NO162831B - Fremgangsmaate og apparat til maaling av en boeyning av en ringformet plate i et roer. - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte til måling av bøyningsgraden for en åpningsavgrensende, ringformet plate ved hjelp av transduktorer eller lignende bøyningsavfølende organer, hvor nevnte plate rager radialt innad i et mediumstrøm-ningsrør, målt ved varierende differensialtrykk over nevnte ringformete plate.

Ifølge regelverket (såvel i Norge som i GB) for fiskal gassmengdemåling er det fastsatt grenseområdet for differensialtrykk for åpningsavgrensende, ringformete plater i fiskale gass-måleapparater, til inntil 500 mbar (og 0,6 Beta Ratio, dvs. forhold mellom innvendig og utvendig platediameter). Innenfor regelverket i GB er det imidlertid gitt retningslinjer for at det kan tillates overskridelse av nevnte grense på 500 mbar, dersom den totale avbøyning av den åpningsavgrensende ringformete plate er mindre enn 1% og at feilene i målingen av mediumstrømningen er mindre enn 0,1%.

Det har vært problematisk å kunne avklare de tekniske forhold i praksis, ved overskridelse av grensen for differensialtrykk på 500 mbar, som følge av mangelfulle målemetoder og mangelfullt måleutstyr. Hittil har man beregnet avbøyning i de ringformete åpningsavgrensende plater på grunnlag av en formel som er oppsatt av Jepson og Chipchase i publikasjonen "Journal of Mechanical Engineering", fra 1975. Nevnte formel fra Jepson og Chipchase gjør det mulig å beregne både avbøyning og tilhørende strømningsfeil for forskjellige Beta Ratio plater. I denne an-ledning er det i Killingworth i Nordøst-England utført forsøk hvor det ble arbeidet under differensialtrykk på fra 0 til 120 mbar. I praksis har det vist seg vanskelig å foreta forsøk ved høyere differensialtrykk, og da særlig ved differensialtrykk over 500 mbar.

Eksempelvis på Statfjord-anlegget i Nordsjøen er det benyttet en type åpningsavgrensende, ringformet plate, som inngår i en utskiftbar bærer som er betegnet som "DANIEL Senior Carriers" henholdsvis "DANIEL Junior Carriers". Tetningsringene, som brukes i slike plater, er fremstillet av rustfritt stål og er i samsvar med ISO 5167, Rev. 80. Men slike tetningsringér har ikke samme stive opplagring som oppnådd ved flensmonterte plater, som har vært utprøvet av Jepson og Chipchase. Det er derfor av stor praktisk betydning å kunne bekrefte at Jepsons og Chipchases formel også gjelder for denne type av tetningsringér, som er i bruk på sjøbaserte anlegg og som skal kunne benyttes ved differensialtrykk opp til eller over 1000 mbar.

Med den foreliggende oppfinnelse tar man sikte på å kunne simulere driftsbetingelsene mest mulig for en sjøbasert måle-stasjon som er i drift, eksempelvis på et gassfelt til sjøs. Spesielt tar man sikte på å kunne foreta forsøk ved fullskala måleutstyr og fullskala mediumtrykkrør med tilhørende fullskala ringformet plate, slik at man kan oppnå mest mulig praktiske og realistiske resultater av forsøkene. Det er spesielt interessant å kunne foreta slike forsøk ved opptredende differensialtrykk på fra 0 til 1000 mbar. Imidlertid kan det også være aktuelt å be-nytte differensialtrykk som vesentlig overstiger 1000 mbar. Man tar sikte på en løsning hvor målingene kan foretas på enkel måte i laboratoriemiljø uavhengig av å ha adgang til de store gass-volummengder som slike fullskala apparater normalt arbeider med.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at målingen foretas ved differensialtrykk som varierer eksempelvis i området mellom 0 og 1000 mbar (eller til et høyere trykknivå), under anvendelse av fullskala utstyr i et fullskala mediumstrøm-ningsrør med tilhørende ringformet plate ved at mediumstrømningen avgrenses til en smal ringspalte, som er lokalisert til området radialt like ved henholdsvis radialt like innenfor den ringformete plates inneromkrets, og at det i mediumstrømningsrøret, som er et fullskalamediumstrømningsrør med tilhørende ringformet plate, er det koaksialt innmontert et strømningstverrsnitts avgrensende, langstrakt legeme, som har ensartet eller stort sett ensartet utvendig diameter over hele eller stort sett hele lengdeutstrekningen og som har betydelig utstrekning aksialt på motsatte sider av den ringformede plate.

Herved kan man unngå de usikkerhetsmomenter som ellers kan oppstå, eksempelvis ved simulerte partialtrykk eller ved simulerte lavskala modeller, ved å sikre direkte utprøving av aktuelle ringformete plater i aktuelle omgivelser med aktuelle partialtrykk, slik disse opptrer i praksis. Ifølge oppfinnelsen har man således ved hjelp av sterkt begrensete mengder trykk-medium kunnet imitere driftsforholdene på en enkel og effektiv måte. Man har følgelig mulighet for å foreta forsøk i laboratoriemiljø basert på relativt enkle forsøk under anvendelse av konvensjonelt utstyr.

Foreliggende oppfinnelse vedrører også et apparat til måling av bøyningsgraden for en åpningsavgrensende, ringformet plate som rager radialt innad i et mediumstrømningsrør, innbefattet utstyr for måling av bøyningsgraden og utstyr for måling av differensialtrykk over nevnte ringformete plate, innbefattet utstyr for måling av partialtrykk på motsatte sider av den ringformete plate.

Apparatet ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at det i mediumstrømningsrøret, som er et fullskala mediumstrømningsrør, innbefattet en fullskala ringformet plate, er koaksialt innmontert et strømningstverrsnitt avgrensende, langstrakt legeme, som har ensartet eller stort sett ensartet utvendig diameter d<1 >over hele eller stort sett hele lengdeutstrekningen og som har betydelig utstrekning aksialt på motsatte sider av den ringformete plate, og at det mellom den ringformete plates inneromkrets og nevnte langstrakte legeme avgrenses en smal ringformet spalte, idet tverrsnittsarealet for den ringformete spalte utgjør en liten brøkdel av tverrsnittsarealet for en åpning som avgrenses radialt innenfor den ringformete plates inneromkrets.

Ytterligere trekk ved oppfinnelsen vil fremgå av den etter-følgende beskrivelse under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori: Fig. 1 viser skjematisk et apparat ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser skjematisk et utstnitt av apparatet ifølge fig. 1. Fig. 3-5 viser tre forskjellige utførelser av den ringformete plate, som skal underkastes forsøk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

I fig. 1 er det vist et apparat 10, ifølge oppfinnelsen, som er understøttet ved motstående ender på et par bukker 11 som hviler mot et gulv 12. Apparatet har en luft-(gass)-inntaksende 13 og en -uttaksende 14 i flukt med apparatets hoveddel 15 som er vist i forkortet lengde i fig. 1.

Apparatets inntaksende 13 er ved hjelp av en regulerings-ventil 16 forbundet med en trykktank 17 med et trykk på 1-3 bar. Trykkluft tilføres via en lufttilførselsledning 18 til et ekspan-sjonskammer 19a i en trykktank 19 henholdsvis via en grenledning 18a med tilhørende trykkregulator 20 til et trykkammer 19b i trykktanken 19.

Apparatets uttaksende 14 er tilknyttet friluft, ved pilen 21, via en trykkreguleringsventil 22.

Apparatet 10 omfatter et langstrakt rør 15 i form av to rørdeler 15a,15b som tilsammen danner apparatets hoveddel eller nevnte rør 15. Rørdelen 15a er påflenset et konusparti 23 som igjen er påflenset et rør 24 med vesentlig mindre tverrsnitt enn rørdelene 15a og 15b. Nevnte rør 24 inngår i apparatets inntaksende 13. Rørdelen 15b er tilsvarende påflenset et konusparti 25 som igjen er påflenset et rør 26 som inngår i apparatets uttaksende 14.

I skjøten mellom rørdelene 15a,15b, der disse er flensfor-bundet med hverandre til dannelse av røret 15, er det innmontert en åpningsavgrensende, ringformet plate 27 som rager et stykke radialt innad i hoveddelen eller røret 15. I det viste ut-førelseseksempel består hoveddelen av et fullskala medium-(gass)-strømningsrør 15 med en innvendig diameter D (fig. 2) på 256 mm (10") og med en tilsvarende plate 27 (utvendig diameter d" på 271 mm og innvendig diameter d<1> på 153 mm). Platen 27 er av den art som inngår i en bærer som ovenfor er betegnet som "DANIEL Junior Carrier". Bærerne av denne type er innrettet til å kunne ut-skiftes på lettvint måte i apparatet ifølge oppfinnelsen uten at dette er nærmere vist og beskrevet i detalj.

Platen 27 er som vist i fig. 2 innsatt i en spalte 28 mellom rørdelene 15a og 15b via en ringtetning dannende holderdel 29, som på dens radialt utadvendende side danner støtte mot et meil-omlagsstykke 30. Like utenfor platen 27, dvs. radialt like innenfor holderdelen 29 er det anbrakt en første bøyningsavfølende transduktor 31 og like innenfor platens 27 inneromkrets er det anbrakt en andre bøyningsavfølende transduktor 32. Motsvarende er det på diametralt motsatt side av platen anbrakt en tredje transduktor 33 radialt innerst og en fjerde transduktor 34 radialt ytterst. Avstanden mellom hvert par bøyningsavfølende transduktorer 31,32 og 33,34 er i det viste utførelseseksempel 26 mm. Transduktorene 31-34 er via ledningsforbindelser 35 og 36 (fig. 1) forbundet med en felles måler 37 for registrering av signaler i samsvar med avfølte lokale avbøyninger i platen 27.

I fig. 1 er det vist en første trykkmålertransduktor 38 oppstrøms like foran platen 2 7 og en andre trykkmålertransduktor 39 nedstrøms like bak platen 27. Transuktorene 38 og 3 9 er via ledninger 40 og 41 forbundet med en felles trykkdifferansetrans-duktor 42. Fra ledningene 35 og 36 løper det grenledninger 43,44 til en (16 bit) data-logger 45. Tilsvarende løper en grenledning 46 fra transduktoren 42 og en grenledning 47 fra måleren 37 via en felles ledning 48 til nevnte data-logger 45. Fra data-loggeren

45 løper en ledning 49 til en skriver/plotter 50.

Apparatet som beskrevet ovenfor er et fullskala måleapparat for et fullskala rør 15 med tilhørende fullskala plate 27.

I det viste apparat 10 er det sentralt, dvs. koaksialt i dette, innmontert et strømningsareal-avgrensende legeme 51 som løper i hele hoveddelens eller rørets 15 lengde. Legemet 51 løper med ensartet diameter d i hele lengdeutstrekningen med unntak av konisk tilspissete endepartier 52,53 som rager et stykke innad i de ovennevnte konuspartier 23,25. Man har tatt sikte på et jevnt strømningstverrsnitt fra apparatets inntaksende 13 via konuspartiet 23 til et langstrakt ringrom 54a foran platen 27 og mellom legemets 51 ytterflate og rørets 15 innerflate, med et motsvarende jevnt strømningstverrsnitt fra platen 27 via et tilsvarende ringrom 54b og via konuspartiet 25 til apparatets uttaksende 14. Den eneste innsnevring av praktisk betydning i strømningstverrsnittet finner man ved platen 27 hvis bøyningsgrad skal måles under opptredende, forskjellige dvs. varierende differensialtrykk. Det er mellom legemet 51 og platens 27 inneromkrets vist en smal ringspalte 27" ((d'-d)/2 = 0,8 mm) som trykkmediet (trykkluften) skal passere gjennom. Målingene skal eksempelvis foretas under forsøk der differensialtrykket varieres oppover fra 0 til 1000 mbar henholdsvis varieres nedover fra 1000 til 0 mbar. Ringspalten 27<*> kan generelt ha noe større eller noe mindre radialutstrekning enn vist, men er generelt i en størrelsesorden D/300.

I det viste utførelseseksempel, hvor røret 15 har en innvendig diameter D lik 256 mm, har røret oppstrøms foran platen 27 en lengde lik D x 16, dvs. lik 4096 mm og nedstrøms bak platen 27 en lengde lik D x 6, dvs. lik 1536 mm. Platen 27 har et forhold d*/cl" (Beta Ratio), dvs. et forhold mellom innvendig diameter d' og utvendig diameter d", lik 0,6. Man har konstatert jevne og stort sett ensartete strømningsforhold foran og bak platen 27, slik at man i stor grad kan imitere strømningsforholdene i et måleapparat som er i praktisk bruk for måling av gass eller et liknende medium, eksempelvis i en sjøbasert rigg på et gassfelt til sjøs.

I fig. 3 er det vist en plate 27a (av en type DANIEL-95685 med en tykkelse på 6,475 mm) som holdes i en holder 29a, som er fremstillet av teflon og som består av en første klemdel 29a<*> og en andre klemdel 29a". I dette tilfelle danner selve klemdelene 29a<*> henholdsvis 29a" tetningsanlegg mot tilhørende mothold 57a og 59a i røret 15.

I fig. 4 er det vist en plate 27b (av en type ESAS-MO76 med en tykkelse på 6,177 mm) som holdes i en holder 29b, som er fremstillet av metall og som består av en første klemdel 29b" og en andre klemdel 29b". Det er vist en første O-ring 55b mellom klemdelene 29b<1> og 29b" på klemdelenes ryggside og en andre O-ring 56b mellom klemdelen 29b<1> og et mothold 57b i røret 15 samt en tredje O-ring 58b mellom klemdelen 29b" og et mothold 59b i røret 15. Ved 60b er det vist et felles klemorgan for klemdelene 29b<1 >og 29b".

Tilsvarende er det i fig. 5 vist en plate 27c (av en type ESAS-MO75 med en tykkelse på 6,197 mm) som holdes i en holder 29c, som er fremstillet av metall og som består av en første klemdel 29c' og en andre klemdel 29c". Det er vist tre 0-ringer 55c,56c og 58c og et felles klemorgan 60c, tilsvarende som i fig. 4.

Platene 27a (fig. 3) og 27c (fig. 5) har begge en holder (29a henholdsvis 29c) som rager et stykke radialt innenfor rørets 15 innerflate, mens holderen 29b (fig. 4) er avsluttet i flukt med rørets 15 innerflate.

Det ble foretatt tilsvarende forsøk med de tre nevnte plater i rekkefølge etterat man hadde opprettet et differensialtrykk på 1000 mbar over den ringformete plate (27a,27b,27c), med trykkreguleringsventilen 22 i fullt åpen stilling og med data-loggeren 45 klargjort for registrering av forsøksdata.

Det ble først foretatt forsøk med stigende trykkdifferanse,-dvs. stigende fra 0 til 1000 mbar. Først ble trykkreguleringsventilen 22 stengt, mens luftventilen 16 mellom trykktanken 17 og røret 15 ble innstillet i fullt åpen stilling. Trigger-signaler ble avgitt til data-loggeren 45 og til en anordning (ikke nærmere vist) for åpning og lukking av trykkreguleringsventilen 22. Data-loggeren 45 ble startet'for innhenting av data, mens trykkreguleringsventilen 22 langsomt ble innstillet til fullt åpen stilling. De avsøkte trykkdifferanse-signaler og tilhørende av-bøyningssignaler ble lagret i data-logger-minnet for videre bearbeiding .

Det ble deretter foretatt forsøk med fallende trykkdifferanse,, dvs. fallende fra 1000 til 0 mbar. Først ble trykkreguleringsventilen 22 stengt, mens luftventilen 16 mellom trykktanken 17 og røret 15 ble innstillet i fullt åpen stilling. Trigger-signaler ble avgitt til data-loggeren 45 og til anordningen for åpning og lukking av trykkreguleringsventilen 22. Det ble avstengt lufttilførselen til trykktanken 17. I dette tilfelle ble anordningen for åpning og lukking innstillet til åpning av ventilen 22 til maksimum utstrømningshastighet. Når trykkreguleringsventilen 22 var i fullt åpen stilling ble lufttilførselen til trykktanken 17 avstengt. Trykket begynte å falle i røret 15 og trykkdifferanse-signalene gikk ned mot null etter en bestemt data-loggingsperiode (omtrent ett minutt). De avsøkte trykkdifferanse-signaler og tilhørende avbøyningssignaler ble lagret i data-logger-minnet for videre bearbeiding.

Som resultat av forsøkene fant man at hver enhet av plate og holder (tetningsring) oppførte seg på avvikende måte. Følgende kommentarer kan gis til de tre forsøksobjektene: Platens 27a holder 29a raget innad i røret 15 og ga inn-ledningsvis ekstra støtte for platen 27a. Ved gjentatte forsøk var denne støtte langt mindre fremtredende som følge av plastisk deformasjon av teflon-materialet.

Forsøkene viste at det bare var holderen 29b som ble av-passet etter platen 27b.

Platens 27c holder 29c raget innad i røret 15 og ga ekstra støtte for platen 2 7c. De resultater som ble oppnådd ved denne holder 29c var reproduserbare, selv om betydelig bevegelse av tetningen ble observert ved lave trykkdifferanser, noe som skyldtes bruk av "gamle" O-ringer.

Man kunne konkludere med at selv om platene 27a og 27c var de mest interessante forsøksobjekter ifølge de foretatte forsøk, ville slike plater ikke ha blitt valgt i praktiske målestasjoner som følge av at holderne raget innad i selve røret 15.

Man har kunnet fastlegge følgende (særlig når det gjelder platen 27b): a) Jepsons og Chipchases formel for avbøyning av den ringformete plate under høye differensialtrykk vil gi som resultat et "verste tilfelle" dersom platen ble benyttet med holder av metall. Med andre ord faller forsøkene fordelaktigere ut enn fryktet og beregnet ved ovennevnte formel. b) Økningen av tykkelsen på standard ringformete plater vil ikke betydelig redusere avbøyningen av platen. c) Etterhvert som differensialtrykket (maks. 1000 mbar) øker vil Jepsons og Chipchases formel forutsi en avbøyningsstørrelse

som er større enn den i praksis målte størrelse.

d) Bruken av holdere av teflon vil generelt gi mindre total plateforskyvning (dvs. forskyvning av holder + plate) men kan gi

en plateavbøyning som er 15% større enn det som er beregnet ved bruk av Jepsons og Chipchases formel.

Det må tilføyes at selv om de foretatte forsøk avklarer visse driftsmessige forhold for aktuelle plate- og holderenheter, er det klart at fremgangsmåten og apparateat også kan anvendes i forbindelse med andre forhold som skal undersøkes i tilknytning til avbøyningsmålinger i forbindelse med trykkdifferansemålinger.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte til måling av bøyningsgraden for en åpningsavgrensende, ringformet plate (27a,27b,27c) ved hjelp av transduktorer eller lignende bøyningsavfølende organer, hvor nevnte plate rager radialt innad i et mediumstrømningsrør (15), målt ved varierende differensialtrykk over nevnte ringformete plate, karaktertisert ved at målingen foretas ved differensialtrykk som varierer eksempelvis i området mellom 0 og 1000 mbar (eller til et høyere trykknivå), under anvendelse av fullskala utstyr i et fullskala mediumstrømningsrør (15) med tilhørende ringformet plate (27a, 27b,27c) ved at mediumstrømningen avgrenses til en smal ringspalte (27'), som er lokalisert til området radialt like ved henholdsvis radialt like innenfor den ringformete plates inneromkrets, og at det i mediumstrømningsrøret (15), som er et fullskala-mediumstrømningsrør med tilhørende ringformet plate (27), er det koaksialt innmontert et strømningstverrsnitts avgrensende, langstrakt legeme (51), som har ensartet eller stort sett ensartet utvendig diameter (d<1>) over hele eller stort sett hele lengdeutstrekningen og som har betydelig utstrekning aksialt på motsatte sider av den ringformede plate (27).

2. Apparat (10) til måling av bøyningsgraden for en åpningsavgrensende, ringformet plate (27) som rager radialt innad i et mediumstrømningsrør (15), innbefattet utstyr (31,32,33,34) for måling av bøyningsgraden og utstyr for måling av differensialtrykk over nevnte ringformete plate, innbefattet utstyr (38,39) for måling av partialtrykk på motsatte sider av den ringformete plate, karakterisert ved at det i mediumstrømningsrøret (15), som er et fullskala mediumstrømningsrør med tilhørende ringformet plate (27), er koaksialt innmontert et strømningstverrsnitts avgrensende, langstrakt legeme (51), som har ensartet eller stort sett ensartet utvendig diameter (d<1>) over hele eller stort sett hele lengdeutstrekningen og som har betydelig utstrekning aksialt på motsatte sider av den ringformete plate (27), og at det mellom den ringformete plates (27) inneromkrets og nevnte langstrakte legeme (51) avgrenses en smal ringformet spalte (27'), idet tverrsnittsarealet for den ringformete spalte (27') utgjør en liten brøkdel av tverrsnittsarealet for en åpning som avgrenses radialt innenfor den ringformete plates inneromkrets.

3. Apparat i samsvar med krav 2, hvor mediumstrømningsrøret (15) har en innvendig diameter D med en deri innfestet ringformet plate (27) med en innvendig diameter d, karakterisert ved at det langstrakte legeme (51) har en utstrekning aksialt på rørets oppstrømsside av den ringformete plate (27) i en størrelsesorden 16 x D og en utstrekning aksialt på rørets ned-strømsside av den ringformete plate i en størrelsesorden 6 x D, og at den ringformete spaltes radiale utstrekning ((d'-d)/2)) er i en størrelsesorden D/300.

4. Apparat i samsvar med krav 3, hvor mediumstrømningsrøret har en innvendig diameter D av en størrelsesorden 256 mm (10"), karakterisert ved at den ringformete spaltes radiale utstrekning ((d'-d)/2) er i en størrelsesorden 0,8 mm.