Поточный кориолисовый расходомер высокого давления

Полезная модель относится к приборостроению в области измерения параметров протекающих жидкостей и может быть использовано для непрерывного измерения расхода жидкости с переменной температурой, при высоких давлениях, например, при закачке технологических жидкостей во время строительства и ремонта нефтяных и газовых скважин при давлении от 400 атмосфер и выше.
Известны поточные кориолисовые расходомеры высокого давления, в которых поток разделяется на два симметричных ручья, протекающих по измерительным трубам, например, RU2292014, RU2358242, RU2406072. Так, расходомер, известный из патента RU2662035 (выбран в качестве прототипа), имеет корпус, соединенный с входным и выходным делителями потока, между которыми установлены параллельные изогнутые измерительные трубы, с отсечными элементами, выполненными в виде деталей с отверстиями для измерительных труб, а также, колебательная система. Общим недостатком известных устройств является выполнение входного и выходного делителей потока с фланцами для установки расходомера в линию, в виде цельной детали. Недостатком этого является сложность изготовления делителей потока с фланцами из цельной заготовки, повышенная металлоемкость, трудоемкость изготовления. Для установки расходомера в линии с разными проходными сечениями, требуется изготовление всего прибора под каждый размер проходного сечения.
Техническим результатом полезной модели является упрощение изготовления поточного кориолисового расходомера высокого давления, который может быть установлен в линии с разными проходными сечениями, посредством переходных элементов с различными крепёжными элементами.
Технический результат достигается в поточном кориолисовом расходомере высокого давления, состоящем из корпуса, соединенного с входным и выходным делителями потока, между которыми установлены параллельные изогнутые измерительные трубы, с отсечными элементами, выполненными в виде деталей с отверстиями для измерительных труб, а также, колебательная система. Делители потока имеют внутреннюю коническую резьбу для присоединения переходных элементов.
Полезная модель поясняется рисунками:
фиг. 1 - кориолисовый расходомер высокого давления с U-образными измерительными трубами, без внешнего кожуха;
фиг. 2 - кориолисовый расходомер высокого давления с трехгибными слабоизогнутыми измерительными трубами, без внешнего кожуха;
фиг. 3 – соединение делителя потока с переходным элементом, горизонтальный разрез.
Кориолисовый расходомер высокого давления (далее - расходомер) состоит из корпуса 1, соединенного с входным и выходным делителями потока 2, 3, между которыми установлены параллельные изогнутые измерительные трубы 4. Измерительные трубы 4 могут быть выполнены U-образными (фиг. 1) или трехгибными слабоизогнутыми (фиг. 2). Прибор с U-образными трубами более чувствителен к воздействию сил Кориолиса, имеет меньший вес, а прибор с трехгибными слабоизогнутыми трубами имеет более низкое сопротивление потоку, а также меньший износ при измерении параметров абразивных жидкостей. Выбор типа прибора определяется особенностями технологий, для которых он применяется.
Расходомер снабжен отсечными элементами 5, которые выполнены в виде отдельных деталей, с отверстиями для измерительных труб 4. Отдельные детали, до сборки расходомера, не являются неотъемлемой частью входного и выходного делителей потока 2, 3, а изготавливаются из отдельных заготовок. При сборке расходомера, отсечные элементы 5 могут устанавливаться по отношению к входному и выходному делителям потока 2, 3 с зазорами (на некотором расстоянии, как показано на рисунках) или вплотную.
Отсечные элементы 5, выполненные в виде отдельных деталей, обеспечивают стабильные граничные условия для колебаний измерительных труб 4 за счёт выноса мест крепления за пределы области колебаний измерительных труб 4. Отсечные элементы 5, благодаря жесткой связи с измерительными трубами 4, локализуют возбуждаемые колебания внутри измерительного участка, уменьшают распространение колебаний на участки измерительных труб 4, лежащих вне отрезка между отсечными элементами 5 и препятствуют проникновению извне помех в виде ударов и вибрации. Таким образом повышается стабильность работы вибрационного расходомера, повышается его точность.
Для повышения надёжности расходомера при работе с агрессивными жидкостями, универсальная измерительная часть (измерительные трубы 4 и делители потока 2, 3) изготавливается из нержавеющей стали. Входной и выходной делители потока 2, 3 имеют внутреннюю коническую резьбу 6 для присоединения переходных элементов 7 (фиг. 3). Применение внутренней конической резьбы для присоединения переходных элементов 7, выполненных из более прочной черной стали, повышает жесткость и прочность всей конструкции.
На участках измерительных труб 4, расположенных между отсечными элементами 5, установлена колебательная система с возможностью возбуждения колебаний. Для этого, колебательная система включает раскачивающий электромагнит 8 и электромагнитные сенсоры 9 колебаний. Каждый сенсор 9 колебаний представляет собой постоянный магнит и катушку, которые закреплены вблизи друг от друга на разных трубах. При относительном движении в катушке сенсоров наводится ЭДС, пропорциональная скорости перемещения. Во время гармонических колебаний амплитуда скорости пропорциональна амплитуде перемещений (колебаний).
Расходомер работает следующим образом.
Поток жидкости разделяется на два ручья, протекающих по измерительным трубам 4. С помощью электромагнита 8, расположенного в центре, возбуждаются колебания между измерительными трубами 4. С помощью одного из сенсоров  колебаний 9 реализуется обратная связь управления электромагнитом 8: колебания выходят на режим резонанса и с фиксированной амплитудой. По значению резонансной частоты определяется плотность жидкости (частота зависит от массы раскачиваемого элемента, т.е. измерительных труб с жидкостью, объем внутреннего пространства фиксирован). В результате движения жидкости в колеблющихся измерительным трубам возникают силы Кориолиса, что проявляется в возникновении разности фаз между показаниями пары сенсоров  колебаний 9. Таким образом вычисляется массовый расход. Зная плотность, из массового расхода вычисляется объёмный расход. Симметричная конструкция из двух измерительных труб 4 обеспечивает стабильность колебаний.
При нагревании измерительных труб 4 они удлиняются, но изогнутая форма (U-образная или трёхгибная) пары измерительных труб 4 позволяет им удлиняться без возникновения существенного механических напряжений внутри измерительного участка между отсечными пластинами 5. Такая  форма расходомера повышает точность измерений, поскольку даёт возможность расширяться измерительным трубам 4 вследствие температурного расширения, без напряжений в трубах. Отсутствие внутренних препятствий для потока абразивной жидкости повышает надёжность и снижает гидродинамическое сопротивление.
Использование отсечных элементов 5, выполненных в виде отдельных деталей с отверстиями для измерительных труб 4, а также, выполнение конической резьбы для присоединения переходных элементов 7 к входному и выходному делителям потока, позволяет упростить изготовление расходомера, поскольку перечисленные части могут быть изготовлены и собраны в ходе простых технологических операций. Использование заменяемых переходных элементов 7 позволяет соединять расходомер с различными крепёжными элементами для установки в линии с разными проходными сечениями, например, с использованием быстроразъемных соединений 10, которые могут использоваться при высоких давлениях.