ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ ПЛОТНОСТИ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к измерительному элементу преобразователя плотности для жидких сред и может быть использована в нефтехимической отрасли для измерения плотности нефти и нефтепродуктов в потоке в непрерывном режиме.
Известен измерительный элемент проточного преобразователя плотности, раскрытый в техническом решении «Датчик плотности жидкости» (GB 2062865 B, опубл. 11.07.1984 г.), содержащий трубу резонаторную, протяженную между двумя цилиндрическими узловыми массами, на концах которой, разъемным соединением закреплены сильфоны с числом гофр равным 7, имеющие фланцы. Труба резонаторная измерительного элемента выполнена из сплава Ni- Span-C (постоянный модуль упругости в диапазоне температур от -45°С до 65°С), при этом, труба имеет небольшую степень эллиптичности с меньшей осью эллипса, параллельной направлению вибрации. Недостатком известного устройства является то, что сильфоны не компенсируют поперечные смещения, возникающие в результате внешних механических воздействий от трубы с измеряемой жидкой средой, так как сильфоны жестко закреплены на опорной шайбе с помощью фиксирующей гильзы и штифтов. Помимо этого, сильфон необратимо деформируется при повышенном давлении контролируемой среды от 4 МПа, так как без специального упрочнения имеет низкую поперечную жесткость.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является измерительный элемент преобразователя плотности, представленный в модели датчика Solartron 7835 (http://промкаталог.рф/PublicDocuments/02-0072-02.pdf), содержащий трубу резонаторную, протяженную между двумя цилиндрическими балластами, концы которой сварены с последовательно соединенными гильзой внутренней, сильфоном и гильзой внешней, а также содержащий стаканы большие, надетые на трубу резонаторную и закрепленные на гильзах внутренних и стаканы малые, соединенные с гильзами внешними. Труба резонаторная выполнена из Ni-Span-C сплава (постоянный модуль упругости в диапазоне температур от -45°С до 65°С) и имеет овальную форму. Сильфоны выполнены из нержавеющей стали 316L по стандарту ANSI с числом гофр равным пяти. Все соединения в измерительном элементе сварные. Недостатком известного устройства является конструкция сильфона, подвергающегося поперечной необратимой деформации при давлении контролируемой среды более 4 МПа, что приводит к снижению компенсирующей способности сильфонов и изменению частоты колебаний трубы резонаторной, следовательно, приводит к систематической погрешности измерений. В свою очередь, при давлении выше 6 МПа сильфоны прекращают компенсировать внешние механические воздействия. К недостаткам также можно отнести недостаточно широкий диапазон температур от -45°С до 65°С, в котором модуль упругости сплава, из которого выполнена труба резонаторная, остается практически неизменным.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение устойчивости конструкции, в условиях, изменяющихся температуры, давления контролируемой среды (нефти и нефтепродуктов) и внешних механических воздействиях, что влияет на точность измерений плотности.
Техническим результатом полезной модели является повышение устойчивости конструкции измерительного элемента преобразователя плотности при изменении температуры от -50°С до 70°С, при изменении давления нефти или нефтепродуктов 6-8 Мпа, а также при влиянии внешних механических воздействий (вибрациях).
Технический результат полезной модели достигается за счет того, что измерительный элемент преобразователя плотности содержит протяженную между двумя цилиндрическими балластами, выполненную из сплава, обладающего слабой зависимостью модуля упругости от температуры и имеющей в рабочей части форму овала, трубу резонаторную, концы которой сварены с последовательно соединенными гильзой внутренней, сильфоном и гильзой внешней; стаканы большие, надетые на трубу резонаторную и закрепленные на гильзах внутренних и стаканы малые, соединенные с гильзами внешними, отличающийся тем, что сильфоны имеют число гофр и слоев равное трем, а труба резонаторная выполнена из состаренного сплава марки 44НХТЮ.
В измерительном элементе используют трехслойные сильфоны с числом гофров равным трем, из жаропрочной нержавеющей стали 08Х18Н10Т, которые обладают поперечной устойчивостью, в условиях изменяющегося давления контролируемой среды до 8 МПа, без специального упрочнения, что позволяет обеспечить отклонение частоты колебания трубы резонаторной не более 1,7 Гц от собственной частоты. Количество гофров и слоев равное трем обеспечивает упругость сильфона, необходимую для избежания необратимой (неупругой) деформации, которая приводит к изменению частоты собственных колебаний трубы резонаторной, а, следовательно, вносит систематическую погрешность в измерение плотности. Также, используемые сильфоны обеспечивают оптимальную тепло и виброизоляцию трубы резонаторной (изоляцию от внешних воздействий). Меньшее число гофр в сильфоне увеличивает поперечную жесткость, что снижает виброизоляцию.
В предлагаемом измерительном элементе труба резонаторная имеет форму овала, что способствует компенсации влияния давления нефти или нефтепродуктов на частоту собственных колебаний трубы, которая имеет функциональную зависимость со значением плотности контролируемой среды.
Трубу резонаторную выполняют из состаренного сплава марки 44НХТЮ, обладающего слабой зависимостью модуля упругости в диапазоне температур от -50°С до 150°С и высоким пределом упругости (не ниже 650 МПа), что обеспечивает колебание трубы резонаторной с отклонением не более 0,2 Гц от собственной частоты.
Сущность полезной модели поясняется графическими материалами.
На фиг. 1 представлен общий вид измерительного элемента предлагаемой полезной модели в продольном разрезе, на которой позиции имеют следующие обозначения: 1 - труба резонаторная, 2 - цилиндрический балласт, 3 - гильза внутренняя, 4 - сильфон, 5 - гильза внешняя, 6 - стакан малый, 7 - стакан большой.
Заявленный измерительный элемент преобразователя плотности содержит одну трубу резонаторную (1), имеющую в рабочей части форму овала, с отношением малой и большой осей овала равной 5/6±0.1, протяженную между двумя цилиндрическими балластами (2), концы которой соединены путем аргонодуговой сварки по средствам таврового шва по окружности с последовательно соединенными между собой электроннолучевой сваркой гильзой внутренней (3), сильфоном (4), выполненным из жаропрочной нержавеющей стали марки 08Х18Н10Т и гильзой внешней (5); а также содержит стаканы малые (6) соединенные с гильзами внешними (5) посредством аргонодуговой сварки и стаканы большие (7), предварительно надетые на трубу резонаторную (1) и закрепленные на гильзах внутренних (3) посредством аргонодуговой сварки.
Труба резонаторная (1) выполнена из состаренного сплава марки 44НХТЮ. Гильза внутренняя (3) имеет проточку со стороны установки трубы резонаторной (1), обеспечивающую посадку трубы в гильзу на глубину 4-6 мм с целью надежной соосной фиксации в процессе сборки измерительного элемента.
Измерительный элемент используют в проточном преобразователе плотности нефти и нефтепродуктов.
Измерительный элемент преобразователя плотности работает следующим образом: Нефть или нефтепродукт поступает через последовательно соединенные между собой гильзу внешнюю (5), сильфон (4) и гильзу внутреннюю (3), трубу резонаторную (1), протяженную между двумя цилиндрическими балластами (2). В устройстве возбуждают и поддерживают незатухающие поперечные колебания трубы резонаторной (1) на второй собственной частоте. Затем, значения резонансной частоты, температуры и давления фиксируют электронным модулем проточного преобразователя плотности, и передают на вычислительный комплекс, где происходит вычисление значения плотности, которая имеет функциональную зависимость от значения второй собственной частоты колебания резонаторной трубы.
При изменении температуры от -50°С до 70°С, при изменении давления нефти или нефтепродуктов 6-8 МПа, а также при влиянии внешних механических воздействий (вибрациях) отклонение собственной частоты колебаний трубы резонаторной составляет 1,5-1,9 Гц, а необратимое поперечное смещение сильфонов, относительно своей продольной оси, заявленного измерительного элемента преобразователя плотности, равна нулю в соответствии с результатами испытаний, представленных в таблице, где 1 - сильфон, используемый в прототипе, а 2 - сильфон заявленного измерительного элемента преобразователя плотности.
Таким образом, на основании приведенных данных видно, что труба резонаторная и сильфон деформируются упруго, обеспечивая устойчивость всей конструкции измерительного элемента преобразователя плотности при заданных условиях.
3
Погрешность измерения плотности нефти или нефтепродуктов проточным преобразователем плотности с использованием заявленного измерительного элемента составляет 0,25 кг/м. Для большего увеличения точности измерения плотности могут быть введены поправочные коэффициенты.
Использование технических решений, предложенных в заявленном измерительном элементе преобразователя плотности, а именно сильфона с числом гофр и слоев равное трем без специального упрочнения и трубы резонаторной из состаренного сплава марки 44НХТЮ позволяет достичь устойчивости конструкции при изменяющейся температуре, давлении контролируемой среды и внешних механических воздействий.