УЛЬТРАЗВУКОВОЙ РАСХОДОМЕР ГАЗА

Область техники
Полезная модель относится к технике измерения объемного расхода газа и может быть применена для коммерческого учета расхода на газопроводах большого диаметра.
Уровень техники
Известен выбранный в качестве прототипа ультразвуковой газовый расходомер Вымпел-500, который содержит трубчатый корпус, имеющий измерительный участок, на котором в бобышках, приваренных к трубчатому корпусу, попарно установлены обратимые ультразвуковые преобразователи [каталог продукции научно-производственной фирмы «Вымпел», электронный ресурс http://http.//www.npovympel.ru].
Трубчатый корпус прототипа снабжен торцевыми фланцами для соединения с трубой газопровода и предназначен для монтажа между прямыми участками газопровода.
Прототип обеспечивает погрешность измерения, достаточную для коммерческого учета расхода газа в трубопроводах с внутренним диаметром до 700 мм.
Недостаток прототипа - повышенная погрешность измерений расхода на трубопроводах диаметром более 700 мм, обусловленная недостаточной жесткостью трубчатого корпуса расходомера и отклонениями внутреннего сечения трубчатого корпуса расходомера и примыкающих к нему прямых участков трубы газопровода от формы идеального круга. Это ограничивает возможность применения прототипа для коммерческого учета расхода в газопроводах диаметром более 700 мм и, в частности, в магистральных газопроводах диаметром 1400 мм.
Сущность полезной модели
Технический результат полезной модели - повышение точности измерения расхода газа в трубах большого диаметра (до 1400 мм).
Предлагаемый расходомер содержит трубчатый корпус, на измерительном участке которого попарно установлены обратимые ультразвуковые преобразователи, при этом указанный измерительный участок охвачен жестким бандажом в форме обечайки, а трубчатый корпус снабжен двумя прямыми торцевыми участками.
Развитие полезной модели состоит в том, что последовательно с указанным измерительным участком размещен второй измерительный участок, охваченный жестким бандажом в форме обечайки.
Еще одно развитие полезной модели состоит в том, что прямые торцевые участки выполнены безфланцевыми и предназначены для соосного сварного соединения с трубой газопровода.
Осуществление полезной модели с учетом ее развитей
На фигуре показан заявляемый расходомер.
Трубчатый корпус 1 имеет измерительные участки 2 и 3, последовательно (по потоку газа) установленные в центральной части корпуса 1, и прямые торцевые участки 4 и 5. При монтаже расходомера участки 4 и 5 соосно свариваются с трубой газопровода.
На участках 2 и 3 попарно установлены обратимые ультразвуковые преобразователи.
Каждый из измерительных участков 2 и 3 охвачен жестким стальным бандажом 7 в форме обечайки.
Каждый измерительный участок 2 и 3 может содержать одну или несколько пар обратимых ультразвуковых преобразователей, установленных в бобышках 6, приваренных к трубчатому корпусу 1. В частности каждый измерительный участок может по аналогии с прототипом содержать восемь пар обратимых ультразвуковых преобразователей, образующих восемь хордовых измерительных каналов, расположенных по четыре канала в двух взаимно перпендикулярных измерительных плоскостях, наклоненных к оси трубчатого корпуса под углом 45°.
Ультразвуковые преобразователи каждого измерительного участка подключены к электронному блоку 8 обработки по цифровому интерфейсу (например, RS 485) и работают аналогично прототипу в режиме взаимного дублирования (например, с усреднением измеренных расходов) или резервирования.
Расходомер работает под управлением электронного блока 8 обработки следующим образом.
2
Обратимые ультразвуковые преобразователи хордовых каналов, направленных под углом 45° к оси трубчатого корпуса 1 (и следовательно, к направлению потока), работают попеременно в качестве передатчиков и приемников. Блок обработки измеряет время прохождения ультразвука по направлению потока и против него и, исходя из длины L каждого хордового канала, определяет соответствующие скорости распространения ультразвука. Объемный расход Q определяется как произведение разности этих скоростей V и площади сечения расходомера по формуле Q=VπD/4, где D - диаметр трубчатого корпуса 1. Использование нескольких хордовых каналов позволяет учесть неравномерность профиля скорости по сечению потока.
Искажения и колебания геометрических параметров (L и D) в измерительных участках 2 и 3 корпуса 1 приводят к погрешностям измерений расхода. Использование бандажей 7 повышает жесткость этих участков корпуса (и соответственно уменьшает указанные погрешности) без увеличения толщины всего корпуса.
Наличие прямых торцевых участков 4 и 5, длина которых может быть выбрана в диапазоне (0,5÷1,5)D, по обе стороны от расположенных в центральной части корпуса 1 измерительных участков 2 и 3 способствует уменьшению неравномерности профиля скоростей и турбулентности потока, делая его более ламинарным. При этом, в отличие от искажений геометрии сечения прямых участков газопровода, искажения геометрии сечений прямых участков расходомера автоматически учитываются при его калибровке.
Показания расхода, полученные на измерительных участках 2 и 3, могут усредняться в блоке 8.
Выполнение прямых торцевых участков 4 и 5 без фланцев с возможностью соосного сварного соединения с трубой газопровода упрощает монтаж заявляемого расходомера в газопроводы большого диаметра.
Как видно из изложенного, систематическая погрешность измерений расхода снижается в результате:
- уменьшения отклонений внутреннего сечения каждого измерительного узла от формы идеального круга за счет использования бандажей 7, повышающих жесткость корпуса 1 на измерительных участках 2 и 3;
- уменьшения зависимости показаний расходомера от искажений геометрии примыкающих участков трубы газопровода, за счет наличия у расходомера собственных прямых торцевых участков 4 и 5 фиксированной геометрии, искажения которой автоматически учитываются при калибровке расходомера.
Наличие двух последовательно размещенных измерительных участков позволяет дополнительно снизить общую погрешность измерения расхода за счет уменьшения ее случайной составляющей с помощью статистической обработки, например усреднения, показаний расхода, полученных на измерительных участках 2 и 3.
Проведенные эксперименты показали, что использование предлагаемого расходомера в магистральном газопроводе диаметром 1400 мм позволило вдвое повысить точность измерения расхода.