Объёмный камерный счётчик жидкости
VOLUMETRIC CHAMBER LIQUID METER

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерений объема и объемного расхода жидкой фазы в составе газожидкостной смеси, например, нефти в составе нефтегазовой смеси.
Из существующего уровня техники известен объемный гравиметрический счетчик жидкости (патент на изобретение № 2732782), состоящий из первичного и вторичного преобразователей, первичный преобразователь состоит из корпуса с входным и выходным патрубками, внутри корпуса установлены датчик импульсов и измерительная камера с возможностью ее поворота, содержащая две открытые сверху объемные полости, образованные плоскими боковинами и днищами, под днищами расположен контргруз, на плоскости симметрии измерительной камеры расположен магнит, который имеет возможность взаимодействия с датчиком импульсов в промежуточном между крайними положениями измерительной камеры, угол поворота измерительной камеры ограничен двумя упорами, датчик импульсов соединен с вторичным преобразователем, биссекторные плоскости двугранных углов, образованных днищами каждой объемной полости измерительной камеры, располагаются вертикально в положении этой полости под налив, отличающийся тем, что по краям объемных полостей расположены дополнительные массовые полости, биссекторные плоскости проходят через ось поворота измерительной камеры, центр масс незаполненной измерительной камеры расположен выше оси поворота измерительной камеры.
Недостатками известного счетчика является недостаточный ресурс измерительной камеры из-за постоянных ударов об упоры.
Известен трехкамерный барабанный счетчик жидкости (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. 1989 г. Стр. 314). Вокруг оси счетчика имеется кольцевая трубка, по которой поступает жидкость, выливающаяся затем во внутренний цилиндр. Цилиндр имеет три щелевых отверстия, сообщающихся с измерительными камерами. Из цилиндра жидкость через нижнюю щель перетекает в одну из внутренних полостей. При этом равновесие счетчика не нарушается, так как эта измерительная камера занимает симметричное положение относительно центральной вертикальной оси. После заполнения измерительной камеры жидкость через щель попадает в выливной канал, при этом центр тяжести смещается от центра, и барабан поворачивается на 120°. Жидкость выливается в корпус прибора, соединенный с выходной трубкой, а следующие полости занимают нижнее положение под налив.
Первым недостатком известного счетчика является отсутствие фиксированных положений измерительных камер вследствие того, что ничего не препятствует движущемуся по инерции барабану, который дополнительно подталкивает реактивный момент, создаваемый выливающейся жидкостью. Изготовленные опытные образцы подтвердили указанный недостаток. Следствием этого недостатка является неполное заполнение измерительных камер, а следовательно и высокая погрешность измерений.
Вторым недостатком известного счетчика является необходимость консольного крепления барабана из-за места подачи жидкости в центре барабана.
Таким образом, технической задачей является конструкция такого безударного счетчика, в котором измерительные камеры при работе периодически занимают фиксированные положения, а измеряемая жидкость успевает заполнять расчетный отмеряемый объем в измерительных камерах.
Поставленная задача решается описанными ниже техническими решениями.
Чтобы устранить удары, барабан счетчика должен быть вращающимся, а значит осесимметричным. Поэтому для его кратковременной остановки в качестве противовеса для измеряемой жидкости должна выступать та же самая жидкость.
Предлагается конструкция объемного камерного счетчика жидкости, состоящего из корпуса с входным и выходным патрубками, барабана, счетного устройства. Барабан имеет возможность вращения вокруг своей оси. Он состоит из трех равновеликих осесимметричных объемных камер и расположенных на периферии от них трех равновеликих осесимметричных массовых камер таким образом, что при полном заполнении установившейся под налив объемной камеры момент силы центра тяжести жидкости в нем уравновешен моментом силы центра тяжести жидкости в массовой камере, наполнившейся из предыдущей по направлению вращения барабана объемной камеры. А вращение барабана вызывается массой жидкости перетекающей из переполняющейся объемной камеры в массовую.
С целью уменьшения площади смачиваемых поверхностей для меньшего налипания продуктов отложений объемные камеры могут иметь приемные части, находящиеся в стороне от массовых камер.
Для преобразования количества поворотов барабана в значения измеренного объема, на барабане может быть закреплен магнит, в зоне действия которого на корпусе закреплен датчик, соединенный со счетным устройством. В случае если необходимо начинать измерения с первого поворота барабана на 120°, например, при частых перерывах в работе счетчика, на барабане могут быть осесимметрично закреплены три магнита, а датчиков может быть три или два. Два датчика - если хотя бы один из них имеет возможность выдавать различные сигналы при воздействии на него различными полюсами магнита. Следует отметить, что для того, чтобы барабан оставался осесимметричным и уравновешенным в пустом состоянии, предпочтительно использование трех магнитов.
Для снижения налипания продуктов отложений барабан может быть изготовлен из материала, препятствующего отложениям, например из титана в случае асфальтосмолопарафиновых отложений, или иметь специальное покрытие.
Для возможности работы счетчика при низких температурах, на корпусе может быть закреплено устройство обогрева.
Заявляемое техническое решение поясняется фигурами:
фиг. 1 - Принципиальная поперечная схема объемного камерного счетчика жидкости;
фиг. 2 - Продольная схема массового камерного счетчика жидкости с приемными частями объемных камер;
фиг. 3 - Поперечная схема объемного камерного счетчика жидкости с тремя магнитами и устройством обогрева.
Объемный камерный счетчик жидкости, схематично изображенный на фигуре 1, состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, барабана 4, счетного устройства 5. Барабан 4 имеет возможность вращения вокруг своей оси (т. О). Барабан 4 состоит из трех равновеликих осесимметричных объемных камер 6 и расположенных на периферии от них трех равновеликих осесимметричных массовых камер 7.
Конструкция барабана 4 выполнена таким образом, что при полном заполнении установившейся под налив объемной камеры 6 момент силы центра тяжести жидкости в ней (т. А) уравновешен моментом силы центра тяжести жидкости в массовой камере 7 (т. Б), наполнившейся из предыдущей по направлению вращения барабана объемной камеры 7. Вращение барабана 4 вызывается массой жидкости перетекающей из переполняющейся объемной камеры 6 в массовую 7.
Объемные камеры 6 могут иметь приемные части 8, находящиеся в стороне от массовых камер 7 (фигура 2).
На барабане 4 могут быть закреплены один (фигура 1) или три (фигура 3) магнита 9, в зоне действия которых на корпусе 1 закреплены один (фигура 1), два (фигура 3), или три датчика 10, соединенные со счетным устройством 5.
На корпусе может быть закреплено устройство обогрева 11 (фигура 3).
Объемный камерный счетчик жидкости работает следующим образом.
Рассмотрим рабочий режим счетчика, когда одна из массовых камер 7 уже заполнена и, находясь в нижнем положении под действием силы тяжести, удерживает барабан 4 в относительно фиксированном положении.
Измеряемая жидкость поступает из входного патрубка 2 в одну из объемных камер 6 до тех пор, пока не заполнится полностью. В момент полного заполнения объемной камеры 6 наступает кратковременное равновесие, а именно - момент силы центра тяжести (т. А) жидкости в объемной камере 6 уравновешивает момент силы центра тяжести (т. Б) жидкости в массовой камере 7.  Частным случаем является конструкция барабана, в котором объемные и массовые измерительные камеры имеют одинаковую форму и объем, а в равновесном положении плечо силы центра тяжести (т. А) жидкости в объемной камере 6 относительно оси поворота плечу силы центра тяжести (т. Б) жидкости в массовой камере 7.
Далее жидкость из объемной камеры 6 начинает перетекать в соседнюю массовую камеру 7. Равновесие смещается от оси барабана 4 в сторону заполненной объемной камеры 6, и барабан 4 поворачивается почти на 120° по направлению, показанному на фигуре 1. При этом жидкость из заполненной массовой камеры 6 сливается в корпус 1 и далее в выходной патрубок 3, а жидкость из объемной камеры 7 перетекает в соседнюю массовую камеру 6, и под налив устанавливается следующая объемная камера 6.
В режиме начала работы счетчика, когда ни одна из массовых камер 7 еще не заполнена, жидкость поступает из входного патрубка 2 в объемную камеру 6. При этом небольшого количества жидкости достаточно, чтобы барабан 4 начал поворачиваться. Далее это небольшое количество жидкости перетекает в соседнюю массовую камеру 7. А при наливе в следующую объемную камеру 6 уже успевает набраться чуть большее количество жидкости за счет уже имеющейся уравновешивающей жидкости в массовой камере 7. И так до выхода в рабочий режим работы, то есть до возможности полного наполнения объемных камер 6.
Если барабан имеет более сложную конструкцию с приемными частями 8 объемных камер 6, то жидкость из входного патрубка 2 поступает сначала в приемную часть 8, а сливается из объемной камеры 6 прямо в массовый 7.
Повороты барабана 4 регистрируются счетным устройством 5. Счетное устройство 5 может представлять собой, например, электронный блок. В таком случае повороты барабана 4 преобразуются в электрический сигнал путем воздействия магнита 9 на датчик 10, связанный со счетным устройством 5.
Если на барабане 4 закреплен один магнит 9, то регистрируется каждый полный оборот барабана 4, и, следовательно, между двумя сигналами от датчика 10 в память электронного блока записывается тройной объем измерительной объемной камеры 6.
Если на барабане 4 закреплены три магнита 9 (фигура 3), то с помощью соответствующих датчиков 10 электронным блоком регистрируется каждый объем измерительной объемной камеры 6.
Для предотвращения загустевания или замерзания жидкости при низких температурах корпус 1 счетчика может подогреваться устройством обогрева 11 (фигура 3).