NO303413B1 - Trykktransduser - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse angår det tekniske området som gjelder måling av trykket i flytende, gassformige eller til og med pastaformige fluida, inne i et oppbevarings- eller sirkulasjonsnett, såsom kretser eller rørledninger for til-førsel, overføring eller levering av et gitt fluidum til et lager, bruker eller forbruks-installasjon.

Gjennom en foretrukken anvendelse gjelder oppfinnelsen mer spesielt området for trykkmåling inne i foringsrørene i borede brønner eller brønner for ut-nyttelse av petroleumprodukter.

Innen ovennevnte område beskriver US patent nr 4.527.430 en sensor som omfatter en montasje med stempel og fjær. Patentet viser en trykktransduser som skal fastklemmes på flensen på en rørledning, og som har en omkrets-krave som definerer to støtteflater, og støtteflatenes plan er perpendikulært på trans-duserlegemets omdreiningsakse.

Fra EP-A- 138.397 er kjent en trykktransduser-montasje innrettet for konti-nuerlig overvåkning av blodtrykk. En kuppel omfatter et hulrom og en åpning for å gi kommunikasjon med utsiden. Kuppelen er festet til transduserhuset ved hjelp av knaster og holdeflenser som også holder fast en fleksibel membran mellom hulrommet og trykktransduseren. En skulder i avstand fra knastene definerer et spor, og en stopper er tilveiebrakt på legemet inntil en av knastene.

En annen type trykktransduser benytter en membran som er følsom for trykk. Denne typen tidligere kjent sensor skal omtales i det følgende: For å måle trykket i et gitt fluidum inne i foringsrøret for en brønn, og særlig en oljebrønn, er det vanlig å benytte en enhet av den typen som er illustrert på fig. 1, som er en skjematisk representasjon av den tidligere teknikk. En slik enhet gjør bruk av et hus 1, den øvre ende av hvilket er utstyrt med en flens 2 som utvendig omfatter en koblingsanordning 3, fortrinnsvis bestående av en utvendig skrugjenge.

Huset 1 avgrenser, innvendig og i hovedsak i flensens plan, en kant 4 som understøtter en pakning 5 av en ringformet type, kompakt og elastisk deformerbar. Kanten 4 er forbundet, via en konisk bæreflate 6 med den transversale kant 7 av flensen 2.

Enheten omfatter en trykktransduser 8, hvis legeme danner en base 9 av en ringformet type, lukket med en membran 10 for å motta eller bære en sensor 11 som har en strekkmåler forbundet ved ledninger 12 med en signalbehandlings-installasjon. Den ringformede base 9 omfatter et plan 13 mot hvilket pakningen 5 ligger an og er sammenpresset. Planet 13 er forbundet med en sfærisk bæreflate 14 konstruert for å virke sammen for sentrering, og for tetning, med bæreover-flaten 6 gjennom påvirkning av en feste- eller klemmedel 15 som virker via kanten

6 på en støtteoverflate 17 på basen.

Delen 15 er fortrinnsvis utformet med en mutter som kan skrues på flensen 2.

Etter installasjon tar tilstramming av delen 15 fra begynnelsen form av aksiell forskyvning av transduseren til det punkt at den bevirker tilstrekkelig

sammenpressing av pakningen 5 til at bæreflatene 6 og 14, hvis funksjon det er å sentrere transduseren inne i flensen 2, kommer i kontakt. Den tilstramningseffekt som er nødvendig for å oppnå de ovennevnte funksjonene kan tilføres enten ved bruk av en skrunøkkel eller ved bruk av en hammer, som er vanlig praksis på stedet.

Resultatet av maksimal tilstramning som produserer et aksielt trykk via kanten 16 er at transduserens legeme plasseres under spenning på grunn av samvirke mellom bæreflatene 6 og 14. Den aksielle tilstrammingskraft i retning av pilen f1 produserer faktisk en radiell spenning i retning av pilene f2 på den ringformede basen 9, slik at membranen blir bøyd i retning av pilen f3. Til dette tilføyes også en torsjonsspenning som tilføres basen 9 ved klemmedelen 15.

Man vil forstå at disse spenningene, som ikke kan måles nøyaktig på grunn av mangel på kontroll over tilstramningsforholdene og tilstanden til overflatene i kontakt, gjør det nødvendig å ta skritt til å kalibrere eller sikre effektiv nullstilling av strekkmåleren som blir deformert ved bøying av membranen 10.

I praksis vil ikke midlene som brukes til å forsøke å kalibrere eller nullstille transduseren gjøre dét mulig å motvirke en drift i målingene, som frembringer resultater som ikke kan reproduseres i tid, selv når måleforholdene er identiske.

Man vil således merke en form for hysterese i responskurven for trykkmålingene mellom en målefase med økende trykk og målefase med avtagende trykk. Denne hysterese er hovedsakelig på grunn av at det oppstår en glidning med friksjon mellom basen 9 og den koniske bæreflaten 6.

Under suksessive målinger blir det dessuten vanligvis merket en drift i nullstillingen for sensorsignalet uansett hvilket kalibreringsforhold som velges.

Umuligheten ved å styre slike data fører til feilaktig resultater som ikke kan anses pålitelige i anvendelsesområder hvor målingenes nøyaktighet gjør det mulig å utlede start, eksistens eller slutt på en operasjonsprosess, eller igjen graden av tetthet av en operasjonsbeholder hvor det er vesentlig å være i stand til å detektere en mulig lekkasje.

Den foreliggende oppfinnelse tar sikte på å overvinne de ovennevnte ulemper ved å frembringe en ny trykktransduser, som har en strekkmåler, spesielt konstruert for å tilpasses til endeflensen på en rørledning eller et boringsrør, på en slik måte at det kan etableres trykkmålinger som utføres med stor nøyaktighet, uten å føre til at det oppstår noen vesentlig hysteresefaktor eller drift av nullstillingen.

For å nå de ovennevnte mål, foreslår oppfinnelsen en trykktransduser med en strekkmåler, for montering på endeflensen av en rørledning eller et foringsrør, av den type som omfatter et sylindrisk legeme som i rett vinkel med legemets omdreiningsakse danner en elastisk deformerbar membran med en sensor som har en strekkmåler, forbundet med elektriske ledninger, og hvor det sylindriske legemet har på en side av denne membranen en ringformet base med en overflate med avkortet kjegleform og som er sammenføyd med en sirkelformet sentreringsdel for samvirke med en pakning, og på den andre siden av denne membranen en beskyttelseshylse som ligger rundt sensoren. Trykktransduseren kjennetegnes ved at det sylindriske legemet utvendig omfatter en perifer krave som strekker seg utover og definerer to støtteflater hvis plan er perpendikulære på det sylindriske legemets omdreiningsakse, hvor en av flatene er for kontakt med den øvre del av flensen, mens den andre flaten er utformet for å samvirke med et utvendig klemmeorgan for å klemme det sylindriske til flensen ved å tvinge kraven ned mot den øvre del av flensen, og ved at kraven er utformet slik at en klaring mellom det sylindriske legemets overflate med avkortet kjegleform og den tilsvarende, avkortet kjegleformede øvre del av foringen eller flensen unngår enhver kontakt unntatt ved kraven.

I tilknytning til trykktransduseren ifølge oppfinnelsen er det gunstig med en enhet for å montere en trykktransduser, med en strekkmåler, på flensen til en rørledning eller et foringsrør, som innvendig avgrenser en bærekant for en pakning, hvor enheten omfatter et transduserlegeme og en klemmedel som passer for å virke sammen med flensen til å klemme legemet i en stilling hvor pakningen er delvis sammenpresset, hvor transduseren er slik at: flensen i rørledningen omfatter på enden en transversal kant som definerer et bæreplan i rett vinkel med rørledningens akse,

klemmedelen danner en ringformet indre klemmeflate hvis plan er i rett vinkel med rørdelens symmetriakse, konstruert for å falle sammen med rørledningens akse,

transduserlegemet omfatter utvendig en perifer krave som definerer to transversale overflater, konstruert for å virke henholdsvis sammen med bæreflaten og med kanten når transduseren er montert på flensen via klemmedelen.

Forskjellige andre egenskaper og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå fra den følgende beskrivelse, gjennom ikke-begrensede eksempler, og utførelser av oppfinnelsen, under henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 er et oppriss, i snitt, av en trykktransduseren het ifølge tidligere teknikk,

fig. 2 er et oppriss, i snitt, som illustrerer en første utførelse av oppfinnelsen,

fig. 3 er et oppriss, i snitt, i likhet med fig. 2, som illustrerer en annen ut-førelsesform for oppfinnelsen,

fig. 4 er et oppriss, i snitt, som viser, i større målestokk, en detalj av ut-førelsen ifølge en variant av fig. 3,

fig. 5 er en del av et oppriss i snitt, som illustrerer den foretrukne utførelse av oppfinnelsen.

Ifølge et første eksempel på en utførelse, illustrert på fig. 2, er formålet med oppfinnelsen å tillate montering av en trykktransduser 20 på en rørledning 1 omfattende en flens 2, utstyrt med f.eks. en koblingsanordning 3 konstruert til å virke sammen med klemmedelen 15, som fortrinnsvis består av en skrubar mutter. Som i tidligere teknikk avgrenser flensen 2 en bærekant 4 for en pakning 5. Kanten 4 er forbundet med en plan transversal kant 7 med en konisk overflate av samme typen som overflaten 6 i den tidligere teknikk.

Kanten 4, kantén 7 og støtteflaten 16 på mutteren 15 definerer plan som er parallelle med hverandre og som er perpendikulære med aksen x-x' for rørled-ningen 1.

Trykktransduseren ifølge oppfinnelsen kan tenkes å ha en konstruksjon som er analog med den tidligere teknikk ved at den omfatter et legeme 8 som definerer en base 9, lukket med en elastisk deformerbar membran 10 konstruert for å understøtte den strekkmålerbaserte sensor som er beskyttet av en sylinder-formet hylse 21.

I den foreliggende oppfinnelse er legemet 8 konstruert til å omfatte, utenfor og konsentrisk med, basen 9 og hylsen 21, en perifer krave 22 som definerer to støtteflater, henholdsvis nedre og øvre, 23, og 232. Planene for flatene 23!og 232er perpendikulære med omdreiningsaksen y-y' for legemet 8. Den nedre overflate 23, er forlenget med en konisk overflate 24 som er forbundet med en sirkelrund sentreringsdel 25 konstruert for å passe inne i pakningen 5. Overflaten 24 er laget slik at den har en klarering 26 på noen få tiendels millimeter i forhold til overflaten 6, når den nedre støtteplate 23' virker sammen med den transversale kant 7 på flensen 2.

Kraven 22 kan være utformet slik at den strekker seg i hovedsak i planet til membranen 10 eller i nærheten av dette.

Trykktransduseren monteres slik at den først og fremst sikrer at pakningen 5 er tilpasset mot kanten 4, og i kontakt med legemet 8 på en slik måte at den fører sentreringsdelen 25 inn i pakningen 25 for å anbringe overflaten 23!mot kanten 7 og flensen 2.

Klemmedelen 15 settes så på plass slik at dens kobling på anordningen 3 bevirker at overflaten 16 utøver en trykkeffekt på overflaten 232 på en slik måte at den tvinger kraven 22 mot flensen 2 i parallell med symmetriaksene y-y\ x-x<1>.

Effektiv, til og med overdreven, tilstramming av mutteren 15 med alle egnede midler, selv uortodokse midler som med måte brukes på monterings-stedet, kan bare resultere i påtrykking av kompresjonsspenning på kraven 22 mellom støte- og klemmeoverflatene som er parallelle med hverandre og perpendikulære med aksene y-y', x-x'.

På denne måten er membranen 10 beskyttet mot radielle eller pseudo-radielle spenninger, men ikke utsatt for noen spenninger som resulterer fra til-strammingen, og er således i en nøytral tilstand på basis av hvilken kalibrering kan utføres for å oppnå et stabilt utgangspunkt.

Siden delen 10 ikke er utsatt for noen forspenning, er det også mulig å utføre målinger av økende trykk eller avtagende trykk, som for de samme skala-verdier produserer liten eller ingen hysteresefaktor.

I eksemplet på fig. 2 monteres transduserlegemet 8 sentrert på flensen 2, spesielt i en formonteringsstilling, via sentreringsdelen 25 som virker sammen med pakningen 5. På denne måten er det mulig å oppnå en montering som opp-rettholder en nøyaktig klarering 26 mellom overflaten 6 og 24, for å hindre at punktkontakt, under tilstramningen, forårsaker spenninger som settes opp i base 9 og overføres av denne til membranen 10.

Fig. 3 viser en annen form for utførelse hvor kraven 22 er utformet, ikke direkte av legemet 8 som i det foregående eksempel, men via en ring 30 som er koaksialt påmontert og fri til å rotere utenfor legemet 8 til den kommer i aksiell kontakt med en skulder 31 på legemet. En slik utførelsesform tillater vinkel-orientering av legemet 8, selv før tilstramningen, idet aksiell, men også vinkel- messig immobilisering av kraven 22 gjennom påvirkning av delen 15 blir overført bare til ringen 30.

Den koaksielle tilpasning av legemet 80 på rørlinjen 3 kan sikres, som alle-rede nevnt, via sentreringsdelen 25 som forlenger basen 9, for innføring pakningen 5. En variant av denne anordningen som er i stand til å sikre et slikt koaksialt forhold er illustrert på fig. 4, som viser at basen 9, muligens uten en sentreringsdel 25, plasseres koaksialt i forhold til rørledningen 1 via en konisk bæreplate 32 som utformes på basen, og tilbake fra den perifere kant, av kraven 22 på ringen 30.

Som man kan se på fig. 4 sikrer montering av trykktransduseren på flensen 2, gjennom samvirke mellom sfæreplaten 32 og overflaten 6, sentrering av ringen 30, som sikrer sentrering av legemet 8 som bæres av den transversale overflaten av basen 9 på pakningen 5.

Denne form for utførelse erkarakterisert vedat det finnes en enkelt tilstramningskontakt mellom transduserens legeme og de utvendige deler, mer spesielt mellom de motsatte overflater på skulderen 31 og kraven 22. En slik enhet fjerner kompresjonsspenningene som tilføres transduserlegemet, som kan bli reverserbart deformert i fravær av friksjon, hvilket eliminerer enhver hysteresefaktor.

Fig. 5 illustrerer den foretrukne form for utførelse, hvor ringen 30 er aksielt immobilisert på legemet 8 mellom skulderen 31 og en segerring eller annen type holdering 35, fjernbart montert i et spor 36 i en sylindrisk hylse 21. I dette eksempel på utførelse vil ringen 30 alltid danne kraven 22 som fortrinnsvis har tilstrekkelig aksiell høyde til å omgi skulderen 31, direkte forbundet med overflaten 24. Basen på kraven 24 omfatter, i forbindelsesområdet mellom dens indre perifere overflate og den transversale overflate 23„ en leppe 32 som danner en konisk bæreoverflate som kan virke sammen med setet 6 for å sikre sentrering av legemet 8 i kontakt med pakningen 5.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til de eksempler som er beskrevet og re-presentert, siden forskjellige modifikasjoner kan utføres uten å avvike fra opp-finnelsens omfang.

Claims (6)

1. Trykktransduser med en strekkmåler for montering på endeflensen (2) av en rørledning eller et foringsrør (1), av den type som omfatter et sylindrisk legeme (8) som i rett vinkel med legemets (8) omdreiningsakse (y-y') danner en elastisk deformerbar membran (10) med en sensor (11) som har en strekkmåler, forbundet med elektriske ledninger (12), og hvor det sylindriske legemet har på en side av denne membranen (10) en ringformet base (9) med en overflate (24) med avkortet kjegleform og som er sammenføyd med en sirkelformet sentreringsdel (25) for samvirke med en pakning (5), og på den andre siden av denne membranen en beskyttelseshylse (21) som ligger rundt sensoren (11),karakterisert vedat det sylindriske legemet (8) utvendig omfatter en perifer krave (22) som strekker seg utover og definerer to støtteflater (23.1 og 23.2) hvis plan er perpendikulære på det sylindriske legemets (8) omdreiningsakse (y-y<1>), hvor en av flatene (23.1) er for kontakt med den øvre del av flensen (2), mens den andre flaten (23.2) er utformet for å samvirke med et utvendig klemmeorgan (15) for å klemme det sylindriske legemet (8) til flensen (2) ved å tvinge kraven (22) ned mot den øvre del av flensen (2), og ved at kraven (22) er utformet slik at en klaring (26) mellom det sylindriske legemets (8) overflate (24) med avkortet kjegleform og den tilsvarende, avkortet kjegleformede øvre del (6) av foringen (1) eller flensen (2) unngår enhver kontakt unntatt ved kraven (22).

2. Trykktransdusér ifølge krav 1, karakterisert vedat kraven (22) danner en integrert del av legemet (8).

3. Trykktransduser ifølge krav 1, karakterisert vedat kraven (22) består av en ring (50) som er koaksielt montert og fri til å rotere på legemet (8), i kontakt med en skulder (31) på basen

4. Trykktransduser ifølge krav 3, karakterisert vedat ringen (20) er aksielt immobilisert mot skulderen (31) av en holdering (35).

5. Trykktransduser ifølge krav 3 eller 4, karakterisert vedat kraven (22) danner en sentreringsleppe (32).

6. Trykktransduser ifølge krav 3 eller 4, karakterisert vedat ringen (30) omfatter en sentreringsring (32, 37) som passer til å samvirke med en avkortet konisk overflate (6) på foringen (1) som er komplementær med legemets (8) avkortet koniske overflate (24).