Электромагнитный расходомер высокого давления
HIGH-PRESSURE ELECTROMAGNETIC FLOWMETER

Изобретение относится к приборостроению в области измерения расхода электромагнитным способом, и может быть использовано для измерения расхода электропроводных жидкостей при высоких давлениях, например, при строительстве и ремонте нефтяных и газовых  скважин, от 400 атмосфер и выше.
Из-за высоких давлений известные электродные системы расходомеров требуют использование сложных устройств для предотвращения утечек, короткого замыкания между электродами, деформаций, связанных с высокими давлениями внутри трубы. Электроды проходят через внутренние изоляционные футеровки, используются прокладки, уплотнительные кольца, соединенные с металлическим корпусом. Полимеры, применяемые для изготовления изоляционной футеровки в электромагнитных расходомерах, имеют существенно меньший модуль упругости (в сто раз), чем сталь, из которой изготавливается корпус прибора и электроды. Это обуславливает возникновение под действием давления жидкости, заполняющей прибор, напряжений на отрыв между неподвижным относительно корпуса металлическим электродом и окружающим его полимером.
Известен электромагнитный расходомер (RU2659463), содержащий корпус, магнитную катушку, установленную у наружной поверхности трубы, изоляционную втулку из политетрафторэтилена (тефлона) на внутренней поверхности корпуса и электрод, изготовленный из электропроводного тефлона (легированного частицами графита), прикрепленный к изоляционной втулке так, что внутренний конец электрода обращен к внутреннему объему трубы, а наружный конец контактного электрода совмещен с отверстием для электрода, выполненным в трубе. Его недостатками являются сложная технология изготовления, требующая совмещение электродов из проводящего тефлона с изоляционной втулкой.
Известен электромагнитный расходомер для работы под большим давлением (US2010162827), выбранный в качестве прототипа, использующий электрод с подпружиненной ножкой, установленной в посадочном месте, выполненном в корпусе, снабженный уплотнителями и поджатый с внешней стороны крышкой с болтами. Его недостатками являются сложность конструкции и монтажа, наличие подвижных элементов, износ при циклических нагрузках.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности расходомера при высоком давлении протекающей жидкости в условиях циклических нагрузок.
Технический результат достигается в электромагнитном расходомере, содержащем цилиндрический металлический корпус, изоляционную футеровку в измерительной полости, на изоляционной футеровке установлены плавающие электроды, соединенные с гибкими проводниками. Плавающие электроды расположены в поперечном сечении корпуса диаметрально противоположно, в горизонтальной плоскости. Изоляционная футеровка выполнена из полимерного материала, гибкие проводники расположены в толще изоляционной футеровки. В изоляционных втулках, установленных в отверстиях металлического корпуса, расположены проводники, соединенные с гибкими проводниками.
Изобретение поясняется рисунками:
фиг.1 – электромагнитный расходомер, аксонометрия;
фиг.2 – плавающий электрод электромагнитного расходомеров разрезе;
фиг.3 – центральное продольное сечение расходомера горизонтальной плоскостью;
фиг.4 – центральное поперечное сечение расходомера вертикальной плоскостью, схема расположения плавающих электродов;
фиг.5 – вариант вывода из корпуса гибких проводников электродов на поперечном сечении.
Электромагнитный расходомер имеет цилиндрический металлический корпус 1, с изоляционной футеровкой 2 на внутренней поверхности, образующие измерительную полость 3 по которой протекает рабочая среда, находящаяся под высоким давлением. Так, при закачке в скважину технологических жидкостей, давление в измерительной полости 3 может достигать 400-1000 атмосфер. Сверху, на внешней поверхности корпуса установлена магнитная катушка 10.
На изоляционной футеровке 2, а именно, на поверхности, обращенной к измерительной полости 3 установлены плавающие электроды 4. Под плавающими электродами 4 мы понимаем такое их выполнение, при котором они частично погружены в изоляционную футеровку 2 и не имеют жёсткой, неподвижной связи с металлическим корпусом 1, благодаря чему, сохраняют своё положение на поверхности изоляционной футеровки 2 при её деформации (при ее сжатии) под действием высокого давления измеряемой рабочей среды в измерительной полости 3 прибора, то есть плавают, являются подвижными относительно корпуса 1.
Плавающие электроды 4 соединены с гибкими проводниками 5 (тонкий металлический провод), расположенными в толще изоляционной футеровки 2 (полностью погружены в слой изоляционной футеровки 2). Изоляционная Футеровка выполнена из диэлектрического полимерного материала, например, из тефлона, полиуретана.
Плавающие электроды 4, преимущественно, расположены в поперечном сечении цилиндрического металлического корпуса 1 диаметрально противоположно (как показано на рисунках). Это обеспечивает максимальную точность измерений. Количество плавающих электродов 4, для повышения точности измерений, может быть больше двух.
В изоляционных втулках 6, установленных в отверстиях 7 металлического корпуса 1, расположены проводники 8, выполненные, например, в виде токопроводящих штырей или являющиеся продолжением гибких проводников 5, соединенные с гибкими проводниками 5. Далее, проводники 8 соединены с контроллером 9.
Применение плавающего электрода 4, не связанного жестко с корпусом 1, позволяет избежать в месте контакта электрода с полимером отрыва изоляционной футеровки 2 и, тем самым, обеспечивает герметичность конструкции. Плавающий электрод 4 всегда находится на поверхности изоляционной футеровки 2 и, после окончания воздействия давления, возвращается в исходное положение вместе с полимером. Гибкие проводники 5, соединяющие плавающие электроды 4 с проводниками 6, не препятствуют движению плавающих электродов 4. Таким образом, повышается надежность устройства при высоких давлениях протекающей жидкости, в условиях циклических нагрузок.