Электромагнитный расходомер
ELECTROMAGNETIC FLOWMETER

Изобретение относится к приборостроению в области измерения расхода электромагнитным способом, и может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей при высоких давлениях и повышенной абразивной способности жидкости, например, при тампонажных работах при строительстве скважин, для закачки цементного раствора при давлении до 700 атмосфер.
Известен электромагнитный расходомер (RU83836), содержащий помещенный в кожух корпус в виде отрезка трубопровода из немагнитного материала с фланцами на концах, внутренняя поверхность которого футерована электроизоляционным материалом, причем часть футеровки выведена на фланцы, индуктор, обеспечивающий в измерительном канале магнитное поле, электроды, установленные в стенке отрезка трубопровода. На внешней стороне каждого фланца выполнена кольцевая канавка для размещения в ней металлического уплотнительного кольца, а также кольцевая расточка, заполненная футеровкой. Кожух выполнен в виде двух соединенных друг с другом продольных половин и расположен между двумя фланцами.
Его недостатками являются сложная система крепления и, как следствие, длительное время установки прибора в линию. Отсутствие арматуры в футеровке ограничивает величину рабочего давления в виду деформации материала футеровки под действием давления, что влечёт за собой нестабильность геометрии внутреннего пространства прибора.
Известен электромагнитный расходомер (US2014000382), в котором, описана арматура в виде фиксирующей рамы футеровки в измерительной трубе, состоящей из цилиндрической пластины с отверстиями и множества разделенных ленточных кольцевых пластин различной формы, задающих зазор между внутренней поверхностью металлической трубы и арматурой. Такая фиксация осуществляется до заливки пластика. Во всех случаях пластик футеровки выходит на фланцы.
Известен электромагнитный расходомер (JPH0518800, выбран в качестве прототипа), в котором, для защиты от повреждений и для устойчивости параметров пластика футеровки применяется арматура в виде цилиндра с множеством отверстий (перфорацией). Арматура закрепляется путём формирования кольцевого выступа на внутренней поверхности измерительной трубы. В результате, расстояние между магнитными полюсами верхним и нижним сердечниками, прикрепленными к трубе, становится меньше, и эффективность плотности магнитного потока может быть увеличена. Футеровка формируется с выходом на контактирующую поверхность фланцев.
Общим недостатком таких решений является необходимость использования фланцевых соединений удерживающих футеровку, для установки расходомера в линию. Это увеличивает металлоемкость изделия. Использование фланцевых соединений не позволяет использовать их для быстрой сборки и разборки трубопроводов, соединения манифольдов (например, для технологий цементирования скважин).
Технической задачей изобретения является снижение металлоемкости электромагнитного расходомера, работающего при высоком давлении и при больших скоростях потока абразивной жидкости. Кроме того, обеспечивается возможность использования быстроразъемных соединений для установки расходомера в линию.
Технический результат достигается в электромагнитном расходомере, состоящем из немагнитного металлического  корпуса, к которому, при помощи конической резьбы, присоединены переходные элементы, магнитной системы, размещенной поверх корпуса, измерительных электродов, футеровки, выполненной в виде трубы, армированной перфорированным металлическим листом, удерживаемой в корпусе центрирующими кольцами, выполненными резьбовыми. Измерительные электроды расположены в поперечном сечении корпуса диаметрально противоположно и имеют вид продольных пластин. Корпус выполнен цилиндрическим, переходные элементы оснащены быстроразъемными соединениями. Футеровка выполнена из изоляционного полимерного материала.
Изобретение поясняется рисунками:
фиг. 1 – электромагнитный расходомер, вид сбоку в разрезе;
фиг. 2 – арматура в виде перфорированного металлического листа, с центрирующими кольцами и электродами.
Электромагнитный расходомер состоит из немагнитного металлического  корпуса 1, выполненного цилиндрическим (в виде круглой трубы), к которому, при помощи конической резьбы 2, присоединены переходные элементы 3. Корпус 1 выполнен из нержавеющей стали. Материал корпуса 1 не магнитен и пропускает магнитное поле внутрь канала для жидкости, использование конической резьбы 2 обеспечивают прочность соединения при высоком давлении.
Переходные элементы 3 необходимы для установки электромагнитного расходомера в линию и могут быть оснащены быстроразъемными соединениями 4, предназначенными для быстрой сборки и разборки соединений. Кроме того, использование переходных элементов 3, соединенных с корпусом 1 конической резьбой 2, приводит к снижению металлоемкости, поскольку обеспечивает работу устройства  при высоких давлениях (до 700 атмосфер) и позволяет отказаться от использования крупногабаритных, массивных фланцевых соединений.
Электромагнитный расходомер снабжен магнитной системой, включающей катушки 5 возбуждения магнитного поля под защитным кожухом 10, измерительными электродами 6. Внешний защитный кожух 10 обеспечивает защиту катушек 5 и измерительных электродов 6 от механического воздействия, крепится  на корпус с помощью нержавеющей пластины-фланца 11, чем обеспечивается герметичность соединения.
Измерительные электроды 6 для съёма наведённой ЭДС расположены в поперечном сечении корпуса 1 диаметрально противоположно и имеют вид продольных пластин. Такое выполнение измерительных электродов 6 позволяет повысить точность и стабильность измерений, поскольку электромагнитные сигналы, при турбулентном режиме протекания жидкости, усредняется.
Для обеспечения работы электромагнитного расходомера необходим слой изоляционного материала на внутренней поверхности измерительной трубы (футеровка). В центральной части корпуса 1, между переходыми элементами 3, установлена  футеровка 7, выполненная из изоляционного полимерного материала, в виде трубы, армированной для повышения прочности и жесткости, перфорированным металлическим листом 8 или металлической сеткой.  Поток жидкости стремится сорвать футеровку. Армированная таким образом футеровка 7, удерживается в корпусе 1 центрирующими кольцами 9, выполненными резьбовыми: центрирующие кольца 9 закреплены при помощи резьбы в центральной части корпуса 1, с обеих торцов армированной футеровки 7. Таким образом, футеровка 7 и перфорированный металлический лист 8 (или металлическая сетка) зажаты в корпусе 1 между центрирующими кольцами 9. Такое решение позволяет не выводить футеровку за пределы корпуса 1 (измерительной трубы), что позволяет отказаться от использования фланцевых соединений, удерживающих футеровку.
Электромагнитный расходомер изготавливается и используется следующим образом.
Внутрь корпуса 1 вставляется цилиндрическая арматура в виде цилиндра из перфорированного металлического листа 8, который фиксируется с двух сторон центрирующими кольцами 9, которые ввинчиваются по резьбе на внутренней поверхности корпуса 1. Через технологическое отверстие в корпусе 1 происходит заливка полимера, который в специальном реакторе полимеризуется – формируя футеровку 7. При этом, внутри корпуса установлен дорн – цилиндр, который ограничивает растекание пластика. После застывания футеровки 7, дорн извлекается. Опрессовка (гидравлические испытания) электромагнитного расходомера высоким давлением приводит к пластический неупругой деформации, – в армированной футеровке 7 возникает остаточная деформация, увеличение внутреннего диаметра. В результате арматура обеспечивает дополнительный прижим пластика к внутренней поверхности корпуса 1 и лучше удерживает пластик при больших скоростях протекания абразивной жидкости (например, цементного раствора).
Для сборки применяются лыски – плоские срезы с цилиндрической поверхности для закрепления гаечных ключей на поверхности корпуса 1 и переходных элементов 3. Это, позволяет надёжно соединять корпус 1 с переходными элементами 3 и переходные элементы с элементами быстроразъемных соединений 4.
Для перехода на быстроразъемные соединения используется  соединение с конической резьбой. Трубная коническая резьба относится к крепежно-уплотнительным резьбам и применяется для соединения труб в трубопроводах высокого давления, когда требуется повышенная герметичность и надежность.
Принцип действия электромагнитного расходомера основан на законе электромагнитной индукции, в соответствии с которым в электропроводной жидкости, пересекающей магнитное поле, индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости движения жидкости.