БАЛЛОН ПОСТОЯННОГО ДАВЛЕНИЯ С МЕШАЛКОЙ
CONSTANT PRESSURE BALLOON WITH MIXER

Настоящее изобретение относится к технике отбора проб газового конденсата, проб сжиженного углеводородного газа и проб широкой фракции легких углеводородов, находящихся под избыточным давлением собственных паров, в пробоотборные устройства в системах отбора проб продукта, в системах переработки нефтегазового сырья, перекачиваемого по трубопроводам, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубам продукции, и может быть использовано при давлении не ниже давления насыщенных паров на нефтегазодобывающих, нефтегазоперерабатывающих и нефтегазотранспортных или иных предприятиях.
Известно устройство для отбора пробы сжиженного газа, содержащее камеру, разделенную поршнем на отсек для инертного газа и отсек для регазификации сжиженного газа, снабженные вентилями, отсек инертного газа камеры снабжен индикатором давления, камера снабжена магнитным индикатором положения поршня (патент RU на полезную модель №165514, МПК G01N 1/10; G01N 1/42, опубл. 20.10.2016 г.), [1].
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности приведения отобранной пробы при передаче для анализа в однородное состояние - перемешивания отобранной пробы (требование п. 5.5.7, ГОСТ Р 55609-2013 Отбор проб газового конденсата, сжиженного углеводородного газа и широкой фракции легких углеводородов. Общие требования).
Известен баллон постоянного давления поршневого типа, предназначенный для отбора проб газового конденсата, сжиженного углеводородного газа, широкой фракции легких углеводородов (далее -продукт), находящихся под избыточным давлением собственных паров, содержащий камеру с продуктом и камеру с инертным газом, разделенные плавающим поршнем, крышку камеры с продуктом и крышку камеры с инертным газом. В камере с продуктом размещено лопастное перемешивающее устройство, снабженное рукояткой и лопастной мешалкой. Вертикальный вал лопастного перемешивающего устройства проходит через плавающий поршень и крышку камеры с инертным газом. Крышка камеры с продуктом снабжена местом подключения к пробоотборной линии, местом подключения манометра, выпускным клапаном и предохранительным клапаном, крышка камеры с инертным газом снабжена местом подключения манометра, клапаном инертного газа, предохранительным клапаном (п.п. 5.5 и 6.4, ГОСТ Р 55609-2013 Отбор проб газового конденсата, сжиженного углеводородного газа и широкой фракции легких углеводородов. Общие требования. Утвержден и введен в действие Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 сентября 2013 г. №1001-ст), [2], (прототип устройства).
Недостатком данного устройства является воздействие значительных осевых сил давления отобранных проб продукта на вал лопастного перемешивающего устройства в камере с продуктом, стремящихся выдавить его из камеры с продуктом, значительные усилия, необходимые для управления лопастным перемешивающим устройством.
Техническим результатом данного изобретения является исключение воздействия осевых сил давления отобранных проб продукта на вал лопастного перемешивающего устройства, упрощение управления лопастным перемешивающим устройством, повышение качества перемешивания продукта.
Техническая задача, положенная в основу настоящего изобретения, с достижением заявленного технического результата, решается баллоном постоянного давления с мешалкой, содержащим камеру с продуктом и камеру с инертным газом, разделенные плавающим поршнем, крышку камеры с продуктом и крышку камеры с инертным газом, лопастное перемешивающее устройство с рукояткой и лопастной мешалкой, размещенной в камере с продуктом, при этом крышка камеры с продуктом снабжена местом подключения к пробоотборной линии, местом подключения манометра, местом подключения выпускного клапана и местом подключения предохранительного клапана, крышка камеры с инертным газом снабжена местом подключения манометра, местом подключения клапана инертного газа, местом подключения предохранительного клапана, в котором лопастное перемешивающее устройство состоит из лопастной мешалки, включающей внешний блок пластинчатых постоянных магнитов, и привода лопастной мешалки, включающего корпус, выполненный, из немагнитного материала в виде патрубка, проходящего через крышку камеры с инертным газом, плавающий поршень и крышку камеры с продуктом, и закрепленного, как минимум, на одной из упомянутых крышек баллона, и расположенный в полости упомянутого патрубка несамотормозящийся винтовой механизм, состоящий из взаимодействующих скрученной с углом подъема винтовой линии, превышающим допустимый угол самоторможения, полосы с направляющей втулкой посредством одной, или более, пары направляющих пальцев, установленных в упомянутой направляющей втулке, жестко закрепленной на упомянутом патрубке, при этом к упомянутой скрученной полосе жестко прикреплен внутренний блок пластинчатых постоянных магнитов, взаимодействующий посредством магнитных связей с упомянутым внешним блоком пластинчатых постоянных магнитов лопастной мешалки, на упомянутой скрученной полосе установлена рукоятка, выполненная с возможностью свободного вращения относительно оси упомянутой скрученной полосы.
Техническая задача решается также тем, что крышка камеры с продуктом, крышка камеры с инертным газом и плавающий поршень снабжены уплотнительными кольцами, взаимодействующими с упомянутым патрубком и герметично изолирующими камеру с продуктом и камеру с инертным газом от внешней среды.
Техническая задача решается также тем, что корпус упомянутого внутреннего блока пластинчатых постоянных магнитов выполнен из немагнитного материала с малым коэффициентом трения скольжения и включает, как минимум, три пластинчатых постоянных магнита, корпус упомянутого внешнего блока пластинчатых постоянных магнитов выполнен также из немагнитного материала с малым коэффициентом трения скольжения и включает пластинчатые постоянные магниты в количестве, равном количеству пластинчатых постоянных магнитов, входящих во внутренний блок пластинчатых постоянных магнитов.
Техническая задача решается также тем, что в упомянутом плавающем поршне выполнена полость для размещения упомянутой лопастной мешалки с внешним блоком пластинчатых постоянных магнитов.
Кроме того, техническая задача решается также тем, что расположенный в полости упомянутого патрубка несамотормозящийся винтовой механизм привода лопастной мешалки, выполнен в виде двухходового с углом подъема винтовой линии, превышающим допустимый угол самоторможения винтовой пары, винта, взаимодействующего с соответствующей двухходовому винту двухходовой гайкой, жестко закрепленной на упомянутом патрубке, при этом к двухходовому винту жестко прикреплен внутренний блок пластинчатых постоянных магнитов, взаимодействующий посредством магнитных связей с упомянутым внешним блоком пластинчатых постоянных магнитов лопастной мешалки, на упомянутом двухходовом винте установлена рукоятка, выполненная с возможностью свободного вращения относительно оси вращения двухходового винта.
Сущность изобретения заключается в том, что, в отличие от прототипа, лопастная мешалка лопастного перемешивающего устройства, состоит из лопастной мешалки, включающей внешний блок пластинчатых постоянных магнитов, и привода лопастной мешалки, включающего корпус, выполненный из немагнитного материала в виде патрубка, проходящего через крышку камеры с инертным газом, плавающий поршень и крышку камеры с продуктом, снабженные уплотнительными кольцами, герметично изолирующими камеру с продуктом и камеру с инертным газом от внешней среды, что исключает возможность воздействия давления отобранных проб продукта на узлы и детали привода лопастной мешалки, размещенных в полости патрубка.
Расположенный в полости упомянутого патрубка несамотормозящийся винтовой механизм, состоящий из взаимодействующих скрученной с углом подъема винтовой линии, превышающим допустимый угол самоторможения, полосы с направляющей втулкой посредством одной, или более, пары направляющих пальцев, установленных в упомянутой направляющей втулке, жестко закрепленной на упомянутом патрубке, установка на скрученной полосе рукоятки, выполненной с возможностью свободного вращения относительно оси упомянутой скрученной полосы, способствует вращательному движению и возвратно-поступательному движению скрученной полосы при возвратно-поступательном движении рукоятки при управлении перемешивающим устройством, что обеспечивает эффективное перемешивание продукта, упрощает управление лопастным перемешивающим устройством.
Жесткое крепление к скрученной полосе внутреннего блока пластинчатых постоянных магнитов, состоящего, как минимум, из трех пластинчатых постоянных магнитов, и оснащение лопастной мешалки внешним блоком пластинчатых постоянных магнитов с таким же количеством пластинчатых постоянных магнитов, способствует созданию надежной магнитной связи привода с лопастной мешалкой, что упрощает управление лопастным перемешивающим устройством. Повторение лопастной мешалкой вращательных движений и возвратно-поступательных движений внутреннего блока постоянных пластинчатых магнитов, жестко прикрепленных к скрученной полосе, обеспечивает эффективное перемешивание продукта, повышает качество перемешивания продукта. Выполнение корпуса внутреннего блока пластинчатых постоянных магнитов и корпуса внешнего блока пластинчатых постоянных магнитов из немагнитного материала с малым коэффициентом трения скольжения уменьшает усилие, прикладываемое к рукоятке, установленной на скрученной полосе, что упрощает управление лопастным перемешивающим устройством, уменьшает усилие, необходимое для управления лопастным перемешивающим устройством. Размещение лопастной мешалки с внешним блоком пластинчатых постоянных магнитов в полости плавающего поршня уменьшает вредный объем камеры с продуктом, что повышает качество перемешивания продукта.
Расположенный в полости упомянутого патрубка несамотормозящийся винтовой механизм привода лопастной мешалки, выполненный в виде двухходового с углом подъема винтовой линии, превышающим допустимый угол самоторможения винтовой пары, винта, взаимодействующего с соответствующей двухходовому винту двухходовой гайкой, жестко закрепленной на упомянутом патрубке, жестко прикрепленный к ходовому винту внутренний блок пластинчатых постоянных магнитов, взаимодействующий посредством магнитных связей с упомянутым внешним блоком пластинчатых постоянных магнитов лопастной мешалки, установка на упомянутом двухходовом винте рукоятки, выполненной с возможностью свободного вращения относительно оси вращения двухходового винта, обеспечивают вращательное и возвратно-поступательное перемещение внутреннего блока пластинчатых постоянных магнитов, что упрощает конструкцию лопастного перемешивающего устройства, упрощает управление лопастным перемешивающим устройством.
На фиг. 1 представлен баллон постоянного давления с мешалкой, общий вид; на фиг. 2 - баллон постоянного давления с мешалкой перед отбором проб продукта; на фиг. 3 - место А на фиг. 1; на фиг. 4 - место Б на фиг. 1; на фиг. 5 - место В на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Г-Г на фиг. 4; на фиг. 7 - вид Д на фиг. 4; на фиг. 8 - разрез Е-Е на фиг. 3; на фиг. 9 - баллон постоянного давления с приводом лопастного перемешивающего устройства с двухходовой винтовой парой.
Баллон постоянного давления с мешалкой состоит из корпуса 1, разделенного плавающим поршнем 2 на камеру с продуктом 3 и камеру с инертным газом 4, и лопастного перемешивающего устройства 5 с лопастной мешалкой 6 с приводом 7. Корпус 1 включает крышку 8 камеры с продуктом 3, снабженную местом 9 подключения к пробоотборной линии (не показана), местом 10 подключения манометра (не показан), местом 11 подключения выпускного клапана (не показан), местом 12 подключения предохранительного клапана (не показан), и крышку 13 камеры с инертным газом 4, снабженную местом 14 подключения манометра (не показан), местом 15 подключения клапана (не показан) инертного газа и местом 16 подключения предохранительного клапана (не показан). Крышка 8 камеры с продуктом 3 и крышка 13 камеры с инертным газом 4 соединены с корпусом 1 шпильками 17 с гайкам 18 и 19. Лопастное перемешивающее устройство 5 включает лопастную мешалку 6 с жестко прикрепленным к ней внешним блоком 20 пластинчатых постоянных магнитов 21 и привод 7 лопастной мешалки 6 с внутренним блоком 22 пластинчатых постоянных магнитов 23, размещенный в полости 24 патрубка 25. Лопастная мешалка 6 выполнена в виде диска 26 с торцевыми перегородками, образующими лопасти 27 для перемешивания продукта. Внешний блок 20 пластинчатых постоянных магнитов 21 состоит из оболочки 28 с установленным в нем держателем 29 пластинчатых постоянных магнитов 21, в котором равномерно по окружности выполнены три полости 30 для размещения пластинчатых постоянных магнитов 21. В полостях 30 установлены три пластинчатых постоянных магнита 21 полюсом N, направленным к внутренней поверхности 31 оболочки 28. Держатель 29 пластинчатых постоянных магнитов 21 защищен от воздействия продукта крышкой 32. Внешний блок 20 пластинчатых постоянных магнитов 21 прикреплен к диску 26 лопастной мешалки 6 заклепками 33. Лопастная мешалка 6, держатель 29 пластинчатых постоянных магнитов 21 и заклепки 33 изготовлены из немагнитного материала (например, нержавеющей стали 12Х18Н10Т), оболочка 28 с крышкой 32 - из немагнитного материала с малым коэффициентом трения скольжения (например, полиамида).
Патрубок 25 лопастного перемешивающего устройства 5 выполнен из немагнитного материала (например, нержавеющей стали 12Х18Н10Т) и закреплен цанговым устройством, состоящим из цанги 34 и гайки 35, на крышке 13 камеры с инертным газом 4 болтами 36. Патрубок 25 проходит через крышку 13 камеры с инертным газом 4, через плавающий поршень 2 и через крышку 8 камеры с продуктом 3. Патрубок 25 отделяет камеру с продуктом 3 и камеру с инертным газом 4 от внешней среды (атмосферы). Привод 7 лопастной мешалки 6 размещен в полости 24 патрубка 25 и состоит из скрученной полосы 37, направляющей втулки 38 и пары направляющих пальцев 39-40, образующих несамотормозящуюся винтовую пару. Скрученная полоса 37 привода 7 лопастной мешалки 6 скручена в виде спирали с шагом, обеспечивающим угол подъема винтовой линии 41, превышающий допустимый угол самоторможения винтовой пары. Направляющая втулка 38 жестко закреплена винтами 42 и 43 на патрубке 25. Направляющие пальцы 39-40 расположены соосно в направляющей втулке 38 с зазором 0,1...0,2 мм между пальцами 39 и 40 и скрученной полосой 37, что обеспечивает вращение и свободное возвратно-поступательное перемещение скрученной полосы 37. К скрученной полосе 37 привода 7 лопастной мешалки 6 жестко прикреплен внутренний блок 22 пластинчатых постоянных магнитов 23. Внутренний блок 22 пластинчатых постоянных магнитов 23 состоит из сердечника 44, в котором равномерно по окружности выполнены три полости 45 для размещения пластинчатых постоянных магнитов 23 и оболочки 46. Пластинчатые постоянные магниты 23 установлены в сердечнике 44 полюсами S, направленными к внутренней поверхности 47 оболочки 46 внутреннего блока 22. Оболочка 46 выполнена из немагнитного материала с малым коэффициентом трения скольжения (например, полиамида). Оболочка 46 прикреплена к сердечнику 44 колпачковой гайкой 48. К скрученной полосе 37 привода 7 лопастной мешалки 6 соосно скрученной полосе 37 прикреплена ось 49. На оси 49 установлены упорный подшипник 50, закрепленный гайкой 51, и рукоятка 52, закрепленная гайкой 53. В полости 24 патрубка 25 установлен упор 54, ограничивающий ход внутреннего блока 22 пластинчатых постоянных магнитов 23. Упор 54 фиксирует положение внутреннего блока 22 относительно внешнего блока 20. Упор 54 выполнен в виде винта с торцевой упорной поверхностью 55. Положение упора 54 регулируется во втулке 56 и фиксируется контргайкой 57. Втулка 56 прикреплена к патрубку 25 винтами 58 и 59. На скрученной полосе 37 установлен регулятор хода 60 скрученной полосы 37, состоящий из втулки 61 и соосно расположенных в ней фиксирующих пальцев 62 и 63.
Крышка 8 камеры с продуктом 3 герметизируется на корпусе 1 баллона уплотнительным кольцом 64, крышка 13 камеры с инертным газом 4 герметизируется на корпусе 1 баллона уплотнительным кольцом 65. В плавающем поршне 2 установлены два уплотнительных кольца 66 и 67 для герметизации плавающего поршня 2 относительно корпуса 1 и два уплотнительных кольца 68 и 69 для герметизации патрубка 25 на плавающем поршне 2. На крышке 8 камеры с продуктом 3 установлены два уплотнительных кольца 70 и 71 для герметизации патрубка 25. На крышке 13 камеры с инертным газом 4 установлены два уплотнительных кольца 72 и 73 для герметизации патрубка 25. В плавающем поршне 2 выполнена полость 74 для размещения в ней лопастной мешалки 6 с внешним блоком 20 пластинчатых постоянных магнитов 24 перед отбором проб продукта.
В несамотормозящемся винтовом механизме привода лопастной мешалки, выполненном в виде двухходового резьбового соединения, состоящего из двухходового винта 75 и двухходовой гайки 76, двухходовой винт 75 выполнен с углом подъема резьбы (винтовой линии), превышающим угол трения (угол самоторможения) взаимодействующей винтовой пары - двухходового винта 75 и двухходовой гайки 76. Двухходовая гайка 76 жестко закреплена на патрубке 25.
Баллон постоянного давления с мешалкой работает следующим образом. После подготовки баллона постоянного давления с мешалкой к отбору проб продукта, его подключения к месту 9 отбора проб из пробоотборной линии (не показана) и к месту 15 подачи инертного газа через клапан (не показан) подачи инертного газа в камеру с инертным газом 4, выводят плавающий поршень 2 в исходное положение - до упора в крышку 8 камеры с продуктом 3, приводят к минимуму мертвый объем в камере с продуктом 3, при этом лопастная мешалка 6 с внешним блоком 20 пластинчатых постоянных магнитов 21 устанавливается в полости 74 плавающего поршня 2. Внутренний блок 22 пластинчатых постоянных магнитов 23 привода 7 лопастной мешалки 6, жестко связанный со скрученной полосой 37 устанавливают на уровне внешнего блока 20 пластинчатых постоянных магнитов 21. Пластинчатые постоянные магниты 21 и пластинчатые постоянные магниты 23 разноименными полюсами (N пластинчатых постоянных магнитов 21 и S пластинчатых постоянных магнитов 23) образуют надежную магнитную связь через перегородку - стенку 77 патрубка 25. Положение внутреннего блока 22 пластинчатых постоянных магнитов 23 относительно пластинчатых постоянных магнитов 21 внешнего блока 20 фиксируют упором 54. При периодической подаче проб продукта плавающий поршень 2 поднимается до предельного заданного уровня. Отбор проб продукта прекращается. Перед передачей отобранного продукта на анализ продукт приводят в однородное состояние, для чего перемещением, в пределах заданного регулятором хода 60 величины, рукояткой 52 совершают возвратно-поступательные движения. Скрученная полоса 37 с внутренним блоком 22 пластинчатых постоянных магнитов 23, совершает возвратно-поступательные и вращательные движения, которые передаются внешнему блоку 20 лопастной мешалки 6, выполняется активное перемешивание отобранного продукта. Перемешанный, готовый для анализа продукт отводится через подключенный к месту 11 выпускной клапан (не показан).
Предлагаемый баллон постоянного давления с мешалкой, установленной в камере с отобранными пробами продукта на патрубке, отделяющем камеру с продуктом и камеру с инертным газом от внешней среды (атмосферы), в полости которого размещен привод лопастной мешалки, исключает воздействие сил давления отобранных проб продукта на узлы и детали привода лопастной мешалки, упрощает конструкцию перемешивающего устройства, вращательное и возвратно-поступательное движение мешалки обеспечивает высокое качество перемешивания продукта при передаче отобранных проб продукта на анализ в системах переработки нефтегазового сырья, перекачиваемого по трубопроводам, где требуется высокая точность определения параметров перекачиваемой по трубам продукции. Предлагаемый баллон постоянного давления с мешалкой может быть использован при давлении не ниже давления насыщенных паров на нефтегазодобывающих, нефтегазоперерабатывающих и нефтегазотранспортных или иных предприятиях.