МАССОВЫЙ КАМЕРНЫЙ СЧЕТЧИК ЖИДКОСТИ

Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерений массы и массового расхода жидкой фазы в составе газожидкостной смеси, например, нефти в составе нефтегазовой смеси.
Из существующего уровня техники известен опрокидывающийся гравиметрический счетчик мазута конструкции Кирмалова, описанный в справочнике Кремлевского П.П. «Расходомеры и счетчики количества веществ» (книга первая). Известный счетчик представляет собой цилиндрический корпус, покрытый теплоизоляцией, снабженный люком для осмотра и закрывающийся крышкой. Внутри корпуса размещены два призматических ковша, имеющих сечение в виде равнобедренных треугольников. Измеряемая среда поступает по входной трубе в распределительный желоб, а из него в один из ковшей. После срабатывания измеряемая среда выливается из ковша в выходную трубу. На ковшах закреплен контргруз. В известном счетчике предусмотрены счетный механизм, а также регулятор уровня жидкости, состоящий из поплавка, системы рычагов и клапана на впускной трубе.
Недостатком известного опрокидывающегося гравиметрического счетчика мазута конструкции Кирмалова является недостаточная точность измерений массы жидкости в широком диапазоне расходов измеряемой жидкости вследствие неполного раскрытия требований к его конструкции, в частности к геометрии ковшей.
Известен счетчик количества жидкости - сырой нефти, описанный в патенте РФ №154443 (G01F 3/28, опубликован 27.08.2015). Известный счетчик состоит из корпуса, измерительного блока, входного и выходного коллекторов, узла сепарации. Корпус счетчика представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический сосуд, на обечайке которого перпендикулярно оси выполнены два соосных отверстия для входа/выхода нефтегазовой смеси посредством герметично присоединенных входного и выходного коллекторов, причем на входном отверстии установлено регулируемое входное устройство. К корпусу через фланец крепится крышка измерительного блока, а для придания герметичности соединения используется прокладка из резины. На внутреннем торце крышки выполнены три отверстия с резьбой, в которые устанавливаются шпильки, служащие для крепления опоры, кроме того, на данных осях установлены ударогасители, перемещение которых ограничивается шайбой и шплинтом. На торце крышки и опоры имеются соосные отверстия с подшипниками и в них установлена ось измерительного блока. Измерительный блок является подвижной системой и состоит из двух призматических ковшей треугольного сечения и боковых пластин, к которым крепится груз. На одной из пластин установлены два постоянных магнита, причем на наружном торце крышки измерительного блока выполнены отверстия для крепления электромагнитных датчиков, датчика плотности, ручек и уровня, причем отверстия для крепления электромагнитных датчиков выполнены таким образом, что их центр совпадает с траекторией движения постоянных магнитов камеры измерительной. Узел сепарации содержит два эжектора, закрепленных на входном и выходном коллекторах. Наряду с этим в состав известного счетчика входят нефтегазовый и газовый коллекторы, соединяющие между собой эжекторы и корпус, а также установленные в корпусе гаситель, представляющий собой перфорированный лист, и воронка.
Недостатком известного счетчика количества жидкости - сырой нефти является малый ресурс работы призматических ковшей измерительной камеры, в частности, возможно возникновение и развитие трещин в центральной части днищ и в углах ковшей в зонах ударов о гасители удара, а также малый ресурс подшипниковых узлов измерительной камеры. Также недостатком является недостаточная точность измерений в широком диапазоне расходов измеряемой жидкости вследствие неполного раскрытия требований к его конструкции, в частности к геометрии ковшей, а также из-за переливов измеряемой жидкости при наборе массы в ковшах и из-за возможного отклонения от горизонтального расположения ковшей в пространстве. Также недостатком известного счетчика является невозможность конструирования удлиненных типоразмеров счетчиков при том же посадочном размере крышки из-за консольного закрепления измерительного блока внутри корпуса.
Известен счетчик массового расхода и массы вязких жидкостей, описанный в патенте РФ №163766 (G01F 3/28, опубликован 10.08.2016). Известный счетчик состоит из корпуса, измерительного блока, входного и выходного коллекторов. Корпус представляет собой горизонтально расположенный цилиндрический сосуд, на обечайке которого перпендикулярно оси выполнены два соосных отверстия для входа/выхода вязкой жидкости посредством герметично присоединенных входного и выходного коллекторов, а на входном отверстии установлено устройство моделирования формы потока. К корпусу через фланец прикреплена крышка измерительного блока с герметизацией соединения с помощью резиновой прокладки, причем на внутреннем торце крышки выполнены три отверстия с резьбой, в которые установлены шпильки, служащие осями для крепления опоры и установки на них ударогасителей, перемещение которых ограничено шайбой и шплинтом. На торце крышки и опоры имеются соосные отверстия с подшипниками и в них установлена ось измерительного блока. Измерительный блок является подвижной системой и состоит из двух призматических ковшей треугольного сечения и боковых пластин, к которым прикреплены грузы, при этом измерительный блок снабжен, по меньшей мере, одним постоянным магнитом. На наружном торце крышки измерительного блока выполнены отверстия для крепления, по меньшей мере, одного электромагнитного датчика, связанного с вычислителем, ручек и уровня, причем отверстие для крепления электромагнитного датчика выполнено таким образом, что его центр совпадает с траекторией движения постоянного магнита измерительного блока. Известный счетчик содержит устройство электрического обогрева, состоящее из закрепленного на внешней поверхности корпуса электрического греющего кабеля, размещенного в теплоизоляционном кожухе с теплоизоляционной крышкой, в котором закреплена взрывозащищенная клеммная коробка для подвода питания к этому кабелю. Пространство между кабелем, крышкой и кожухом заполнено теплоизоляционным объемным наполнителем. Постоянный магнит в измерительном блоке установлен на нижней плоскости посередине между призматическими ковшами. Электромагнитный датчик содержит дополнительно помещенную во взрывобезопасный корпус плату электронного корректора, представляющего собой программируемое устройство. Выходной коллектор выполнен в виде прямолинейного участка трубы.
Недостатками известного счетчика являются указанные выше недостатки его наиболее близкого аналога - счетчика количества жидкости - сырой нефти, описанного в патенте РФ №154443.
Известен счетчик жидкости, описанный в патенте РФ №129220 (G01F 1/05, опубликован 20.06.2013). Известный счетчик содержит полый корпус, в котором расположен измерительный блок, включающий датчик импульсов, и соединенные между собой шпильками крышку и опору заднюю. Между крышкой и опорой задней установлена с возможностью ограниченного поворота измерительная камера, содержащая две открытые сверху полости (в предыдущих аналогах - ковши) и магнит, расположенный таким образом, что бы в одном из положений измерительной камеры датчик импульсов располагался в зоне его действия. Известный счетчик жидкости дополнительно содержит датчик оптической проницаемости среды.
Недостатками известного счетчика являются недостатки его наиболее близкого аналога - счетчика количества жидкости производства ООО НПО «НТЭС», указанные ниже.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является счетчик количества жидкости производства ООО НПО «НТЭС», описанный на официальном электронном сайте nponts.ru/products/counters/schetchik-zhidkosti-skzh/ (свидетельство RU.С.29.065.А №50957 об утверждении типа средств измерений от 11.06.13). Известный счетчик количества жидкости состоит из первичного и вторичного преобразователей. Первичный преобразователь состоит из горизонтально расположенного цилиндрического корпуса с входным и выходным патрубками. Внутри корпуса установлен измерительный блок, содержащий крышку и опору заднюю, которые в свою очередь соединены между собой двумя верхними и одной нижней штангами. Между крышкой и опорой задней установлена измерительная камера с возможностью ее поворота, содержащая две открытые сверху полости (в вышеописанных аналогах - ковши), образованные плоскими боковинами и днищами, а также боковые пластины. На боковых пластинах закреплены контргрузы. Угол поворота измерительной камеры ограничен гасителями ударов, установленными на верхних штангах. На крышке расположен датчик импульсов, имеющий возможность взаимодействия с магнитом, закрепленным на нижней части измерительной камеры так, что в одном из положений измерительной камеры датчик импульсов располагается в зоне его действия. Датчик импульсов соединен с вторичным преобразователем. Внутри корпуса после входного патрубка установлено сопло.
Недостатком известного счетчика количества жидкости является малый ресурс лотков измерительной камеры, в частности, наблюдаются возникновение и развитие трещин в центральной части днищ и в углах камеры, а также малый ресурс подшипниковых узлов измерительной камеры. Также недостатком является недостаточная точность измерений в широком диапазоне расходов и плотности измеряемой жидкости вследствие неполного раскрытия требований к его конструкции, в частности к геометрии полостей измерительной камеры. Также недостатком является возникновение дополнительной погрешности измерения массы жидкости из-за ее потери по причине переливов в процессе заполнения полостей. Также недостатком является отсутствие автоматической корректировки вычислений массы и массового расхода в случае отклонения от горизонтального расположения в пространстве измерительного блока. Также недостатком является отсутствие возможности корректирования вычислений массы и массового расхода в зависимости от вязкости измеряемой жидкости. Также недостатком известного счетчика является невозможность конструирования удлиненных типоразмеров счетчиков при том же посадочном размере крышки из-за консольного закрепления измерительного блока внутри корпуса.
Задачами заявляемой полезной модели являются увеличение точности измерений в широком диапазоне расхода измеряемой жидкости и в широком диапазоне изменения ее плотности, увеличение ресурса измерительной камеры массового камерного счетчика, а также ресурса ее подшипников, увеличение диапазона расходов измеряемой жидкости, сокращение потерь при наборе измеряемой жидкости в полостях измерительной камеры, снижение погрешностей измерений, связанных с отклонением от горизонтального положения в пространстве измерительного блока.
Поставленные задачи решаются описанными ниже техническими решениями.
Точность измерений массового камерного счетчика жидкости не должна зависеть от изменения плотности измеряемой жидкости. Поэтому при наполнении каждой полости, установленной под налив, центр масс жидкости должен подниматься строго вертикально. Поэтому требование равнобедренности треугольного сечения полостей является недостаточным. Более существенным отличием является такая конструкция измерительного блока, в которой биссекторные плоскости двугранных углов, образованных днищами каждой полости измерительной камеры, располагаются строго вертикально в положении этой полости под налив. Сами сечения профилей полостей не обязательно должны иметь форму равнобедренных треугольников. Важным для заявляемого технического решения является правильное расположение верхних штанг измерительного блока с расположенными на них гасителями ударов.
С целью горизонтального выравнивания продольной оси измерительного блока в пространстве первичный преобразователь может быть подключен к основному трубопроводу посредством входного и выходного патрубка. Ось основного трубопровода при этом должна располагаться перпендикулярно продольной оси измерительного блока. С целью выравнивания измерительного блока внутри корпуса измерительный блок может располагаться в корпусе с возможностью поворота вокруг своей продольной оси.
Для возможности конструирования удлиненного типоразмера первичного преобразователя массового камерного счетчика жидкости при том же посадочном размере крышки измерительный блок может быть закреплен в корпусе так, что опора задняя измерительного блока дополнительно фиксируется на корпусе.
Ресурс измерительной камеры может быть увеличен установкой на частях днищ полостей, контактирующих с гасителями ударов, листовых подкреплений, дополнительно передающих нагрузку на боковины полостей измерительной камеры.
Ресурс подшипниковых узлов измерительной камеры может быть увеличен установкой под измерительной камерой на нижней штанге поворотного демпфера, способного уменьшать кинетическую энергию поворачивающейся камеры до ее удара о гасители. Для получения плавной характеристики в момент подхвата измерительной камеры демпфер может содержать упругие элементы.
Потери массы измеряемой жидкости из-за динамических переливов измеряемой жидкости при наполнении полостей могут быть значительно снижены установкой на верхних штангах ограничителей перелива. Обязательным условием является такая их установка, при которой не будет создаваться помех для работы гасителей ударов.
С целью автоматической корректировки вычислений массы и массового расхода вторичным преобразователем при отклонении от горизонтального расположения в пространстве измерительного блока на крышке может быть жестко закреплен электронный датчик положения. Сигналы электронного датчика положения при этом будут подаваться во вторичный преобразователь, в котором и происходит корректировка вычислений массы и массового расхода в соответствии с внесенными в него заранее градуировочными коэффициентами, зависящими от угла отклонения от горизонтального положения измерительного блока.
Заявляемое техническое решение поясняется фигурами:
фиг. 1 - Схема массового камерного счетчика жидкости;
фиг. 2 - Схема первичного преобразователя (поперечный разрез);
фиг. 3 - Схема первичного преобразователя (продольный разрез);
фиг. 4 - Схема возможного подключения первичного преобразователя к основному трубопроводу;
фиг. 5 - Схема первичного преобразователя (продольный разрез) с возможной фиксацией опоры задней измерительного блока на корпусе;
фиг. 6 - Схема первичного преобразователя (поперечный разрез) с возможными листовыми подкреплениями полостей измерительной камеры, возможным поворотным демпфером и возможными ограничителями перелива;
фиг. 7 - Схема массового камерного счетчика жидкости с возможным электронным датчиком положения.
Массовый камерный счетчик жидкости состоит из первичного 1 и вторичного 2 преобразователей. Первичный преобразователь 1 содержит горизонтально расположенный цилиндрический корпус 4 с входным 5 и выходным 6 патрубками. В корпусе 4 установлен измерительный блок 7, содержащий крышку 8 и опору заднюю 9, соединенные между собой двумя верхними 10 и одной нижней 11 штангами.
ПОВ
Между крышкой 8 и опорой задней 9 измерительного блока 7 установлена измерительная камера 12 с возможностью ее поворота, содержащая две открытые сверху полости, образованные плоскими боковинами 13 и днищами 14, и боковые пластины 15. На боковых пластинах 15 закреплены контргрузы 16. Угол поворота ϕ измерительной камеры 12 ограничен гасителями ударов 17, установленными на верхних штангах 10. На крышке 8 измерительного блока 7 расположен датчик импульсов 3, имеющий возможность взаимодействия с магнитом 18, закрепленным на нижней части измерительной камеры 12. При этом в одном из положений измерительной камеры 12 датчик импульсов 3 располагается в зоне действия магнита 18. Датчик импульсов 3 соединен с вторичным преобразователем 2. Внутри корпуса 4 после входного патрубка 5 установлено сопло 19.
Л
Конструкция измерительного блока 7 выполнена таким образом, что биссекторные плоскости двугранных углов ϕ, образованные днищами 14 каждой полости измерительной камеры, располагаются строго вертикально в положении этой полости под налив (фигура 2).
Входной 5 и выходной 6 патрубки могут иметь подключение к основному трубопроводу, ось которого располагается горизонтально и перпендикулярно продольной оси измерительного блока 7 (фигура 4).
Измерительный блок 7 может быть расположен в корпусе 4 с возможностью поворота вокруг своей продольной оси. Продольная ось измерительного блока 7 при этом должна располагаться горизонтально. При этом измерительный блок 7 может быть закреплен в корпусе 4 так, что опора задняя 9 измерительного блока 7 может дополнительно фиксироваться на корпусе 4 (фигура 5).
На частях днищ 14 полостей измерительной камеры 12, контактирующих с гасителями ударов 17, могут быть закреплены листовые подкрепления 20, дополнительно передающие нагрузку на боковины 13 полостей измерительной камеры 12 (фигура 6).
Под измерительной камерой 12 на нижней штанге 11 может быть закреплен поворотный демпфер 21, который в свою очередь может содержать упругие элементы 22 (фигура 6).
На верхних штангах 10 измерительной камеры 12 могут быть установлены ограничители перелива 23 (фигура 6).
На крышке 8 измерительного блока 7 может быть жестко закреплен электронный датчик положения 24, связанный с вторичным преобразователем 2 (фигура 7).
Массовый камерный счетчик жидкости работает следующим образом.
Ж
Измеряемая жидкость поступает из входного патрубка 5 через сопло 19 в одну из полостей измерительной камеры 12. Благодаря заявляемому техническому решению центр масс жидкости (точка М) по мере наполнения полости постоянно находится на одном расстоянии h от продольной оси измерительной камеры 12. В момент, когда уравновешенное контргрузами 16 положение измерительной камеры 12 преодолевается, измерительная камера 12 поворачивается, заполненная полость опорожняется, а под налив устанавливается смежная полость. Слитая жидкость стекает в нижнюю часть корпуса 4 и затем в выходной патрубок 6. Во время поворота магнит 18 проходит в зоне чувствительности датчика импульсов 3. Вычисление массы и массового расхода производится вторичным преобразователем 2 по периодам между сигналами от датчика импульсов. Удар поворачивающейся измерительной камеры 12 смягчается гасителями ударов 17. Скорость в момент удара может быть значительно снижена при использовании поворотного демпфера 21.