НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ ПОВЕРОЧНЫЙ ПРИБОР И СПОСОБ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ
LOW-TEMPERATURE CALIBRATION DEVICE AND METHOD OF ITS APPLICATION

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
[0001] Данная заявка претендует на приоритет согласно предварительной заявке США №61/547547, поданной 14 октября 2011 г., под названием «Низкотемпературный поверочный прибор и способ контроля» (Low Temperature Prover and Method).
ЗАЯВЛЕНИЕ ОБ ИССЛЕДОВАНИЯХ ИЛИ РАЗРАБОТКАХ, ФИНАНСИРУЕМЫХ ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА
[0002] Не применяется
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] После извлечения углеводородов из грунта поток текучей среды (такой как сырая нефть или природный газ) транспортируется с места на место по трубопроводам. Желательно точно знать количество текучей среды, проходящей в потоке, и особая точность требуется там, где текучая среда переходит в другие руки, или при «передаче потребителю». Передача потребителю может происходить на измерительной станции или платформе фискальной передачи текучей среды, которая может включать ключевые компоненты передачи, такие как измерительное устройство или расходомер, контрольное устройство, связанные трубы и клапаны, и электрические элементы управления. Измерение потока текучей среды, протекающей через всю подающую трубопроводную систему, начинается с расходомера, который может включать турбинный расходомер, объемный расходомер, ультразвуковой расходомер, расходомер Кориолиса или вихревой расходомер.
[0004] Расходные характеристики потока текучей среды могут изменяться во время доставки продукта, что может наносить ущерб точности измерений доставляемого продукта. Как правило, изменения давления, температуры и расхода подтверждаются посредством вмешательства оператора. Эти изменения представлены в виде изменений расходных характеристик и, как правило, проверяются оператором через результаты изменений и их влияние на измерительное устройство. Обычно эта проверка выполняется с помощью поверки расходомера контрольным устройством или поверочным прибором. Калиброванный поверочный прибор, примыкающий к измерительному устройству на платформе и сообщающийся по текучей среде с измерительным устройством, отбирает калиброванные объемы жидкости, проходящей через поверочный прибор, которые сравниваются с объемами материала, проходящего через измерительное устройство. Если имеются статистически значимые различия между сравниваемыми объемами, объем материала, проходящего через измерительное устройство, корректируется для отображения фактического протекающего объема, определяемого поверочным прибором.
[0005] Поверочный прибор имеет точно известный объем, который откалиброван для известных и принятых норм точности, таких как предусмотренные Американским нефтяным институтом (API) или международными принятыми стандартами ISO. Точно известный объем поверочного прибора может быть определен как объем продукта между двумя выключателями индикатора, который вытесняется при проходе вытеснителя, такого как эластомерная сфера или поршень. Известный объем, который вытесняется поверочным прибором, сравнивается с объемом, прошедшим через расходомер. Если сравнение дает объемную разность, равную нулю или приемлемое отклонение от него, считается, что расходомер является точным в пределах приемлемых допусков. Если объемная разность превышает допустимые пределы, это является свидетельством того, что расходомер, возможно, неточный. Тогда объем материала, проходящего через расходомер, может корректироваться для отображения фактически протекающего объема, определяемого поверочным прибором. Корректировка может выполняться с помощью поправочного коэффициента расходомера.
[0006] Одним из типов расходомера является измеритель импульсного выходного сигнала, который может включать турбинный расходомер, объемный расходомер, ультразвуковой расходомер, расходомер Кориолиса или вихревой расходомер. В качестве примера, на фиг. 1 показана система 10 для поверки расходомера 12, такого как турбинный расходомер. Турбинный расходомер, основанный на вращении конструкции, аналогичной турбине, в потоке текучей среды 11, генерирует электрические импульсы 15, где каждый импульс пропорционален объему, а частота импульсов пропорциональна объемному расходу. Объем расходомера 12 может быть связан с объемом поверочного прибора 20 посредством проточного вытеснителя в поверочном приборе 20. Главным образом, вытеснитель принудительно перемещается вначале мимо расположенного выше по потоку индикатора 16, а затем расположенного ниже по потоку индикатора 18 в поверочном приборе 20. Объем между индикаторами 16, 18 является калиброванным объемом поверочного прибора. Проточный вытеснитель вначале активирует или отключает индикатор 16, так что время пуска t16 отображается на обрабатывающем устройстве или компьютере 26. Затем обрабатывающее устройство 26 улавливает импульсы 15 от расходомера 12 посредством сигнальной линии 14. Проточный вытеснитель, наконец, отключает индикатор 18, чтобы отобразить время остановки t18 и, таким образом, серию 17 уловленных импульсов 15 для одного прохода вытеснителя. Количество 17 импульсов 15, генерируемых турбинным расходомером 12 во время одного прохода вытеснителя в обоих направлениях через калиброванный объем поверочного прибора, является индикативным для объема, измеренного расходомером в течение периода от времени t16 до времени t18. Для достижения объема поверочного прибора требуется множество проходов вытеснителя. Путем сравнения объема поверочного прибора с объемом, измеренным расходомером, расходомер может быть откорректирован для прошедшего объема, который определен поверочным прибором.
[0007] На фиг. 2 показана другая система 50 для поверки ультразвукового расходомера 52, используя метод времени прохождения. Система 50, кроме того, содержит поверочный прибор 20 и обрабатывающее устройство 26. "Ультразвуковой" означает, что ультразвуковые сигналы передаются назад и вперед через поток 51 текучей среды, и на основе различных характеристик ультразвуковых сигналов может быть рассчитан поток текучей среды. Ультразвуковые расходомеры генерируют данные расхода в пакетах, где каждый пакет содержит множество наборов ультразвуковых сигналов, передаваемых назад и вперед через текучую среду, и таким образом каждый пакет охватывает период времени (например, одна секунда). Расход, определенный расходомером, соответствует среднему расходу за период времени пакета, а не расходу в конкретный момент времени.
[0008] В конкретном варианте реализации поверочного прибора 20 и со ссылками на фиг. 3 показан поршневой или компактный поверочный прибор 100. Поршень 102 соответственно расположен в расходомерной трубке 104. Труба 120 передает поток 106 из главного трубопровода к впускному отверстию 122 расходомерной трубки 104. Поток 108 текучей среды принуждает поршень 102 перемещаться через расходомерную трубку 104, и поток, в конечном счете, выходит из расходомерной трубки 104 через выпускное отверстие 124. Расходомерная трубка 104 и поршень 102 могут также соединяться с другими компонентами, такими как пружинный ресивер 116, который может иметь смещающую пружину для тарельчатого клапана в поршне 102. Камера 118 может также соединяться с расходомерной трубкой 104 и поршнем 102, имеющим оптические переключатели для обнаружения положения поршня 102 в расходомерной трубке 104. Гидравлический насос и двигатель 110 также показаны в соединении с гидравлической линией 120 и ресивером 116. Гидравлический резервуар 112, регулирующий клапан 114 и гидравлическая нагнетательная линия 126 также показаны в соединении с ресивером 116. Как будет показано ниже, поршень 102 может быть адаптирован в соответствии с принципами, изложенными в настоящем документе.
[0009] В некоторых случаях текучие среды, проходящие по трубопроводам (главные трубопроводы и трубопроводы измерительной станции), поддерживаются при низких температурах. Использованные здесь низкие температуры, например, составляют, главным образом, меньше чем -50°F, как вариант, меньше чем -60°F, как вариант, меньше чем -220°F и, как вариант, меньше чем -250°F. Эти низкие температуры могут, кроме того, упоминаться как очень низкие температуры или криогенные температуры. Примеры текучих сред, поддерживаемых при низких температурах, включают сжиженный природный газ (LNG), сжиженный нефтяной газ (LPG) и жидкий азот. Низкие температуры измеряемых текучих сред приводят к многочисленным проблемам, таким как непригодность чувствительных элементов поверочного прибора, износ компонентов, таких как уплотнения, и пониженное смазывание внутренней поверхности расходомерной трубки для низкотемпературных текучих сред, которые проявляют свойство несмазываемости. Углеродистая сталь отрицательно реагирует на низкотемпературный продукт, проходящий по трубопроводу.
[0010] Для решения этой задачи расходомеры, действующие при очень низких температурах, поверяются с помощью непрямых методов поверки. Главным образом, непрямая поверка выполняется с помощью поверки расходомера, подходящего для службы при очень низких температурах, используя поверочный прибор, который не рассчитан на службу при очень низких температурах. Вначале текучая среда, как правило, вода, протекает через поверочный расходомер, и поверочный расходомер поверяется обычным способом для установления коэффициента пересчета поверочного расходомера. Затем поверочный расходомер используется при фактической низкой температуре текущего продукта для получения коэффициента пересчета для расходомера, измеряющего низкотемпературный продукт. Следовательно, поверочный расходомер калибруется, используя текучую среду, непохожую на действительный продукт, передаваемый через расходомер (по меньшей мере, в отношении плотности), что приводит к неправильным результатам в реальном расходомере продукта, подлежащем калибровке.
[0011] Таким образом, существует необходимость в поверочном приборе, адаптированном для очень низких температур, по меньшей мере, для увеличения стойкости поверочного прибора и для обеспечения прямой поверки очень низкотемпературных продуктов.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0012] Для подробного описания иллюстративных вариантов реализации, теперь ссылки будут сделаны на прилагаемые чертежи, на которых:
[0013] На фиг. 1 приведено схематическое представление системы для поверки расходомера, такого как турбинный расходомер.
[0014] На фиг. 2 приведено схематическое представление другой системы для поверки расходомера, такого как ультразвуковой расходомер.
[0015] На фиг. 3 приведено схематическое представление поверочного прибора поршневого типа двустороннего действия.
[0016] На фиг. 4 приведен вид в перспективе поршня в соответствии с изложенными здесь принципами.
[0017] На фиг. 5 приведен вид сбоку поршня по фиг. 4.
[0018] На фиг. 6 приведен поперечный разрез поршня по фиг. 4 и 5.
[0019] На фиг. 7 приведена схема поршня в расходомерной трубке поверочного прибора в соответствии с изложенными здесь принципами.
[0020] На фиг. 8 приведена схема альтернативного варианта реализации поршня и поверочного прибора по фиг. 7.
[0021] На фиг. 9-15 приведено схематическое представление альтернативного поверочного прибора поршневого типа двустороннего действия, включая варианты реализации системы ожидания пуска поршня, в соответствии с принципами, раскрытыми в настоящем документе.
[0022] На фиг. 16 приведено схематическое представление альтернативного поверочного прибора поршневого типа двустороннего действия, включая варианты реализации системы обнаружения утечки уплотнения, в соответствии с принципами, раскрытыми в настоящем документе.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0023] В следующих чертежах и описании похожие детали обычно обозначены одинаковыми ссылочными номерами по всему описанию и чертежам. Изображения на чертежах необязательно выполнены в масштабе. Определенные отличительные признаки изобретения могут быть показаны увеличенными в масштабе или в несколько схематичном виде, и некоторые детали обычных элементов могут не быть показаны в интересах ясности и краткости. Настоящее изобретение допускает варианты реализации различных видов. Конкретные варианты реализации описаны подробно и показаны на чертежах с пониманием того, что настоящее описание должно рассматриваться как иллюстрация принципов изобретения и не предназначено для ограничения раскрытия тем, что проиллюстрировано и описано в настоящем документе. Следует полностью сознавать, что для получения желаемых результатов различные принципы вариантов реализации, описанные ниже, могут быть использованы отдельно или в любом подходящем сочетании.
[0024] Если не указано иное, в следующем описании и в пунктах формулы термины «включающий» и «содержащий» используются в не имеющем ограничительного характера смысле, и поэтому должны толковаться в значении «включающий, помимо прочего …». Любое использование в любом виде терминов «подключить», «взаимодействовать», «соединить», «прикрепить» или любых других терминов, описывающих взаимодействие между элементами, может также включать непрямое взаимодействие между описанными элементами. Термин «текучая среда» может относиться к жидкости или газу и не является исключительно связанным с каким-либо конкретным типом текучей среды, таким как углеводороды. Термины «труба», «канал», «линия» или другие относятся к любым средствам передачи текучей среды. Различные характеристики, упомянутые выше, а также другие признаки и характеристики, описанные более подробно ниже, будут более понятны специалисту в данной области после прочтений следующего подробного описания вариантов реализации и по ссылкам на прилагаемые чертежи.
[0025] Варианты реализации, описанные в настоящем документе, включают поверочный прибор, такой как поверочный прибор поршневого типа, который адаптирован для использования с низкотемпературными текучими средами. Такой поверочный прибор может упоминаться как криогенный поверочный прибор. В частности, поверочный прибор используется с текучими средами при низких температурах, меньших чем -50°F. Конкретнее, поверочный прибор используется с текучими средами при низких температурах, меньших чем -200°F. Здесь представлены различные сочетания компонентов и принципов, которые предусматривают криогенный поверочный прибор или способы прямой поверки жидкостей при низких температурах. Например, чувствительный элемент в поверочном приборе усовершенствован для низких температур, например, регулирование компонентов материала или сменные чувствительные элементы. В некоторых вариантах реализации, чистота внутренней поверхности расходомерной трубки улучшена для смазывания не смазывающими продуктами в виде сжиженного природного газа и сжиженного нефтяного газа. В следующих вариантах реализации, предусмотрено поршневое поворотное устройство для предотвращения повреждения поршневых уплотнений.
[0026] Обращаясь вначале к фиг. 3, поверочный прибор 100 может, как вариант, включать детекторный элемент или мишень-кольцо 130, которое может использоваться в различных местах вдоль длины по оси поршня 102. Расходомерная трубка 104 включает чувствительный элемент 128, который также может использоваться в различных местах вдоль длины по оси расходомерной трубки 104, для обнаружения прохождения мишени-кольца 130. Мишень-кольцо 130 представляет собой инициатор отключения для входа в калиброванное измерительное сечение расходомерной трубки 104 поверочного прибора 100 и выхода из него. При очень низких температурах соответствующая связь между чувствительным элементом 128 и мишенью-кольцом 130 находится под отрицательным влиянием, например, из-за непригодности индикатора 128 или материалов мишени-кольца 130 при очень низких температурах.
[0027] Со ссылками на фиг. 4 показан вариант реализации поршня 202 поверочного прибора. Поршень 202 может использоваться в ряде поверочных приборов, таких как поверочный прибор 100. Поршень 202 особенно подходит для поверочного прибора двустороннего действия. Поршень 202 включает корпус 230 с концами 206, 208. Средняя часть корпуса 230 включает соединенное с ним кольцо 210. Внутренняя часть корпуса 230 поршня включает внутреннюю поверхность 212 с диском 214, проходящим через нее, главным образом, перпендикулярно продольной оси поршня 202. Первый комплект лопаток 216 проходит от диска 214. Лопатки 216, главным образом, проходят перпендикулярно диску 214, но также под углом к диску 214, так что лопатки могут принимать текучую среду, действующую на диск 214, и переориентировать усилие, приложенное к диску 214. Угол наклона лопаток относительно диска 214 варьируется. В некоторых вариантах реализации второй комплект лопаток аналогично располагается на противоположной стороне диска 214 для выполнения той же функции в режиме двустороннего действия.
[0028] Ссылаясь на фиг. 5, показан вид сбоку поршня 202, отображающий корпус 230, имеющий концы 206, 208 и кольцо 210.
[0029]В некоторых вариантах реализации кольцо 210 является мишенью-кольцом, связанным с поршнем 202. В некоторых вариантах реализации кольцо 210 содержит материалы, обладающие магнитными свойствами. В некоторых вариантах реализации кольцо 210 выполнено из материалов, которые не содержат углерода или содержат следы углерода. В иллюстративных вариантах реализации кольцо 210 выполнено из металла с большим коэффициентом усиления (μ). В иллюстративных вариантах реализации кольцо 210 выполнено из металлических компонентов HYMU или HYMU 80. В иллюстративных вариантах реализации кольцо 210 выполнено из различных сочетаний никеля, железа, меди и/или молибдена. Крепление мишени-кольца 210 к поршню 202 предназначено для обеспечения расширения и сжатия мишени-кольца 210, так что оно может расширяться и сжиматься, все еще поддерживая постоянную физическую связь, не превышая повторяемости одного к десяти тысячам.
[0030] Как показано на фиг. 7, расходомерная трубка 204, содержащая поршень 202, может включать магнитную воспринимающую катушку 232, смонтированную на ней. Поршень 202 установлен с возможностью перемещения и соответственно в проточном канале 224 расходомерной трубки 204, так что поршень 202 может проходить через магнитную воспринимающую катушку 232 в режиме двустороннего действия. Когда мишень-кольцо 210 проходит воспринимающую катушку 232, кольцо и катушка взаимодействуют по принципу магнитного сопротивления или индукции. Мишень-кольцо 210 создает поток магнитной или индуктивной силы, который воспринимается воспринимающей катушкой 232. Мишень-кольцо 210 проходит в предназначенной близости, называемой воздушным зазором, и вызывает отклонение существующего магнитного поля воспринимающей катушки 232. Изменение сопротивления или индукции результирующей магнитной цепи генерирует импульс напряжения, который затем передается к предварительному усилителю. Предварительный усилитель усиливает сигнал, который используется для запуска компьютера поверочного прибора, такого как раскрытый в настоящем документе, для улавливания импульсов расходомера от расходомера, который подлежит поверке.
[0031] В другом варианте реализации и как показано на фиг. 8, измерительный блок, включающий пару ультразвуковых приемопередатчиков 328, 330, смонтирован на расходомерной трубке 304 поршня или компактного поверочного прибора. Приемопередатчики 328, 330 могут также упоминаться как приемопередатчики сверхзвуковой скорости звука. Поршневой блок 302 может перемещаться в двух направлениях в проточном канале 324 расходомерной трубки 304. Приемопередатчики 328, 330 передают по прямой линии звуковой сигнал 332. Когда передняя кромка поршня 302, является ли она концом 306 или концом 308, выравнивается с приемопередатчиками 328, 330, сигнал 332 прерывается. Прерывание сигнала 332 запускает компьютер поверочного прибора, вызывая действие остальной части поверочного прибора и компьютера поверочного прибора в обычном режиме и в соответствии с изложенными здесь принципами. В дополнительных вариантах реализации приемопередатчики 328, 330 включают измерительные преобразователи линейных перемещений индуктивного типа, или адаптированы для передачи других прерываемых сигналов 332, таких как лазерный луч, луч СИД или радиолокационный луч.
[0032] Как показано на фиг. 7 и 8, проточные каналы 224 и 324 включают внутренние поверхности 226, 326, соответственно. Как правило, расходомерная трубка или гильза поверочного прибора содержит материал трубопровода, достаточно определенный применимыми техническими условиями на материал. Внутренняя отделка гильзы поверочного прибора, такая как на поверхностях 226, 326, обычно представляет собой пропитанную графитом эпоксидную смолу, нанесенную обычным методом распыления краски. Вследствие несмазываемости определенных углеводородных продуктов, подлежащих поверке, таких как бутан, пропан и сжиженный нефтяной газ, покрытие отделанных внутренних поверхностей способствует плавному перемещению поршня вытеснителя через поверяемую гильзу. Это является требованием для согласованной и точной поверки. Однако эти покрытия не подходят для пониженных температур, определенных в настоящем документе. Таким образом, поверхности 226, 326 по вариантам реализации, показанным на фиг. 7 и 8, включают высокое качество обработанной поверхности. Высокое качество обработки поверхностей 226, 326 позволяет микроскопической пленке продукта удерживаться на поверхностях 226, 326, таким образом, максимизируя уже низкую степень смазки, которая присуща продукту. В иллюстративных вариантах реализации высокое качество обработки, применяемой к поверхностям 226, 326, включает микронеровности примерно от 32 микродюймов до 16 микродюймов, получаемое хонингованием, фрезерованием или шлифованием.
[0033] Со ссылками на фиг. 6 показан поперечный разрез, выполненный вдоль длины по оси поршня 202 поверочного прибора. Корпус 230 поршня включает на его конце 206 первое кольцо 240, второе кольцо 242 и гнездо 244, в первую очередь, с целью сборки. Кольца 240, 242 обеспечивают альтернативные местоположения для мишени-кольца, устанавливаемого, как описано здесь, в дополнение к местоположению, описанному относительно мишени-кольца 210. Конец 206 и другой конец 208 включают уплотнения 248, 250, расположенные по окружности корпуса 230 поршня. Первый комплект лопаток 216 проходит в первом направлении от диска 214, а второй комплект лопаток 246 проходит во втором направлении, главным образом, противоположном первому направлению, для реализации перемещения в двух направлениях поршня 202. Кроме того, лопатки 216, 246 установлены под изменяемым углом, для обеспечения функций, описанных подробнее ниже.
[0034] Главным образом, уплотнения 248, 250 вытеснителя на поршне 202 обеспечивают герметичный барьер для предотвращения передачи продукта с одной стороны поршня 202 к другой. Конкретнее, уплотнения 248, 250 препятствуют утечке по поршню 202, когда поршень перемещается между переключателями индикатора поверочного прибора, гарантируя, что объем текучей среды, поверяемой во время прохождения, представляет точно и с повторяемостью калиброванный объем поверочного прибора. Уплотнения 248, 250 могут повреждаться по двум основным причинам. Первая - это трение прохода поршня через поверочный прибор во время нормального действия может со временем нарушать поверхность уплотнения. Продолжительность времени нарушения и разуплотнения определяется периодичностью поверочного прибора. Вторым фактором, который вносит вклад в износ поршневого блока, являются гравитационные силы на уплотнениях, вызванные весом поршня. Фокусирование на втором факторе может обеспечить преимущества.
[0035] Вращательное движение поршня вокруг его оси, приводящее к перемещению по спирали поршня 202 в расходомерной трубке, будет уменьшать коэффициент износа и продлевать срок службы уплотнений поршня. Поворотные лопатки 216, 246 обеспечивают вращательное или спиральное перемещение поршня 202. Введение потока перпендикулярно концу поршня будет поворачивать поршень в соответствии с переменным углом А лопаток. Упоры могут устанавливаться на концах поверочного прибора, соответствующих поршню, которые не загромождены лопатками. Упоры препятствуют деформации лопаток при остановке поршня в конце расходомерной трубки или гильзы поверочного прибора.
[0036] Изложенные здесь принципы включают способ прямой поверки расходомера, так что текучая среда, проходящая в расходомер, отводится прямо в поверочный прибор, несмотря на очень низкие температуры пребывания текучих сред, которыми невозможно управлять с помощью существующих поршневых и компактных поверочных приборов. Текучая среда может направляться через поверочный прибор, а затем ниже по потоку в трубопровод, который вновь вводит продукт в несущий трубопровод. Хотя и не часто, поверочный прибор иногда располагается выше по потоку от расходомера, так что поток направляется в поверочный прибор, а затем течет через расходомер. Назначением поверочного прибора является создание известного объема для сравнения с указанным объемом расходомера. Затем два объема стандартизируются, используя поправочные коэффициенты для параметров температуры, давления и плотности для продукта, чтобы установить коэффициент пересчета. Коэффициент пересчета выводится путем деления объема текучей среды, прошедшего через расходомер (определенного объемом поверочного прибора при поверке), на соответствующий указанный расходомером объем. Объем поверочного прибора является объемом, перемещенным между переключателями индикатора. Объем поверочного прибора устанавливается путем точного определения объема между переключателями индикатора (также называемый объемом поверочного прибора) по методу, называемому методом отбора воды, как описано Американским институтом нефтепродуктов.
[0037] Точность трубного поверочного прибора поршневого типа с двусторонним действием и всей измерительной станции при работе при температурах, меньших чем -50°F, и особенно при температурах, близких к -220°F, значительно зависит от ограничений в материалах компонентов. Клапан, такой как четырехходовой клапан, непригоден для управления направлением перемещения вытеснителя в поверочном приборе двустороннего действия для очень низких температур, и поэтому представляет другие типы поверочных приборов, используемых для службы при нормальной температуре и неработоспособных при очень низких температурах. Индикаторное воспринимающее кольцо и индикаторные устройства в поверочных приборах не подходят для службы при низкой температуре. Самосмазывающиеся покрытия для использования с не смазывающими продуктами, такими как LPG, не подходят для службы при низкой температуре. Описанные здесь варианты реализации решают эти и другие задачи.
[0038] Иллюстративные варианты реализации поверочного прибора для расходомера для низкотемпературных текучих сред включают впускное отверстие, выполненное для прямого соединения с трубопроводом, транспортирующим низкотемпературные текучие среды, выпускное отверстие, выполненное для прямого соединения с трубопроводом, транспортирующим низкотемпературные текучие среды, расходомерную трубку, подсоединенную между впускным и выпускным отверстием, и вытеснитель, обладающий возможностью перемещения в проточном канале расходомерной трубки, причем расходомерная трубка и вытеснитель выполнены для приема низкотемпературных текучих сред. В одном варианте реализации поверочный прибор, кроме того, включает магнитную воспринимающую катушку, соединенную с расходомерной трубкой, и магнитный элемент, соединенный с вытеснителем, сообщающимся с магнитной воспринимающей катушкой посредством магнитного сопротивления или индукции. Вытеснитель может представлять собой поршень, а магнитный элемент может быть мишенью-кольцом, охватывающим поршень. В другом варианте реализации поверочный прибор включает магнитную воспринимающую катушку, соединенную с расходомерной трубкой, и не содержащий углерода элемент мишени, соединенный с вытеснителем, сообщающимся с магнитной воспринимающей катушкой. В другом варианте реализации элемент мишени, соединенный с вытеснителем, содержит материал, имеющий следы углерода. В следующем варианте реализации поверочный прибор включает пару ультразвуковых приемопередатчиков, соединенных с расходомерной трубкой и передающих сигнал через проточный канал в расходомерной трубке, причем вытеснитель может перемещаться в проточном канале для прерывания сигнала.
[0039] В некоторых вариантах реализации проточный канал поверочного прибора включает внутреннюю поверхность, имеющую высокое качество обработки. Высокое качество обработки сохраняет микроскопическую пленку низкотемпературных текучих сред между внутренней поверхностью проточного канала и вытеснителем для смазки. Высота микронеровностей может находиться в диапазоне от 32 микродюймов до 16 микродюймов. Высокое качество обработки можно получить по меньшей мере одним из видов хонингования, фрезерования и шлифования внутренней поверхности. В других вариантах реализации вытеснитель включает лопатку, расположенную под углом относительно направления потока низкотемпературных текучих сред. Вытеснитель может представлять собой поршень, включающий комплект внутренних лопаток, проходящих вдоль продольной оси поршня и установленных под углом относительно оси. Лопатки вращают вытеснитель под влиянием потока низкотемпературных текучих сред.
[0040] Как показано на фиг. 9, поверочный прибор 400 поршневого типа двухстороннего действия проиллюстрирован и выполнен для использования с низкотемпературными текучими средами и оборудован средством «ожидания пуска поршня». Поверочный прибор 400 двухстороннего действия, главным образом, включает коллектор 414, участки 405 и 407 трубопровода, гильзу 412 поверочного прибора, имеющую первый конец 412а и второй конец 412b, перепускные участки 420 и 421 и u-образные участки 424 и 426. Коллектор 414 включает впускное отверстие 402 и выпускное отверстие 403, при этом впускное отверстие 402 и выпускное отверстие 403 выполнены для соединения прямо с трубопроводом, транспортирующим текучие среды, такие как низкотемпературные или очень низкотемпературные текучие среды. Коллектор 414, кроме того, включает пару впускных лопаток 404 и 406 и пару выпускных лопаток 416 и 418. Коллектор 414, посредством использования четырех независимых клапанов (впускные клапаны 404, 406 и выпускные клапаны 416, 418), выполнен так, чтобы обеспечивать обработку низкотемпературных текучих сред. Однако в других вариантах реализации поверочный прибор 400 двустороннего действия может включать четырехходовой клапан вместо коллектора 414 так, как в случае, когда поверочный прибор не требуется для прямой поверки низкотемпературных текучих сред.
[0041] С коллектором 414 соединены два участка 405 и 407, которые выполнены для создания сообщения по текучей среде между коллектором 414 и обоими u-образными участками 424, 426, и перепускными участками 420, 421. U-образный участок 424 подсоединен между участком 405 и первым концом 412а гильзы 412 поверочного прибора, тогда как u-образный участок 426 подсоединен между участком 407 и вторым концом 412b. Каждый из перепускных участков 420 и 421 включает перепускной клапан 422 и 423 и соединен с гильзой 412. В варианте реализации поверочного прибора 400, перепускной участок 420 соединен с гильзой 412 на расстоянии 420а от первого конца 412а, тогда как перепускной участок 421 соединен на расстоянии 421а от второго конца 412b. Таким образом, тогда как u-образные участки 424, 426 обеспечивают сообщение по текучей среде между участками 405, 407 и концами 412а, 412b гильзы 412 поверочного прибора, каждый из перепускных участков 420, 421 обеспечивает селективное сообщение по текучей среде между участками 405, 407 и местоположениями в гильзе 412 поверочного прибора, смещенными от концов 412а, 412b (т.е. местоположениями, расположенными на расстояниях 420а, 421а от концов 412а, 412b соответственно).
[0042] Гильза 412 поверочного прибора включает вытеснитель 410 поршневого типа, расположенный в ней и имеющий первый конец 410а и второй конец 410b. Гильза 412 поверочного прибора, кроме того, включает два индикатора 428, расположенных на известном расстоянии 412с друг от друга. Расстояние 412с и внутренний диаметр гильзы 412 учтены для калиброванного объема поверочного прибора 400. Таким образом, поверочный прибор 400 может генерировать коэффициент пересчета посредством прохождения вытеснителя 410 вдоль расстояния 412с между индикаторами 428, где прохождение передней стороны вытеснителя 410 (например, второй стороны 410b, когда вытеснитель 410 смещается ко второму концу 412b) отключает индикаторы 428, если вытеснитель 410 проходит через гильзу 412. В варианте реализации поверочного прибора 400, вытеснитель 410 включает элемент мишени, не содержащий углерода, и оба индикатора 428 содержат магнитные воспринимающие катушки, описанные ранее. Однако в других вариантах реализации вытеснитель 410 необязательно включает элемент мишени, не содержащий углерода, и индикаторы 428 могут включать другие виды индикаторов, такие как ультразвуковые преобразователи. Например, в другом варианте реализации элемент мишени может содержать материал, имеющий следы углерода.
[0043] Для обеспечения точности измерения калиброванного объема поверочного прибора весь объем текучей среды из потока текучей среды, проходящего через трубопровод, соединенный с коллектором 414, должен поступать во впускное отверстие 402 поверочного прибора 400 без обхода гильзы 412 поверочного прибора, например, из-за утечки через альтернативный канал текучей среды. Например, текучая среда, поступающая во впускное отверстие 402, может вытекать через выпускной клапан 416, 418. Поскольку существует период времени, известный как «время цикла», который имеет место, когда клапан (например, клапаны 404, 406, 416 и 418) переходит из закрытого состояния в открытое или из открытого состояния в закрытое, требуется предпусковой продолжительный период 408, чтобы обеспечить время до полного уплотнения выпускного клапана 416, перед тем как вытеснитель 410 пройдет индикатор 428. В связи с увеличением количества клапанов, используемых для впуска и выпуска текучей среды при использовании клапанного коллектора (например, коллектор 414) по сравнению с четырехходовым клапаном при поверке низкотемпературных текучих сред, период времени между инициированием закрывания соответствующего клапана выпускного отверстия (например, клапан 416 или 418, в зависимости от направления перемещения вытеснителя 410) и достижением полностью закрытого и уплотненного состояния увеличивается, что требует более продолжительного предпускового периода. Более продолжительный предпусковой период приводит к большей длине гильзы поверочного прибора, что может значительно увеличить общую стоимость поверочного прибора из-за дороговизны материалов конструкции гильзы и хонингования и других видов механической обработки, выполняемой на ее внутренней поверхности, чтобы обеспечить соответствующие характеристики смазывания обработанной поверхности.
[0044] Для минимизации предпусковой длины (например, длина 408) в низкотемпературном поверочном приборе, поверочный прибор 400 оборудован средством ожидания пуска поршня. На фиг. 9, 10, 11, 12, 13 и 14 показано действие поверочного прибора 400, включая средство ожидания пуска поршня. На фиг. 11, 12 показаны поверочные проходы «наружу» и «обратно» поверочного прибора 400. Обращаясь вначале к фиг. 9, перед тем как инициирован первый или наружный поверочный проход, все клапаны (т.е. впускные 404, 406, выпускные 416, 418 и перепускные 422, 423) находятся в открытом положении, а первый конец 410а вытеснителя 410 расположен рядом с первым концом 412а гильзы 412 поверочного прибора. При начале последовательности поверки впускной клапан 406 и выпускной клапан 416 начинают закрываться, направляя поток текучей среды от впускного отверстия 402 через открытый перепускной клапан 422 и вдоль проточного канала 430 текучей среды. Текучая среда, проходящая вдоль проточного канала 430, течет через перепускной клапан 420 и в гильзу 412 поверочного прибора, давление от текучей среды в проточном канале 430 начинает оказывать нажим на второй конец 410b вытеснителя 410. Сила, создаваемая давлением текучей среды от потока текучей среды вдоль проточного канала 430, действует для «удерживания» вытеснителя 410 на месте рядом с первым концом 412а гильзы 412 поверочного прибора, поскольку текучая среда, проходящая вдоль проточного канала 430, обходит U-образный изгиб 424 и течет вместо этого через перепускной участок 420.
[0045] Теперь, ссылаясь на фиг. 10, как только впускной и выпускной клапаны 406, 416 полностью закрываются, таким образом предотвращая любую утечку текучей среды, перепускной клапан 422 начинает закрываться. Когда перепускной клапан 422 начинает закрываться, поток текучей среды начинает отводиться через левую трубу с U-образным изгибом 424 вдоль проточного канала 432 текучей среды. Поток текучей среды вдоль проточного канала 432 через U-образный изгиб 424 оказывает давление на первый конец 410а (конец выше по течению) вытеснителя 410. В то время как перепускной клапан 422 переходит из открытого в закрытое состояние, часть текучей среды в проточном канале 432 продолжает течь через перепускной клапан 422 (как показано стрелкой), в результате чего давление текучей среды из каждой части текучей среды в проточном канале 432 действует на каждый конец 410а, 410b вытеснителя 410.
[0046] Теперь со ссылками на фиг. 11, после того как перепускной клапан 422 завершает свое время цикла и полностью закрывается, таким образом препятствуя сообщению по текучей среде через перепускной участок 420, весь поток текучей среды поступает во впускное отверстие 402, протекая через левый U-образный изгиб 424 вдоль проточного канала 434 текучей среды. Поток 434 текучей среды, таким образом, запускает вытеснитель 410 с высокой степенью ускорения до выравнивания объемного расхода текучей среды в трубопроводе, соединенном с впускным отверстием 402, так как теперь поступающий поток текучей среды действует на первый конец 410а поршня 410. В варианте реализации поверочного прибора 400, объемный расход текучей среды, проходящей вдоль проточного канала 434, совпадает с объемным расходом текучей среды, проходящей через трубопровод, соединенный с впускным отверстием 402, перед точкой, где второй конец 410b вытеснителя 410 проходит индикатор 428 и зафиксированное расстояние 412с.
[0047] Со ссылками на фиг. 12, после того как вытеснитель 410 прошел через калиброванный участок 412с гильзы 412 поверочного прибора, и второй конец 410b остановился рядом со вторым концом 412b гильзы 412, клапаны 406, 416 и 422 открываются, завершая первый или наружный поверочный проход. Как только вытеснитель 410 остановился у второго конца 412b гильзы 412, текучая среда, поступающая во входное отверстие 402, может выходить из поверочного прибора 400 через перепускной участок 421 вдоль проточного канала 436, 438 текучей среды.
[0048] Как показано на фиг. 13, как только все клапаны полностью открыты (т.е. клапаны 406, 416 и 422), второй обратный поверочный проход начинается с закрывания впускного клапана 404 и выпускного клапана 418. Когда впускной клапан 404 и выпускной клапан 418 начинают закрываться, текучая среда, поступающая во впускной отверстие 402 из трубопровода, начинает течь через перепускной участок 421 и клапан 423 вдоль проточного канала 440 текучей среды, оказывая давление на второй конец 410b вытеснителя 410.
[0049] Как показано на фиг. 14, как только впускной клапан 404 и выпускной клапан 418 заканчивают закрывание, перепускной клапан 423 перепускного участка 421 начинает закрываться, отводя часть потока текучей среды, поступающего во впускное отверстие 402, через правый U-образный участок 426 вдоль проточного канала 442 текучей среды. Наконец, как показано на фиг. 15, после того как перепускной клапан 423 участка 421 полностью закрывается, весь поток текучей среды, поступающий во впускное отверстие 402, течет вдоль проточного канала 444 текучей среды, принудительно действуя на второй конец 410b вытеснителя 410, проводя вытеснитель 410 обратно в направлении первого конца 412а гильзы 412 поверочного прибора, и оканчивая второй, или обратный поверочный проход поверочного прибора 400 двухстороннего действия.
[0050] Снова вкратце обращаясь к фиг. 6, вследствие необходимости в высокой точности в расчетах объема текучей среды, перемещенного в данной последовательности поверки, важно, чтобы для уплотнений 248, 250 поршня 202 поддерживалась соответствующая целостность уплотнения. Любая текучая среда в расходомерной трубке в продолжение данного поверочного прохода, который допускает переход от одной стороны поршня к другой через утечку уплотнения, не будет включена в объем жидкости, вытесненной поршнем, и таким образом, приведет к ошибке при вычислении объема текучей среды, прошедшего через расходомер (объем поверочного прибора). Эта ошибка будет, в свою очередь, отрицательно влиять на точность поверочного прибора, поскольку коэффициент пересчета расходомера рассчитывается с помощью деления объема поверочного прибора на соответствующий указанный расходомером объем. Кроме того, вследствие трения при нормальной эксплуатации уплотнения могут изнашиваться и терять свою способность образовывать качественное уплотнение. Кроме того, трение может усугубляться в условиях, требующих увеличенных и утяжеленных поршней вследствие высоких объемных расходов или в условиях, связанных с не смазывающими текучими средами, такими как сжиженный природный газ. Для защиты от разуплотнения поршни необходимо периодически демонтировать с поверочного прибора и проверять. С целью снижения расходов и времени, затрачиваемого на данную процедуру, в вариант реализации поверочного прибора может включаться устройство для «обнаружения утечки уплотнения».
[0051] На фиг. 16 показан поверочный прибор 500, включающий устройство для обнаружения утечки уплотнения, которое включает компоненты, аналогичные компонентам поверочного прибора, показанного на фиг. 3, они маркированы аналогично. Кроме того, поверочный прибор 500 также включает порт 501, линию 502 текучей среды, насос 503 и индикатор 504 давления. Порт 501 соединен с расходомерной трубкой 104 поверочного прибора 500 и обеспечивает сообщение по текучей среде между расходомерной трубкой 104 и линией 502 текучей среды. Насос 503 также соединен и сообщается по текучей среде с линией 502, и, таким образом, после включения насос 503 может нагнетать или перемещать текучую среду из расходомерной трубки 104 по линии 502 текучей среды. Индикатор 504 давления также соединен с линией 502 текучей среды и сообщается по текучей среде с расходомерной трубкой 104, и, таким образом, указывает давление текучей среды в расходомерной трубке 104 в режиме реального времени.
[0052] Снова обращаясь к фиг. 16, когда поршень 102 поверочного прибора 500 неподвижен в расходомерной трубке 104, целостность поршневых уплотнений 506 и 508 поршня 102 может быть проверена без разборки поверочного прибора 500 (например, путем открывания расходомерной трубки 102 в атмосферу, вытянув поршень 102 из расходомерной трубки 104, и т.д.), посредством создания разности давлений между объемом 510, ограниченным уплотнениями 506 и 508 поршня 102 (т.е. кольцевой зазор между наружным диаметром поршня 102 и внутренним диаметром расходомерной трубки 104), и объемом в остальной части расходомерной трубки 104. Без разборки поверочного прибора 500, целостность поршневых уплотнений 506, 508 может быть проверена путем включения насоса 503 в попытке создать достаточный вакуум или показания ниже давления линии в объеме 510, ограниченном двумя поршневыми уплотнениями 506 и 508, путем откачки текучей среды из объема 510 через линию 502 текучей среды в окружающую атмосферу. В то время как насос 503 включается, индикатор 504 давления может использоваться для определения того, приводит ли разрежение от насоса к показаниям ниже давления линии в объеме 510 по индикатору 504, это означает, что уплотнения 506 и 508 по существу уплотняют остальную текучую среду в расходомерной трубке 104. Если показания ниже давления линии отображаются индикатором 504 в течение определенного периода времени под действием насоса 503, нагнетающего текучую среду из насоса 510, операторы поверочного прибора 500 теперь будут осведомлены о разрушении уплотнений 506 и 508 и могут демонтировать поршень 102, чтобы выполнить необходимый ремонт.
[0053] Указанное описание предназначено для иллюстрации принципов и различных вариантов реализации настоящего изобретения. Хотя были описаны и показаны некоторые варианты реализации, их модификации могут быть выполнены специалистом без отклонения от сущности и принципов изобретения. Описанные здесь варианты реализации являются только иллюстративными, но не ограничивающими. Соответственно объем защиты не ограничен описанием, изложенным выше, но ограничен только пунктами формулы, изложенной далее, которая применима включительно ко всем эквивалентам объекта изобретения.