中的例如下降的压力变化,否则如果流体管道包括一个或多个延伸到流体流动路径中的突出部,将发生这种压力变化。所述流体管道还可以允许工具、设备或类似物沿流体流动路径无限制地移动。流体管道可以方便清管作业。这样的操作例如可以勘测流体管道的内部、清洗流体管道的内部、从流体管道的内部取出积聚的水合物等等。
[0020]这样的流体管道可以确保限制特征件不被暴露于流体,从而避免该限制特征件被流体损害或污染。例如,流体管道可以确保污染物、颗粒物、或沉积物,如水合物等等不接触到或粘附到该限制特征件。流体管道可确保流体对限制特征件的影响被消除或至少部分地被抑制。例如,所述流体管道可以消除或至少部分地抑制流体压力作用在限制特征件上的影响和/或可消除或减少流体和限制特征件之间的热传递。
[0021]所述限制特征件可以被设置成限制电磁能。例如,所述限制特征件可以被设置成限制电磁场。
[0022]所述限制特征件可以被设置成限制电能和/或磁能。
[0023]所述限制特征件可以被设置成限制电场。
[0024]所述限制特征件可以被设置成限制磁场。
[0025]所述限制特征件可以被设置成限制存在于或流经流体流动路径的流体中核磁共振(NMR)产生的电磁能。
[0026]所述限制特征件可以被设置成限制射频电磁能。例如,所述限制特征件可以被设置成限制射频电磁场。
[0027]所述限制特征件可以被设置成限制紫外线、光、毫米波和/或微波频率的电磁能。例如,该限制特征件可以被设置成限制紫外光频率、光学频率、毫米波频率和/或微波频率的电磁场。
[0028]所述限制特性可以被设置成限制声能。例如,该限制特征件可以被配置成限制声场。
[0029]所述限制特征件可以被设置成限制放射性辐射。例如,该限制特征件可以被设置成限制α粒子、β粒子和/或Υ射线等。
[0030]所述限制特征件可设置成部分地限制腔体中的能量。
[0031]所述限制特征件可以被设置成基本上限制腔体中的能量。[0032]所述限制特征件可以被设置成全部限制腔体中的能量。
[0033]所述限制特征件可以被设置成集中和/或聚焦能量。
[0034]所述限制特征件可以包括反射器或反射镜等。
[0035]所述限制特征件可以至少部分地限定腔体。
[0036]所述限制特征件可以至少部分地围绕所述流体流动路径。
[0037]所述限制特征件可设置成大致上横向于流体流动路径的轴线。
[0038]所述限制特征件可以沿流体流动路径的轴线的一部分延伸。
[0039]所述限制特征件可以包括金属。例如,该限制特征件可以包括钢、铝、铜等。所述限制特征件可以包括与所述壁分开形成的腔体构件。
[0040]所述腔体构件可以被封装或嵌入到所述壁内。
[0041]腔体构件嵌入到所述壁内可为腔体构件和/或所述壁提供支撑。另外,将腔体构件嵌入到壁内可为腔体构件的一个或多个特征和所述壁的一个或多个特征之间提供对准。
[0042]腔体构件可以包括外部,该外部限定了流体流动路径延伸穿过的内部区。
[0043]腔体构件可以包括突出部,该突出部从腔体构件的外部朝向流体流动路径延伸到内部区。
[0044]腔体构件的突出部可以包括基座部和远端部,其中,基座部连接至所述腔体构件的外部,远端部远离腔体构件的外部。远端部可相对于基座部扩大。突出部的这种设置可以在基座和远端部附近提供增强的电场强度。
[0045]腔体构件的突出部可以形成为线圈。突出部的这种设置可以提供线圈内的增强的磁场强度。
[0046]腔体构件可以包括金属。例如,腔体构件可以包括钢、铝、铜等。
[0047]腔体构件可以包括限定所述腔体的腔体构件壁。
[0048]腔体构件壁可以是实心的。
[0049]腔体构件壁可以具有形成于其中的一个或多个中空区。
[0050]腔体构件可以包括腔体构件内壁和腔体构件外壁,其中,腔体构件内壁限定腔体,腔体构件的内壁和外壁限定了位于内壁和外壁之间的中空区。
[0051]该限制特征件可形成在流体管道的壁内。该限制特征件可以包括流体管道的壁内的中空区。
[0052]该限制特征件可以包括和/或限定有波导管。例如,该限制特征件可以包括和/或限定有波导管,以向腔体引导能量和/或从腔体引导能量。
[0053]所述腔体可以是谐振腔体。
[0054]所述腔体可以被设置成达到预定的频率时进行谐振或超过预定范围的频率时谐振。
[0055]所述腔体可以被设置成达到与诸如无线电、微波、毫米波、红外线、光学、紫外线和/或Y射线的频率等的电磁频谱区域相关联的预定的频率时进行谐振。
[0056]所述腔体可设置成在预定的声频率进行谐振。
[0057]所述腔体可以被设置成超过与例如无线电,微波,毫米波,红外线,光学,紫外线和/或Y射线频率等区域的电磁频谱相关联的预定范围的频率进行谐振。
[0058]所述腔体可以被设置成超过预定范围的声波频率时谐振。[0059]所述腔体可以被设置成达到流体流动路径中存在的或流动的特定流体的频率特性的一个频率或频率范围时进行谐振。这可有助于向存在于或流经流体流动路径的流体传递更大的能量。这可能会增加从与腔体谐振相关的一个或多个特性的测量结果中确定流体特性的灵敏度。
[0060]所述腔体可以被设置成达到预定频率时或者超过预定范围频率或者例如流体中的污染物的目标部件频率特征时进行谐振。例如,所述腔体可以设置成达到预定频率或者超过预定范围或者例如流体中的污染物的目标部件的密度或密度范围的预定范围的频率特征时进行谐振。
[0061]流体管道可以包括连接元件,诸如耦合器,天线或类似装置,以向腔体耦合能量和/或从腔体耦合能量。
[0062]流体管道可以包括连接元件,以向腔体耦合电磁能和/或从腔体耦合能量。
[0063]流体导管可以包括连接元件,以向电场耦合能量和/或从电场耦合能量。例如,流体管道可以包括存根耦合器。
[0064]流体管道可以包括连接元件,以向磁场耦合电场能和/或从磁场耦合电磁能。例如,流体管道可以包括电感耦合器,例如回路耦合器。
[0065]流体管道可以包括连接元件,以向光场耦合电磁能和/或从光场耦合电磁能。
[0066]流体管道可以包括连接元件,以向声场耦合声能和/或从声场耦合声能。
[0067]流体管道可以包括连接元件,以向腔体耦合放射性的发射和/或从腔体耦合放射性的发射。
[0068]该连接元件可凹入、封闭或嵌入到壁内。这样的设置可以确保连接元件不会延伸到流体流中。因此,这样的设置可以允许流体沿流体流动路径自由地流动,并防止如果连接元件延伸到流体流动路径中而在流体流动路径中发生的压力下降。这样的设置也允许工具、设备或类似装置沿流体流动路径不受限制地移动。这样的设置可便于清管作业。这样操作可以,例如用于探测流体管道的内部,清洁流体管道的内部,从流体管道的内部除去积聚的水合物等等。
[0069]将连接元件嵌入或封闭到壁中可确保该连接元件不暴露至流体,以避免连接元件被流体损害或污染。例如,这样的设置可确保连接元件不会变得与流体中夹带的颗粒物质堵塞。这样的设置可确保流体作用在该连接元件上的影响被消除或至少部分地被抑制。例如,这样的设置可防止或至少部分地减少流体压力作用在连接元件上的影响,和/或可消除或至少部分地减少流体与连接元件之间的热传递。
[0070]将连接元件嵌入到壁中可用于向连接元件和/或壁提供机械支撑。另外,将连接元件嵌入到壁中可以在连接元件的一个或多个特征和壁的一个或多个特征之间提供对准。
[0071]连接元件可至少部分地延伸通过腔体构件。例如,连接元件可至少部分地延伸通过腔体构件的突出部,该突出部从腔体构件的外部朝向流体流动路径延伸。
[0072]流体管道可以包括另一个连接元件,以向腔体耦合能量和/或从腔体耦合能量。
[0073]壁可以被设置成在限制特征件和流体流动路径之间传递能量。
[0074]壁可以被设置成对限制特征件和流体流动路径之间的能量传输具有可忽略的或相对不显著的影响。
[0075]特别地,壁可以被设置成减少在限制特征件和流体流动路径之间延伸的能量场的干扰、失真和/或吸收。壁可以被设置成对与腔体中谐振相关的一个或多个特性的测量具有可忽略的或相对不显著的影响。
[0076]所述壁可以由介电常数值小于阈值介电常数值的材料形成。所述壁可以由具有实部分量和虚部分量的复数介电常数的材料形成,其中,实部分量小于阈值实部介电常数分量值和/或虚部分量小于阈值虚部介电常数分量值。
[0077]所述壁可以由磁化率值小于阈值磁化率值的材料形成。所述壁可以由具有实部分量和虚部分量的复数磁化率的材料形成,其中,实部分量小于阈值实部磁化率分量值和/或虚部分量小于阈值虚部磁化率分量值。
[0078]所述壁可以由折射率值小于阈值折射率值的材料形成。所述壁可以由光吸收参数值小于阈值光吸收参数值的材料形成。
[0079]所述壁可以由密度小于阈值密度的材料形成。所述壁可以由声吸收参数值小于阈值声吸收参数值的材料形成。
[0080]所述壁可以被设置成以已知或可量化的方式影响腔体内的能量场。这样的壁可以允许从能量场的一个或多个特性中测量出存在于或流经流体流动路径的流体的一个或多个特性。
[0081]所述壁在微观水平上可以基本上是同质的。
[0082]特别是,所述壁可以被设置成对与腔体中的谐振相关联的一个或多个特性的测量具有已知的或可量化的影响。这可以允许从与腔体中的谐振关联的一个或多个特性中测量出存在于或流经流体流动路径的流体的一个或多个特性。
[0083]特别是,所述壁可以被设置成以已知或可量化的方式影响腔体中的电场和/或磁场,以允许流体路径中存在的或流经的流体的一个或多个特性可从电场和/或磁场的一个或多个特性,例如与腔体中的谐振相关的一个或多个特性中测量出。
[0084]所述壁可以包括非传统的管道材料,例如非金属材料。例如,所述壁可以包括聚合物材料、热塑性材料、热固性材料、聚芳基醚酮、聚芳基酮、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯,聚合物树脂、环氧树脂和/或类似物。采用一种或多种非传统的管道材料形成所述壁可以为能量传递到存在于或流经流体流动路径的流体提供各种优点。例如,由一种或多种非传统的管道材料形成的所述壁可对穿过管道的能量的传递具有可忽略的或相对不显著的影响,和/或在微观水平上可以是同质的,以已知的或可量化的方式影响腔体中的能量场。此外,这样的壁可不容易受到表面劣化、变质和/或腐蚀和/或物质例如水合物或类似物质的沉积。因此,与采用传统材料例如金属材料制得的壁相比,这样的壁不易降低对存在于或流经流体流动路径的流体进行的任何测量的灵敏度。此外,与采用传统的管道材料例如刚制得的壁相比,采用一种或多种非传统管道材料制得的壁是不易被所述壁上的放射性发射的任何发生率降解的。
[0085]所述壁可以包括常规的管道材料,例如金属或类似物。例如,所述壁可以包括钢、铝、铜等等。
[0086]所述壁可以被设置成对流体管道中存在的或流经的流体提供的效果具有对通过流体管道的能量传递的不同影响。
[0087]所述壁可以包括由第一材料形成的外区和由与第一材料不同的第二材料形成的内区,其中,所述限制特征件设置在内区或设置在内区和外区之间的所述壁内。[0088]所述壁可以包括外区和内区,其中,外区由常规管道材料例如金属等形成,外区由聚合物材料、热塑性材料、热固性材料、聚芳基醚酮、聚芳基酮、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯、聚合树脂、环氧树脂和/或类似物形成。
[0089]所述壁可以包括限制特征件和流体流动路径之间的惰性区,其中惰性区被设置成对通过该惰性区的能量传递具有可忽略的或相对不显著的影响。特别地,惰性区可以被设置成降低对延伸通过该惰性区的能量场的干扰、失真和/或吸收。惰性区可设置成对与腔体中的谐振关联的一个或多个特性的测量具有可忽略的或相对不显著的影响。
[0090]惰性区可以包括相对于通过该惰性区的能量传递基本上呈惰性的一种材料或多种材料。
[0091]惰性区可以由介电常数值小于阈值介电常数值的材料形成。惰性区可以由具有实部分量和虚部分量的复数介电常数的材料形成,其中,实部分量小于阈值实部介电常数分量值和/或虚部分量小于阈值虚部介电常数分量值。
[0092]惰性区可以由磁化率值小于阈值磁化率值的材料形成。惰性区可以由具有实部分量和虚部分量的复数磁化率的材料形成,其中,实部分量小于阈值实部磁化率分量值和/或虚部分量小于阈值虚部磁化率分量值。
[0093]惰性区可以由折射率值小于阈值折射率值的材料形成。惰性区可以由光吸收参数值小于阈值光吸收参数值的材料形成。
[0094]惰性区可以由密度小于阈值密度的材料形成。惰性区可以由声吸收参数值小于阈值声吸收参数值的材料形成。
[0095]惰性区可以限定流体流动路径。
[0096]所述壁可以包括在限制特征件和流体流动路径之间延伸的同质区,其中所述同质区在微观水平上基本上是同质的。
[0097]同质区可以被设置成以已知的或可量化的方式影响腔体中的能量场。这样的同质区可以允许存在于或流经流体流动路径的流体的一个或多个特性可从能量场的一个或多个特征的测量结果中卷积。
[0098]特别地,同质区设置成对与腔体中的谐振相关的一个或多个特性的测量具有已知的或可量化的影响。这可以允许存在于或流经流体流动路径的流体的一个或多个特性可从与腔体中的谐振相关的一个或多个特性的测量结果中卷积。
[0099]同质区可以限定流体流动路径。
[0100]特别地,同质区可以被设置成以已知的或可量化的方式影响腔体中的电场和/或磁场,以允许存在于或流经流体流动路径的流体的一个或多个特性可从电场和/或磁场的一个或多个特性,例如与腔体中的谐振相关的一个或多个特性的测量结果中卷积。
[0101]同质区可设置成对通过该同质区的能量的传递具有可忽略的或相对不显著的影响。
[0102]所述壁可以包括至少由基体和一个或多个嵌入到该基体中的增强元件形成的复合材料。
[0103]所述基体可以限定整体结构。也就是,基体材料的结构是连续的。
[0104]所述基体可以包括至少由基体和多个嵌入到该基体中的增强元件形成的复合材料。增强元件在基体中的分布和密度是可变化的。[0105]所述壁可以包括基体和嵌入到基体中的多个增强元件,其中增强元件在壁中的密度是相对于流体管道的轴线而放射状地、周向地和/或轴向地变化。
[0106]所述壁可以包括基体和嵌入到基体中的多个增强元件,其中所述增强元件的密度随距离流体流动路径的距离的增加而增加。
[0107]所述壁可以包括基体和嵌入到基体中的多个增强元件,其中,所述壁靠近流体流动路径的区域基本上不含有增强元件。
[0108]所述壁可以包括基体和嵌入到基体中的多个增强元件,其中,所述壁的位于限制特征件和流体流动路径之间的区域基本上不含增强元件。增强元件的这样的分布可以限定所述壁的位于限制特征件和流体流动路径之间的区域对延伸通过该区域的能量场具有可忽略的或相对不显著的影响。增强元件的这样的分布可使所述壁的位于限制特征件和流体流动路径之间的区域在微观水平上基本上是同质的。
[0109]所述基体可以包括聚合物材料。
[0110]所述基体可以包括热塑性材料。
[0111]所述基体可以包括热固性材料。
[0112]所述基体可以包括聚芳基醚酮、聚芳基酮、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK)、聚碳酸酯和/或类似物。所述基体可以包括聚合物树脂,例如环氧树脂或类似物。
[0113]所述增强元件可以包括连续的或细长的单元。所述增强元件可以包括聚合物纤维,例如芳族聚酰胺纤维。所述增强元件可以包括非聚合的纤维,例如碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维和/或类似物。所述增强元件可以包括纤维、线、丝、纳米管等。所述增强元件可以包括不连续的单元。
[0114]所述基体和所述增强元件可包含相似或相同的材料。例如,虽然纤维、拉伸、伸长形式等相同,但所述增强元件可以包括与所述基体相同的材料。
[0115]所述流体管道可以包括产生能量的装置。
[0116]所述流体管道可以包括在腔体中产生能量场的装置。
[0117]所售流体管道可以包括正反馈设置。
[0118]所述流体管道可以包括产生电磁场的装置。
[0119]所述流体管道可以包括正反馈装置,用于提供电磁能量的正反馈。
[0120]所述正反馈装置可以包括两个都连接至所述腔体中的端子。
[0121]所述正反馈装置的一个端子可连接至连接元件,正反馈装置的另一个端子可连接至限制特征件或者连接至用于向腔体耦合能量和/或从腔体耦合能量的另一个连接元件。
[0122]所述正反馈装置可以包括增益元件、放大器、负电阻或类似物。
[0123]所述正反馈装置可以包括限幅器。限制器可与放大器串联连接。
[0124]所述正反馈装置可以包括RF放大器,微波放大器或毫米波放大器等。
[0125]所述正反馈装置可以包括光学增益介质。
[0126]所述正反馈装置可以包括换能器,例如声能换能器。
[0127]所述流体管道可以包括由腔体和正反馈装置限定的振荡器。例如,所述流体管道可以包括罗宾逊振荡器。
[0128]所述流体管道可以包括输出端,该输出端设置成提供根据振荡器的谐振频率数值和/或损耗的数值而变化的信号。[0129]所述流体管道可以包括输出端,该输出端设置成提供根据振荡器的谐振频率数值和/或电磁损耗的数值而变化的信号。
[0130]所述流体管道可以包括或者可关联有处理器装置,该处理器装置设置成从根据振荡器的谐振频率和/或电磁损耗的数值而变化的信号中,提取振荡器的谐振频率的数值和/或提取振荡器的电磁损耗的数值。
[0131]所述流体管道可以包括或者可关联有解调器、混频器和/或类似的装置,以用于提供随振荡器的谐振频率变化的信号,和/或提供随振荡器的损耗变化的信号。
[0132]知道谐振频率和损耗能够提供腔体中存在的或流经的流体的特性是否在规定的参数范围内的显示,而不管腔体中存在的或流经的流体的量。谐振频率和损耗的知晓能够提供腔体中存在的或流经的流体的量的显示,而不管腔体中存在的或流经的流体的特性在规定的参数范围内是否是已知的。
[0133]因此,谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定存在于或流经流体流动路径的流体。
[0134]谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定存在于或流经流体流动路径的流体的组成。
[0135]谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定流体的气体和/或液体比重。
[0136]谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定流体中水的比例和碳氢化合物流体的比例。
[0137]谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定流体流动路径中存在的或流动的水或原油的类型或特性。
[0138]谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定流体中的油例如原油、甲醇、甲烷、天然气或类似物的比例。
[0139]谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定存在于或流经流体流动路径的油的酸含量。
[0140]谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定存在于或流经流体流动路径的水的盐度。
[0141]谐振频率和损耗的测量值可以被用于确定流体的一个或多个物理特性,例如流量、粘度、温度、压力等。
[0142]因此,这样的设置能够允许目标单元例如流体中的污染物的密度可从谐振频率和损耗的测量结果中确定,而不管流体的流量。这样的设置能够允许流体的流量可从谐振频率和损耗的测量结果中确定,而不管目标单元例如流体中的污染物的密度。
[0143]所述流体管道可以包括能量源。
[0144]所述能量源可连接至连接元件,另一个连接元件和限制特征件中的至少一者上。
[0145]所述流体管道可以包括电磁能量源。该电磁能量源可连接至连接元件,另一个连接元件和限制特征件中的至少一者上。
[0146]所述流体管道可以包括声能源。
[0147]所述流体管道可以包括放射源。
[0148]所述流体管道可以包括调谐部件。调谐部件可以可以调节为改变腔体的谐振频率或谐振频率范围。例如,调谐部件可以在腔体内移动。[0149]所述流体管道可以包括被设置成测量温度的传感器。例如,流体管道可以包括电阻式温度检测器(RTD)、热敏电阻、热电偶等。该温度传感器可凹入,封闭或嵌入到流体管道的壁内。在使用中,这样的温度传感器可协助解析存在于或流经流体流动路径的流体或流体的成分。
[0150]流体管道可以包括被设置成测量存在于或流经流体流动路径的流体的压力的传感器。例如,流体管道可以包括应变仪、压电传感器、电容、光学或磁性压力传感器,气压计或任何其他类型的压力传感器。该压力传感器可凹入,封闭或嵌入到流体导管的壁内。在使用时,这样的压力传感器可以帮助解析存在于或流经流体流动路径的流体或流体的成分。
[0151]所述压力传感器可以被设置成直接地测量流体流动路径中流体的压力或者通过测量流体压力作用在流体导管的壁上的效应来间接地测量流体流动路径中流体的压力。
[0152]所述流体管道可以包括设置成检测流体流动路径中流速的传感器。例如,流体管道可以包括流量控制特征和一个或多个流量传感器,流量控制特征设置成影响流体流动路径中的流量,流量传感器设置成检测通过流量控制特征引起的流量变化。
[0153]所述一个或多个流量传感器可以被设置成感测流体流动路径中的一个或多个流体压力。
[0154]所述流量控制特征可引起流量的时间或空间变化。
[0155]所述流量控制特征可以包括流体流动路径中的限制段,例如文丘里段。所述一个或多个流量传感器可以被设置成感测流体流动路径中上游,下游和/或限制段内的流体压力。
[0156]所述流体管道可以包括旋涡脱落流量传感器。
[0157]所述流体管道可以包括多个限制特征件。例如,流体导管可以包括位于壁内的多个限制特征件。
[0158]每一个限制特征件可限制相对应腔体中的能量,其中,流体流动路径的至少一部分延伸穿过每一个腔体。例如,流体流动路径的不同部分可延伸穿过每一个腔体。
[0159]每一个限制特征件可限制相对应腔体中的能量,其中,一个或多个腔体设置成谐振。
[0160]每一个限制特征件可限制相对应腔体中的能量,其中,一个或多个腔体设置成达到各自的频率时或超过各自的频率范围时谐振。例如,每一个腔体可设置成达到不同的频率时或在超过不同范围的频率时谐振。
[0161]每一个限制特征件可大体上横向于流体流动路径的轴线设置。
[0162]每一个限制特征件可以具有不同的空间设置。
[0163]每一个限制特征件可沿流体流动路径的轴线轴向地间隔。
[0164]每一个限制特征件可围绕流体流动路径的轴线以不同的角度定位。
[0165]所述流体管道可以包括两个限制特征件,每一个限制特征件大体上横向于流体流动路径的轴线设置,每一个限制特征件沿流体流动路径的轴线轴向地间隔,每一个限制特征件相对于另一个限制特征件具有关于流体流动路径的轴线的成90°的夹角。
[0166]所述流体管道可以包括三个限制特征件,每一个限制特征件大体上横向于流体流动路径的轴线设置,每一个限制特征件沿流体流动路径的轴线轴向地间隔,每一个限制特征件相对于另一个限制特征件具有关于流体流动路径的轴线的成120°的夹角。[0167]所述流体管道的所述壁可以包括轴向端部和轴向中部,轴向端部由第一材料形成,轴向中部包括由第一材料形成的外部区和由与第一材料不同的第二材料形成的内部区,其中,限制特征件设置在轴向中部的内部区中或设置在轴向中部的内部区和外部区之间。每一个轴向端部可以包括由第一材料形成的凸缘,以将流体管道连接至各自的管段。这样的设置可以允许流体管道通过轴向端部的凸缘连接至各自的标准管道的凸缘,同时仍然将限制特征件容纳在流体管道的壁的轴向中部内。
[0168]所述流体管道可以被设置成连接至一个或多个管段。
[0169]所述流体管道可以被设置成连接两个管段。
[0170]所述流体管道可以包括第一端和第二端,第一端和第二端的每一个可设置成连接至各自的管段。
[0171]所述流体管道可以包括位于第一端的第一凸缘和位于第二端的第二凸缘,第一和第二凸缘的每一个被设置成连接至各自的管段。
[0172]所述流体管道可以包括一个或多个沿流体管道的长度延伸的通孔,所述通孔被设置成通过穿过通孔的紧固件或类似物,将流体管道连接至位于流体管道每一端的各自的管段。
[0173]本发明的另一个方面涉及一种流体管道,包括:
[0174]壁,该壁限定了流体流动路径,并包括至少由基体和一个或多个嵌入到所述基体中的增强元件形成的复合材料;以及
[0175]部件,该部件至少部分地嵌入在所述壁中,并设置成向所述流体流动路径传递能量和/或从所述流体流动路径接收能量,
[0176]其中,所述壁的位于所述部件和所述流体流动路径之间的区基本上不含有增强元件,以在所述流体流动路径和所述部件之间限定用于能量的传递路径。
[0177]所述基体材料可以限定整体结构。这样的配置中,基体材料可以在所述壁的包括增强元件的部分和基本上不包括增强元件的部分之间连续地延伸。
[0178]所述部件可设置成用于确定管道限定的存在于或流经流体流动路径的流体的特性。例如,所述部件可从流体管道接收或探测能量,其中,所述能量的特征可用于确定存在于或流经流体流动路径的流体的特性。
[0179]所述部件可以被设置成用于向存在于或流经流体流动路径的流体传递能量。例如,传递的能量可选择地以影响流体的特性,例如,以加热流体等等。所述传递的能量可以被探测并用于确定流体的特性。所述能量可以被相同的部件探测到。所述能量可以被不同的部件探测到。所述不同的部件同样至少部分地嵌入到流体管道的壁内。
[0180]所述部件可以包括换能器、传感器、接收器、发射器、收发器、天线和限制特征件中的至少一者。
[0181 ] 所述流体管道可以包括多个部件,该多个部件至少部分地嵌入在所述壁内。
[0182]本发明的其他方面涉及一种用于流体的管道,包括一个或多个管段以及根据上述任一方面所述的流体管道。
[0183]所述管道可以包括多个管段。
[0184]所述管道可以包括多个流体管道。
[0185]相邻的管段可以通过流体管道来连接。[0186]每一个流体管道可设置成确定存在于或流经流体流动路径的不同流体。
[0187]每一个流体管道可设置成确定存在于或流经流体流动路径的不同流体元素。
[0188]每一个流体管道可设置成达到不同的预定频率时或者超过不同的预定范围的频率时谐振。
[0189]应当理解的是,关于本发明的一个方面的描述的任何特征可以单独地应用,或者可以与本发明的任何其他方面相关的特征进行任何的结合地应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0190]本发明现在仅通过参考附图的非限制性的实施方式来描述,其中:
[0191]图1(a)是构成本发明第一种实施方式的流体管道的纵向截面图;
[0192]图1 (b)是图1 (a)的流体管道的端视图;
[0193]图2是沿图1 (a)的流体管道的AA线的横向截面图;
[0194]图3显示了图2的横向截面图的场连接区;
[0195]图4是第二种流体管道实施方式的壁的场连接区的详细的横向截面图;
[0196]图5是第三种流体管道实施方式的壁的场连接区的详细的横向截面图;
[0197]图6是第四种流体管道实施方式的壁的场连接区的详细的横向截面图;
[0198]图7是第五种流体管道实施方式的壁的场连接区的详细的横向截面图;
[0199]图8是第六种流体管道实施方式的壁的场连接区的详细的横向截面图;
[0200]图9是构成第七种流体管道实施方式的流体管道的纵向截面图;
[0201]图10是构成第八种流体管道实施方式的流体管道的纵向截面图;
[0202]图11(a)是构成第九种流体管道实施方式的流体管道的纵向截面图;
[0203]图11 (b)是图11 Ca)的流体管道的端视图;
[0204]图12是管道的一部分的纵向截面图,其中,该管道包括多个流体管道和具有扩大的凸缘的两个管段;
[0205]图13是管道的一部分的纵向截面图,其中,该管道包括流体管道和两个具有扩大的凸缘的管段,流体管道具有用于连接至所述管道的扩大的凸缘的沿流体管道的长度延伸的通孔连接至扩大的凸缘;
[0206]图14是管道的一部分的纵向截面图,其中,该管道包括流体管道和两个标准的管段,该流体管道具有包括凸缘的轴向端部,每一个凸缘设置成连接至标准管段的相应的凸缘;
[0207]图15是管道的一部分的纵向截面图,其中,该管道包括流体管道和两个具有扩大的凸缘的管段;以及
[0208]图16 (a)至图16 (d)是根据本发明的一个或多个方面的流体管道的多种实施方式的横向截面图。
【具体实施方式】
[0209]首先参考图1 (a)和图1 (b),其显示了一种流体管道,该流体管道大体上用2来标记,流体管道2具有壁4,壁4限定了用于流体流动的通道6。通道6沿流体管道2的轴线7设置。通道6从流体管道2的第一端8延伸到流体管道2的第二端10。流体管道2包括形成在第一端8上的第一凸缘部12和形成在第二端10上的第二凸缘部14。凸缘部12,14包括间隙孔16,以允许使用例如螺栓(未显示)的紧固件使每一个凸缘部12,14与一段管道或其他流体管道(未显示)的端部的相应的凸缘部连接。壁4中嵌套有为钢制腔体构件24形式的用于电磁场的限制特征件,钢制腔体构件24在第一端8和第二端10之间沿流体管道2的长度轴向部分地延伸。
[0210]如图2的截面图所示,壁4包括复合区20和限定了通道6的同质区22。复合区20包括聚醚醚酮(PEEK)基体和多个为嵌入在PEEK中的碳纤维(未明确显示)的形式的增强元件。同质区22包括PEEK,且不含有或至少基本上不含有微观水平上的任何增强元件。复合区20和同质区22的PEEK材料限定了整体结构并在复合区20和同质区22之间连续地延伸。相应地,可以认为整个壁4是基体和增强元件的复合结构,其中,内部区域22基本上不含有增强元件。
[0211]钢制腔体构件24完全嵌入到流体管道2的壁4的同质区22中,以将钢制腔体构件24相对于通道6密封,并防止腔体构件24暴露于通道6中存在的或流动的任何流体。钢制腔体构件24设置成在腔体26中限定有电磁场,腔体26包括通道6的一部分,以及通道6和腔体构件24之间的同质区22的一部分。构成同质区22的PEEK材料相对于RF频率的电磁场是相对惰性的。更明确地说,PEEK具有相对低的实部和虚部的介电常数成分和相对低的实部和虚部的磁性敏感成分,以减少腔体构件24和通道6之间的电磁场的任何失真。
[0212]如图3中更详细地显示,腔体构件24包括外部28和大体为圆柱形的突出部30,突出部30从外部28径向向内地延伸到腔体26中。钢制腔体构件24还包括突出部30附近的中空部32。中空部32容纳有标记为34的正反馈装置,该正反馈装置34包括与限幅器38串联地电连接的RF放大器36。RF放大器36的输入端40通过波导管41连接至输入存根耦合器42,输入存根耦合器42,用于从腔体26中的电磁场的电场组件耦合能量。RF放大器26的输出端44连接至限幅器38的输入端46。限幅器38的输出端48通过波导管49连接至输出存根耦合器50,以将能量耦合到腔体26中电磁场的电场组件。输入和输出存根耦合器42,50以及波导管41,49与钢制腔体构件24电绝缘。
[0213]输入存根耦合器42在靠近突出部30的远端54的位置52处,从突出部30的圆柱形表面51大体上横向延伸。输出存根f禹合器50在靠近远端54的位置56处从圆柱形表面51大体上横向延伸。输出存根f禹合器50延伸的位置56与输入存根I禹合器42延伸的位置52径向相对设置,输出存根I禹合器50延伸的方向与输入存根I禹合器42延伸的方向大体上相反。
[0214]RF放大器36、限幅器38、输入和输出存根耦合器42,50以及腔体26—起构成罗宾逊振荡器(Robinson oscillator)。RF放大器36的输出端44和限幅器38的输入端连接至解调器60,解调器60通过绝缘波导管61设置在流体管道2的外部。解调器60设置成提供如下面更详细描述的代表振荡器谐振频率的输出信号62和代表振荡器电磁损耗的输出信号64。解调器60设置成使输出信号62,64与处理器66联系。
[0215]在使用时,向放大器36供电,放大器36将与限制器38 —起启动,并在腔体26中产生具有根据腔体26的结构和体积的谐振频率的电磁场。腔体26设置成使得电磁场延伸到通道6中,以使腔体26的谐振频率取决于通道6中存在或流动的任何流体的性质。根据在W02009/118569中说明的罗宾逊原理,处理器66接收输出信号62和64,并使用输出信号62和64来确定通道6中存在或流经的流体,W02009/11856的全文通过参考被并入本文中。
[0216]流体管道2可以被设置成确定通道6中存在或流经的流体的组成。例如,流体管道2可以被设置成确定通道6中存在或流经的流体的气体和/或液体比例。流体管道2可以被设置成确定通道6中存在或流经的流体的水成分和/或碳氢化合物流体组分,如原油组分。
[0217]图4显示了构成本发明第二种实施方式的大体上标记为102的流体管道的壁104的场连接区详细的横截面。图4的流体管道102与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道102的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“100”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图4的流体管道102包括壁104,壁104具有同质区122 (例如,不含增强纤维的基质材料),同质区122限定了用于流体流动的通道106。流体管道102还包括腔体构件124,腔体构件124嵌入在同质区122中,以限定用于电磁场的腔体126。图4的流体管道102与图1至图3的流体管道2的不同之处仅在于正反馈装置134和腔体126中的电场之间的连接设置的不同。特别是,放大器136的输入端140在显示为170处连接至腔体构件124,同时,输出存根耦合器150通过波导管149连接至限幅器138的输出端148,并从远端154表面上的位置处相对于流体管道102的通道106的轴线沿大体径向方向延伸。波导149和输出存根耦合器150与腔体构件124电绝缘。这样的连接设置可提供与腔体126中的电磁场的增强的连接,因此,当与图3中显示的第一种实施方式的连接设置相比时,提高了对于特定腔体结构、通道106中的流体和/或流体流动条件的测定灵敏度。
[0218]图5显示了构成本发明第三种实施方式的大体上标记为202的流体管道的壁204的场连接区的详细的横截面。图5的流体管道202与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道202的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“200”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图5的流体管道202包括壁204,壁204具有同质区222 (例如,不含增强纤维的基质材料),同质区222限定了用于流体流动的通道206。流体管道202还包括腔体构件224,腔体构件224嵌入在同质区222中,以限定用于电磁场的腔体226。图5的流体管道202与图1至图3的流体管道2的不同之处仅在于正反馈装置234和腔体226中的电磁场之间的连接设置的不同。特别是,放大器236的输入端240通过朝向突出部230的基座部278设置的感应线圈耦合器276连接至腔体构件224的突出部230的圆柱面251,同时,存根耦合器250通过波导管249连接至限幅器238的输出端248,并从靠近突出部230远端254的圆柱形表面251上的位置处相对于突出部230沿大体横向方向延伸。波导249和输出存根耦合器250与腔体构件224电绝缘。使用这样的感应线圈耦合器276可提供与腔体构件224的突出部230中感应的电磁场的磁场部件的增强的连接。当与图3中显示的第一种实施方式的连接设置相比时,这可提供对于特定腔体结构、通道206中的流体和/或流体流动的增强的测定灵敏度。
[0219]图6显示了构成本发明第四种实施方式的大体上标记为302的流体管道的壁304的场连接区详细的横截面。图6的流体管道302与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道302的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“300”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图6的流体管道302包括壁304,壁304具有同质区322 (例如,不含增强纤维的基质材料),同质区322限定了用于流体流动的通道306。流体管道302还包括腔体构件324,腔体构件324嵌入在同质区322中,以限定用于电磁场的腔体326。图6的流体管道302与图1至图3的流体管道2的不同之处仅在于腔体构件324的突出部330的形状的不同。如图6所示,突出部330大体上为凹角的,以相对于基座部378具有扩大的远端354,通过基座部378,突出部330连接至腔体构件324的外部328。当与图3显示的第一种实施方式的存根稱合器42, 50附近的腔体26中的电磁场的电场分量相比时,突出部330的这样的构造可提供远端354和基座部378附近的腔体326中的电磁场的增强的电场分量。当与图3中显示的第一种实施方式的连接设置相比时,这可提供对于特定腔体结构,通道306中的流体和/或流体流动的增强的测定灵敏度。本领域技术人员应当理解的是,突出部330的其他构造也是可以的,其中,远端354相对于基座部378被扩大。
[0220]图7显示了构成本发明第五种实施方式的大体上标记为402的流体管道的壁404的场连接区详细的横截面。图7的流体管道402与已经参考图1至3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道402的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“400”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图7的流体管道402包括壁404,壁404具有同质区422 (例如,不含增强纤维的基质材料),同质区422限定了用于流体流动的通道406。流体管道402还包括光反射腔体构件424,腔体构件424嵌入在同质区422中,以限定基本上径向穿过通道406的光学腔体426。图7的流体管道402与图1至图3的流体管道2的不同之处在于,腔体构件424不具有突出部,并且流体管道402包括正反馈装置434,正反馈装置434由位于流体管道402的壁404中的光学增益介质480和光学增益介质480附近的腔体构件424的部分482限定。透镜442同样位于空心部432中,以准直和/或调节光束。腔体构件424、光学增益介质480和透镜442 —起限定了激光器。光学增益介质480附近的腔体构件424的部分482设置成仅部分地反射,使得在腔体426中循环的光的一小部分在腔体构件424的部分482的区域从腔体426射出。从腔体426射出的光以光束或通过光波导管例如光纤(未显不)传输到光谱分析装置460。光频谱分析装置460提供代表光学腔体426的谐振频率的输出信号462和代表光学腔体426中电磁损耗的输出信号464。当与图3中显不的第一种实施方式的连接设置相比时,这可提供对于特定腔体结构、通道406中的流体和/或流体流动的增强的测定灵敏度。
[0221]图8显示了构成本发明第六种实施方式的大体上标记为502的流体管道的壁504的场连接区详细的横截面。图8的流体管道502与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道502的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“500”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图8的流体管道502包括壁504,壁504具有同质区522 (例如,不含增强纤维的基质材料),同质区522限定了流体流动的通道506。流体管道502还包括腔体构件524,腔体构件524嵌入在同质区522中,以限定用于电磁场的腔体526。图8的流体管道502与图1至图3的流体管道2的不同之处不在于包括正反馈装置,流体管道502包括电磁源584,电磁源584设置在流体管道502的壁504的空心部532中。RF源的输出端通过波导管549连接至输出存根I禹合器550,以将电磁能从电磁源连接至腔体526中的电磁场的电场分量。波导管549和输出存根耦合器550与腔体构件524电绝缘。但是,与图1至图3的流体管道2的腔体26不同的是,腔体526为非共振的,并且通过输出存根耦合器550和波导管549从电磁场到电磁源584的能量反馈被最小化。换句话说,腔体构件524的功能是以封闭电磁场的能量,而不是将能量从电磁场反馈到电磁源584。图8的流体管道502可以被用来创建腔体526中的电磁场,从而使所述流体暴露于电磁场。这样的设置可用于将能量传递给流体,例如,用于加热流体。
[0222]图9显示了构成本发明第七种实施方式的大体上标记为602的流体管道纵向截面图。图9的流体管道602与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道602的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“600”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图9的流体管道602包括壁604,壁604限定了用于流体流动的通道606。流体管道602还包括腔体构件624,腔体构件624嵌入在壁604中,以限定用于电磁场的腔体626。图9的流体管道602与图1至图3的流体管道2的不同之处在于,流体管道602还包括大体上标记为685的文丘里效应流量传感器,该流量传感器685包括通道606的收缩部686以及一个或多个压力传感器(未示出)。每一个压力传感器(未示出)可以包括应变计、压电传感器、电容、光学或磁性压力传感器、气压计或任何其他类型的压力传感器。该压力传感器可设置成直接测量通道606中的流体的压力,或者通过测量作用在流体管道602的壁604上的流体压力来间接地测量通道606中的流体的压力。
[0223]图10显示了构成本发明第八种实施方式的大体上标记为702的流体管道纵向截面图。图10的流体管道702与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道702的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“700”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图10的流体管道702包括壁704,壁704限定了流体流动的通道706。流体管道702还包括腔体构件724,腔体构件724嵌入在壁704中,以限定用于电磁场的腔体726。图10的流体管道702与图1至图3的流体管道2的不同之处在于,流体管道702还包括嵌入在壁704中的温度传感器787和嵌入在壁704中的压力传感器788。温度传感器787可以包括电阻式温度检测器(RTD)、热敏电阻、热电偶等等。压力传感器788可以包括应变计、压电传感器、电容、光学或磁性压力传感器,气压计或任何其他类型的压力传感器。压力传感器788可设置成直接测量通道706中的流体的压力,或者通过测量作用在流体管道702的壁704上的流体压力效应来间接地测量通道706中的流体的压力。在使用中,这样的温度传感器787和压力传感器788可以协助分解通道706中存在的或流经的流体或流体的组成。
[0224]图11 (a)显示了构成本发明第九种实施方式的大体上标记为802的流体管道纵向截面图。图11的流体管道802与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道802的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“800”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图11 (a)的流体管道802包括壁804,壁804限定了流体流动的通道806。流体管道802还包括腔体构件824,腔体构件824嵌入在壁804中,以限定用于电磁场的腔体826。图11 (a)的流体管道802与图1至图3的流体管道2的不同之处在于,流体管道802包括两个嵌入到壁804中的额外的腔体构件889和890。腔体构件824,889和890沿通道806轴向地间隔开。如图11 (b)所示,腔体构件824,889和890分别关于通道806的轴线807定位,以具有均匀的角度分布,其中,每一个腔体构件824,889,890与相邻的腔体构件824,889,890成120°地隔开。腔体构件824,889,890的这种设置可提高灵敏度,这样可能分解通道706中存在的或流经的流体或流体组成的。
[0225]图12显示了管道的部分的纵向截面图,该管道包括两个分别具有扩大的凸缘995和996的管段991和992、大体上标记为902的流体管道,大体上标记为993和994的两个额外的流体管道。图12的流体管道902与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道902的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“900”递增。和图1至图3的流体管道2一样,图12的流体管道902包括壁904,壁904限定了用于流体流动的通道906。流体管道902还包括腔体构件924,腔体构件924嵌入在壁904中,以限定用于电磁场的腔体926。流体管道902,993和994沿通道906轴向地隔开,并具有关于通道906的轴线907的大体上相同的定位。流体管道902,993和994彼此不同之处仅在于每一个流体管道902,993和994被转动,以在不同的频率时或在不同的频率的范围内谐振。这可以通过为每一个流体管道902,993和994设置不同构造的腔体构件或向每一个流体管道902,993和994设置不同构造或组份的壁来实现。这样的管道可提高解析通道906中存在的或流经的流体或流体组成的灵敏度。另外或可选择地,当与仅包括例如流体管道902的单个流体管道的管道相比时,这样的管道可有助于感应、确定和/或测量通道906中存在的或流经的流体的一种或多种附加的流体成分。
[0226]图13显示了管道的部分的纵向截面图,该管道包括两个分别具有扩大的凸缘1095和1096的管段1091和1092、以及大体上标记为1002的流体管道。流体管道1002具有沿流体管道1002的长度延伸的通孔1097,以连接至管段1091和1092的扩大的凸缘1095和1096。通孔1097的这种设置是有利的,因为它避免了在流体管道1002的端部形成用于连接至管段1091和1092的凸缘的需求。
[0227]图14显示了管道的部分的纵向截面图,该管道包括两个分别具有标准尺寸凸缘1195和1196的标准尺寸的管段1191和1192、以及大体上标记为1102流体管道,流体管道1102具有标准尺寸的凸缘1112和1114,以连接至管段1191和1192的标准尺寸凸缘1195和1196。图14的流体管道1102与已经参考图1至图3描述的第一种实施方式的流体管道2具有许多相似特征。因此,流体管道1102的特征由用于流体管道2的相应特征的相同附图标记来表示,但该相同的附图标记从“1100”递增。和图1至图3的流体管道2 —样,图14的流体管道1102包括壁1104,壁1104限定了用于流体流动的通道1106。流体管道1102还包括腔体构件1124,腔体构件1124嵌入在壁1104中,以限定用于电磁场的腔体1126。但是,与图1至图3的流体管道2相比,图14的流体管道1102包括两个靠近凸缘1112和1114的大体上标记为1198的轴向端部,以及位于两个轴向端部1198之间并大体上标记为1199的轴向中部。在轴向中部1199中,壁1104包括复合区1120和限定有通道1106的同质区1122。复合区1120包括聚醚醚酮(PEEK)的基体和多个嵌入在PEEK中的碳纤维(未明确示出)形式的增强元件。同质区1122包括PEEK,并且其不含或至少基本上不含任何微观水平上的增强元件。复合区1120和同质区1122中的聚醚醚酮材料限定了整体结构并在所述两个区之间连续地延伸。因此,可以认为整个壁1104是基体和增强元件的复合结构,其中,同质区1122基本上不含有增强元件。
[0228]在轴向端部1198,壁仅包括复合区1120。在轴向中部1199,壁1104的外径大于轴线端部1198的壁1104的外径,以使轴向中部1199可容纳同质区1122和嵌入在同质区1122中的腔体构件1124。这样的流体管道1102是有利的,因为它可以被连接在具有标准尺寸凸缘的标准尺寸管段之间,因而避免了对调整管段以允许流体管道1102连接的任何需要。
[0229]图15显示了管道的部分的纵向截面图,该管道包括两个分别具有扩大的凸缘1295和1296的标准尺寸的管段1291和1292、以及大体上标记为1202流体管道,流体管道1202具有凸缘1212和1214,以连接至管段1291和1292的扩大的凸缘1295和1296。图15的流体管道1202与图14的流体管道1102的不同之处在于,图15的流体管道1202要求管段1291和1292的凸缘1295和1296被扩大以允许连接流体管道1202的直径增大。例如,管段1291和1292的扩大的凸缘1295和1296可以通过在管段1291和1292的端部上焊接特大尺寸的凸缘部件来形成。
[0230]图16 (a)示例了本发明的一种可选择的实施方式,其中显示了大体上由附图标记1200标记的流体管道的横截面图。管道1200包括限定了流动路径1203的壁1202。壁1202由外部区1202a和内部区1202b形成,外部区1202a由包括嵌入在基体中的增强元件的复合材料形成,内部区1202b由基本上不含有增强元件的同质结构形成。同质区1202b可以由包括在外部复合区1202a中的基体材料形成,使得所述基体可以被认为限定了贯穿壁1202的整体结构。
[0231]部件1204在使得同质区1202b在部件1204和流动路径1203之间延伸的位置嵌入在管道1200的壁1202中。该部件可以被设置成向流动路径1203传递能量和/或从流动路径1203接收能量,其中,同质区1202b限定了传递路径。也就是说,同质区1202b中不存在增强纤维可以允许能量以最小的干扰传递。
[0232]在图示的实施方式中,部件1204限定了收发器并设置成发送和接收能量。例如,能量可以被传递到流动路径1203中并穿过流动路径中包含的或流经的流体,然后再被部件1204接收。接收到的能量可以被用于确定流体的特性,例如它的组成、类型、流量、质量流率等等。例如,能源的特征或要素,例如振幅、频率、波长等可以被流体改变,用这样的改变可以表示流体的特性。
[0233]可选择地,部件1204可设置仅发送能量以有目的性地改变流体的特性,例如促进不同组分的分离、加热流体等等。
[0234]在一个改变的实施方式中,如图16 (b)所示,部件1204可以被设置成发送或接收能量,其中,内部工具120可以被设置在流动路径1203内,以接收或传递能量。
[0235]在一个进一步改变的实施方式中,如图16 (C)所示,管道1200可以包括多个元件1204a,1204b,以适当的传输和接收能量。为了说明一个可能的改变的实施方式,部件(该实施方式中的1204b)可以完全嵌入到内部的同质区1202b中。
[0236]在图16 (a)到图16 (C)显示的实施方式中,管道的壁包括内部区和外部区。然而,图16 (d)显示了对此的一种替换方式,附图标记现在被引入。导管,大体上由附图标记1300来标记,包括壁1302和部件1304,壁1302限定了流动路径1303,部件1304嵌入到壁1302中。壁1302被构造成包括复合区1302a,复合区1302a包括嵌入到基体中的增强元件。壁1302还包括同质区或同质段1302b,同质区或同质段1302b基本上不含增强元件并且仅大体在部件1304和流动路径1303之间延伸。同质区1302b可以由包括在复合区1302a中的基体材料形成,使得所述基体可以被认为限定了贯穿壁1302的整体结构。
[0237]图16 (a)到(d)所示的多种实施方式中,所述部件可以包括换能器、传感器、接收器、发射器、收发器、天线和产生特征件中的至少一个。该部件可设置成传输和/或接收声能、电磁能等等。
[0238]本领域技术人员应当理解的是,流体管道上述实施方式的各种修改是可能的,其并不脱离本发明的范围。例如,除了在第一端8和第二端10之间沿流体管道2的长度轴向地部分方式地延伸,腔体构件24可沿流体管道2的整个长度轴向地延伸。
[0239]图1至图3的腔体构件24的突出部30可以具有除了圆柱形的几何结构。例如,突出部30可以具有图3中所示的均匀的横截面,并轴向地延伸。
[0240]正反馈装置可以包括负电阻,以代替图1至图6的第一到第四种实施方式中的RF放大器和限幅器的串联设置。
[0241]在图5的第二实施方式的变形,RF放大器236的输入端240可连接至存根耦合器250,限幅器238的输出端248可连接至感应线圈耦合器276。
[0242]在另一个实施方式中,例如腔体构件的限制特征件可以被嵌入在流体管道的壁的同质区中,以限定用于声场的腔体。另外或可选地,该限制特征件可以包括形成在所述壁的同质区的中空部。正反馈装置可以包括电子放大器装置和声换能器,电子放大器装置用于放大处于声频的电子信号,声换能器用于将电子信号变换为耦合到通道中声场的声信号,以与通道中存在的或流经的流体产生相互作用。该电子信号可以被输入到一个解调器,以提供代表声腔的谐振频率的输出信号和代表声腔中损失的输出信号。
[0243]在其它实施方式中,例如腔体构件的限制特征件或中空部可以被嵌入到流体管道的壁的同质区中,以限定用于声场的腔体。另外或可选地,该限制特征件可以包括形成在壁的同质区中的中空部。声源可连接至通道中的声场,以与通道中的流体相互作用。这样的实施方式可以被用来向通道中存在的或流经的流体提供声能,尤其是,可以有用地用于搅拌流体。这可能有利于混合流体、击碎流体中的任何夹带固体和/或去除流体管道的通道中沉积的任何污染物或夹带固体。
[0244]在图11 (a)和(b)的第九种实施方式的变形中,除了包括三个腔体构件824,889和890,流体管道802可以包括更多或更少的腔体构件。例如,流体管道802可以包括彼此轴向分离的两个腔体构件。该两个腔体构件可以相应于彼此关于轴线807成角度设置。例如,这两个腔体构件可以相应于彼此关于轴线807成90°的角度设置。
【权利要求】
1.一种流体管道,该流体管道用于向存在于或流经该流体管道的流体传递能量,所述流体管道包括: 壁,该壁限定流体流动路径,且包括复合材料,该复合材料至少由基体和一个或多个嵌入到该基体中的增强元件形成;以及 限制特征件,该限制特征件设置在所述壁中,且被设置成限制腔体中的能量,其中,所述流体流动路径的至少一部分延伸穿过所述腔体。
2.根据权利要求1所述的流体管道,其中,所述基体材料限定有整体结构。
3.根据权利要求1或2所述的流体管道,其中,所述增强元件的分布和密度在所述基体中是变化的。
4.根据权利要求1、2或3所述的流体管道,其中,所述增强元件的密度随与所述流体流动路径的距离的增加而增加。
5.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述壁的靠近所述流体流动路径的区域基本上不含有增强元件。
6.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述壁的位于所述限制特征件和所述流体流动路径之间的区域基本上不含有增强元件。
7.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述壁包括在所述限制特征件和所述流体流动路径之间延伸的惰性区域,其中,所述惰性区设置成传递通过该惰性区域的倉tfi。
8.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述壁包括在所述限制特征件和所述流体流动路径之间延伸的同质区域,其中,所述同质区域在微观水平上基本上是同质的。
9.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述腔体构件至少部分地封闭或嵌入在所述壁的所述复合材料中。
10.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述限制特征件设置成限定电磁能、电能、磁能、电磁场、电场和/或磁场。
11.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述限制特征件设置成限制无线电频率、紫外光频率、光学频率、毫米波频率和/或微波频率的电磁能量和/或无线电频率、紫外光频率、光频率、毫米波频率和/或微波频率的电磁场。
12.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述限制特征件设置成限制声能、声场和/或放射性发射。
13.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述限制特征件设置成部分地、基本上或全部地限制所述腔体中的能量。
14.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述限制特征件至少部分地限定所述腔体。
15.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述限制特征件至少部分地围绕所述流体流动路径。
16.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述限制特征件包括金属。
17.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述限制特征件包括腔体构件,该腔体构件与所述壁独立地形成。
18.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述腔体设置成在预定的频率时谐振或超过频率的预定范围时谐振。
19.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,该流体管道包括连接部件,该连接部件用于向所述腔体耦合能量和/或从所述腔体耦合能量。
20.根据权利要求19所述的流体管道,其中,所述连接部件至少部分地凹入、封闭或嵌入到所述壁中。
21.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述壁设置成在所述限制特征件和所述流体流动路径之间传递能量。
22.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述壁设置成对所述限制特征件和所述流体流动路径之间的能量传递具有可忽略的或相对不显著的影响。
23.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述壁设置成以已知或可量化的方式影响所述腔体中的能量场。
24.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述壁在微观水平上基本上是同质的。
25.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述基体包括聚合物材料、热塑性材料、热固性材料、聚芳醚酮、聚芳基酮、聚醚酮(PEK)、聚醚醚酮(PEEK),聚碳酸酯、聚合物树脂和/或环氧树脂中的至少一者。
26.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,其中,所述增强元件包括连续的单元、不连续的单元、线、细丝、纳米管、纤维、聚合物纤维、芳族聚酰胺纤维、非聚合的纤维、碳纤维、玻璃纤维和/或玄武岩纤维。
27.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,该流体管道包括用于产生能量的装置。
28.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,该流体管道包括正反馈装置。
29.根据权利要求28所述的流体管道,该流体管道包括通过所述腔体和所述正反馈装置限定的振荡器。
30.根据权利要求29所述的流体管道,该流体管道包括输出端,该输出端设置成提供根据谐振频率的数值和/或所述振荡器的损失的数值而变化的信号。
31.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,该流体管道包括能量源、电磁能量源、声能量源和/或放射性源。
32.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,该流体管道包括至少部分地凹入、封闭或嵌入到所述流体管道的所述壁内的温度传感器和压力传感器中的至少一者。
33.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,该流体管道包括设置成感应所述流体流动路径中的流速的传感器。
34.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,该流体管道包括所述壁内的多个限制特征件,每一个限制特征件设置成限制相应腔体中的能量,其中,每一个腔体被设置成在不同的频率时谐振或超过频率的不同范围时谐振。
35.根据上述权利要求任一项所述的流体管道,该流体管道包括一个或多个沿所述流体管道的长度延伸的通孔,所述通孔设置成通过延伸穿过所述通孔的紧固件而将所述流体管道连接至位于所述流体管道任意端的对应的管段。
36.一种流体管道,该流体管道包括:壁,该壁限定流体流动路径,且包括至少由基体和一个或多个嵌入到所述基体中的增强元件形成的复合材料;以及 部件,该部件至少部分地嵌入在所述壁中,且设置成向所述流体流动路径传递能量和/或从所述流体流动路径接收能量, 其中,所述壁的位于所述部件和所述流体流动路径之间的区域基本上不含有增强元件,以限定在所述流体流动路径和所述部件之间的用于能量的传递路径。
37.根据权利要求36所述的流体管道,其中,所述基体材料限定整体结构。
38.根据权利要求36或37所述的流体管道,其中,所述部件包括换能器、传感器、接收器、发射器、收发器、天线和限制特征件中的至少一者。
39.根据权利要求36、37或38所述的流体管道,该流体管道包括多个部件,该多个部件至少部分地嵌入在所述壁内。
40.根据权利要求39所述的流体管道,其中,一个部件设置为传递能量,另一个部件设置为接收能量。
41.一种用于流体的管道,该管道包括: 一个或多个管段;以及 根据上述权利要求任一项 所述的流体管道。
【文档编号】G01N29/22GK103703358SQ201280033993
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年5月10日 优先权日:2011年5月10日
【发明者】M·P·W·琼斯, C·A·塔夫勒, A·D·帕克, J·F·格雷格 申请人:麦格玛环球有限公司