RU153531U1

RU153531U1 - TURBINE FLUID FLOW METER

Info

Publication number: RU153531U1
Application number: RU2015106026/28U
Authority: RU
Inventors: Андрей Васильевич Сафонов; Рим Мухарямович Галикеев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ЕНХА"
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2015-07-27

Abstract

1. Турбинный расходомер жидкости, включающий корпус с фланцами по концам, патрон, закрепленный в корпусе с использованием разъемных соединений, соосный корпусу, содержащий гильзу, турбину с двумя или более лопастями в форме геликоида, опорные крестовины с подшипниками для крепления оси турбины, установленные на корпусе датчики оборотов, выдающие в систему обработки информации данные для счета числа оборотов турбины, преобразуемые далее по установленным соотношениям в показатель расхода, отличающийся тем, что гильза патрона установлена по отношению к корпусу с зазором, который сообщен через систему отверстий с проточной частью расходомера и служит теплолозащитной рубашкой, а каждая лопасть турбины выполнена с принятым для данного диапазона характеристик набегающего потока соотношением углов наклона образующей геликоида (α) и углом наклона винтовой линии (β), при этом расположенная против потока геликоидная поверхность лопасти образована восходящим винтовым движением отрезка прямой вокруг оси геликоида против часовой стрелки относительно оси, направленной навстречу потоку, а кромки срезаны по форме оболочки тела вращения, образующая которой - плавная кривая, близкая к кривой второго порядка.2. Турбинный расходомер жидкости по п. 1, отличающийся тем, что длина лопасти турбины в осевом направлении приблизительно равна радиусу описывающей ее сферы.1. A turbine liquid flow meter, comprising a housing with flanges at the ends, a cartridge mounted in the housing using detachable connections, an axial housing comprising a sleeve, a turbine with two or more helicoid-shaped blades, supporting crosses with bearings for mounting the turbine axis mounted on RPM sensors providing data for calculating the number of turbine revolutions to the information processing system, which are further converted according to established ratios into a flow rate indicator, characterized in that the cartridge sleeve is installed with respect to the housing with a gap, which is communicated through a system of openings with the flowmeter part of the flowmeter and serves as a heat-shielding jacket, and each turbine blade is made with the ratio of the inclination angles of the generatrix of the helicoid (α) and the angle of inclination of the helix (β) while the counter-helical surface of the blade is formed by the upward spiral movement of a straight segment around the axis of the helicoid counterclockwise relative to the axis directed towards flow, and the edges are cut off according to the shape of the shell of the body of revolution, the generatrix of which is a smooth curve close to a second-order curve. 2. The turbine liquid flow meter according to claim 1, characterized in that the length of the turbine blade in the axial direction is approximately equal to the radius of the sphere describing it.

Description

Настоящая полезная модель относится к средствам измерения расхода жидкостей, преимущественно - к средствам измерения расхода нефти и нефтепродуктов. Предлагаемое устройство является расходомером жидкости с геликоидной турбиной.This utility model relates to means for measuring the flow of liquids, mainly to means for measuring the flow of oil and oil products. The proposed device is a liquid flow meter with a helicoidal turbine.

Известны турбинные расходомеры по патентам FR 2725516 (1996 г), GB 2334110 (1999 г) и заявке US 2010122584 (2010 г) компании FAURE HERMAN, по патентам РФ №№23679, 60205, отражающие последовательное развитие идеи турбинного измерителя жидкости. Представленные расходомеры содержат корпус с установленным внутри патроном, содержащим турбину, закрепленную в опорных крестовинах. При этом заявка США US 2010122584 защищает турбинный расходомер специального назначения - для измерения расхода нефтепродукта, вязкость которого искусственно снижена добавлением специального компонента, например, DRA (a drag reduction additive).Turbine flow meters are known according to the patents FR 2725516 (1996), GB 2334110 (1999) and the application US 2010122584 (2010) of the company FAURE HERMAN, according to the patents of the Russian Federation No. 23679, 60205, reflecting the consistent development of the idea of a turbine liquid meter. Presented flowmeters comprise a housing with a cartridge installed inside and containing a turbine mounted in supporting crosses. At the same time, US application US 2010122584 protects a special-purpose turbine flowmeter for measuring the consumption of an oil product whose viscosity is artificially reduced by adding a special component, for example, DRA (a drag reduction additive).

В качестве ближайшего аналога принимаем устройство по патенту GB 2334110 «Flow metering turbine», в котором турбина, имеет несколько геликоидных (винтовых) лопастей, закреплена в трубчатой гильзе между верхней (по отношению к набегающему потоку) и нижней опорами, каждая их которых представляет собой втулку (подшипник), установленную соосно гильзе на плоских продольных опорах и омывается набегающим потоком, а также патрон поточного турбинного расходомера, предназначенный для измерения расхода флюида (в данном тексте - жидкости, содержащей твердые и высоковязкие включения).As the closest analogue, we take the device according to patent GB 2334110 "Flow metering turbine", in which the turbine has several helicoid (screw) blades, is fixed in a tubular sleeve between the upper (relative to the incoming flow) and lower supports, each of which represents a sleeve (bearing) mounted coaxially with the sleeve on a flat longitudinal support and washed by a free flow, as well as a cartridge for a flow turbine flow meter designed to measure fluid flow (in this text, liquid containing solid and high viscous inclusions).

Недостатком известных механических устройств для измерения расхода является потеря давления в измеряемом потоке вязких и неоднородных жидкостей вследствие преодоления сопротивления, создаваемого омываемыми элементами конструкции расходомера, особенно, при низких температурах окружающей среды - при высокоширотной добыче и транспортировке по трубопроводам нефти и нефтепродуктов.A disadvantage of the known mechanical devices for measuring flow is the pressure loss in the measured flow of viscous and heterogeneous liquids due to overcoming the resistance created by the washed elements of the flowmeter design, especially at low ambient temperatures - at high-latitude production and transportation of oil and oil products through pipelines.

Задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение негативного влияния повышения сопротивления потоку флюида, нефти или нефтепродукта при поточном измерении расхода вязких и волокнистых сред при низких температурах окружающей среды.The objective of the proposed utility model is to reduce the negative impact of increasing the resistance to the flow of fluid, oil or oil product in the in-line measurement of the flow rate of viscous and fibrous media at low ambient temperatures.

Задача решается, благодаря тому, что в турбинном расходомере жидкости, включающем наружный корпус с фланцами по концам, патрон, закрепленный в корпусе с использованием разъемных соединений, соосный корпусу, содержащий, гильзу, турбину с двумя или более лопастями в форме геликоида, опорные крестовины с подшипниками для крепления оси турбины, установленные на корпусе датчики оборотов, выдающие в систему обработки информации данные для счета числа оборотов турбины, преобразуемые далее по установленным соотношениям в показатель расхода, при этом, гильза патрона установлена по отношению к корпусу с зазором, который сообщен через систему отверстий с проточной частью расходомера и служит теплолозащитной рубашкой, а каждая лопасть турбины выполнена с принятым для данного диапазона характеристик набегающего потока соотношением углов наклона образующей геликоида (α) и углом наклона винтовой линии (β), при этом расположенная против потока геликоидная поверхность лопасти образована восходящим винтовым движением отрезка прямой вокруг оси геликоида против часовой стрелки относительно оси, направленной навстречу потоку, а кромки срезаны по форме оболочки тела вращения, образующая которой - плавная кривая, близкая к кривой второго порядка.The problem is solved due to the fact that in a turbine liquid flow meter, including an outer casing with flanges at the ends, a cartridge fixed in the casing using detachable connections, a coaxial casing containing, a sleeve, a turbine with two or more helicoid-shaped blades, supporting crosses with bearings for mounting the axis of the turbine, revolution sensors installed on the housing, providing data for calculating the number of revolutions of the turbine to the information processing system, which are further converted into the flow rate, according to established ratios, etc. this, the cartridge sleeve is installed in relation to the housing with a gap, which is communicated through a system of openings with the flowmeter part of the flowmeter and serves as a heat-shielding jacket, and each turbine blade is made with the ratio of the inclination angles of the helicoid generatrix (α) and the inclination angle helical line (β), while the counter-helical blade surface of the blade is formed by the upward spiral movement of a straight segment around the axis of the helicoid counterclockwise along the axis directed towards the flow, and the edges are cut off according to the shape of the shell of the body of revolution, the generatrix of which is a smooth curve close to a second-order curve.

В турбинном расходомере жидкости длина лопасти турбины в осевом направлении приблизительно равна радиусу описывающей ее сферы.In a turbine fluid meter, the length of the turbine blade in the axial direction is approximately equal to the radius of the sphere that describes it.

На корпусе расходомера установлены датчики оборотов, выдающие в систему обработки информации данные для счета числа оборотов турбины, преобразуемые далее по установленным соотношениям в показатель расхода.RPM sensors are installed on the flowmeter body, which provide data to the information processing system for counting the number of turbine revolutions, which are further converted according to established ratios into a flow rate.

Для пояснения содержания настоящей заявки представлены следующие фигуры.To clarify the contents of this application, the following figures are presented.

Фиг 1 - Турбинный расходомер жидкости в разрезе.Fig 1 - Turbine fluid flow meter in the context.

Фиг 2 - Двухлопастная геликоидная турбина, разрез А-А.Fig 2 - Two-bladed helicoidal turbine, section aa.

Фиг 3 - Двухлопастная геликоидная турбина, разрез Б-Б.Fig 3 - Two-bladed helicoidal turbine, section BB.

Фиг 4 - Двухлопастная геликоидная турбина, вид В.Fig 4 - Two-blade helicoidal turbine, view B.

Фиг 5 - Двухлопастная геликоидная турбина, компьютерная фотография.Fig 5 - Two-blade helicoid turbine, computer photo.

На фигурах: 1 - корпус расходомера с фланцами, патрон 2, закрепленный в корпусе 1 с помощью прижимного кольца 3. Между гильзой 13 патрона 2 и корпусом 1 предусмотрен зазор 4, который сообщается с проточной частью расходомера через отверстия 5. Турбина 6, геликоидные лопасти 7 которой изготовлены зацело с осью 8, закреплена в подшипниках 9 и 10 на опорных крестовинах 11 и 12, которые присоединены неразъемно, например, приварены, к цилиндрической гильзе 13 патрона 2. На корпусе расходомера 1 установлены датчики оборотов 14, выдающие в систему обработки информации данные для счета числа оборотов турбины, преобразуемые далее по установленным соотношениям в показатель расхода.In the figures: 1 - flowmeter housing with flanges, cartridge 2, mounted in the housing 1 by means of a clamping ring 3. Between the sleeve 13 of the cartridge 2 and the housing 1 there is a gap 4, which communicates with the flowing part of the flowmeter through holes 5. Turbine 6, helicoid blades 7 of which are made integrally with axis 8, is mounted in bearings 9 and 10 on supporting crosspieces 11 and 12, which are permanently attached, for example, welded, to the cylindrical sleeve 13 of cartridge 2. On the meter body 1, speed sensors 14 are installed, which output to the information processing system The data for counting the number of turbine revolutions are converted further according to the established ratios into a flow rate indicator.

Расположенная против потока поверхность геликоида образована восходящим винтовым движением отрезка прямой вокруг оси геликоида против часовой стрелки, а кромки срезаны по форме оболочки тела вращения, образующая которой - плавная кривая, близкая к кривой второго порядка, например - окружности.The surface of the helicoid located opposite the flow is formed by the upward spiral motion of a straight segment around the axis of the helicoid counterclockwise, and the edges are cut off in the shape of the shell of the body of revolution, the generatrix of which is a smooth curve close to a second-order curve, for example, a circle.

Длина лопасти 7 турбины 6 в осевом направлении приблизительно равна радиусу описывающей ее сферы.The length of the blade 7 of the turbine 6 in the axial direction is approximately equal to the radius of the sphere describing it.

Для стабилизации температуры измеряемой среды, в том числе при использовании расходомера в низкотемпературных условиях, на открытом воздухе, в конструкцию введена рубашка, заполняемая жидкостью через систему отверстий 5, соединяющих ее с основным потоком.To stabilize the temperature of the medium being measured, including when using the flowmeter in low-temperature conditions, in the open air, a shirt is introduced into the structure, filled with liquid through a system of holes 5 connecting it to the main stream.

Для улучшения условий обтекания, необходимого при измерении высоковязких и волокнистых сред, кромки 15 примененных здесь геликоидных лопастей 7 со стороны набегающего потока срезаны по форме оболочки тела вращения, образующая которой - плавная кривая, близкая к кривой второго порядка, например, окружности. Длина лопастей 7 (вдоль потока) по возможности уменьшена за счет того, что длина лопасти турбины в осевом направлении приблизительно равна радиусу описывающей ее сферы.To improve the flow conditions necessary for measuring highly viscous and fibrous media, the edges 15 of the helicoid blades 7 used here 7 from the incoming flow side are cut off according to the shape of the shell of the body of revolution, which generates a smooth curve close to a second-order curve, for example, a circle. The length of the blades 7 (along the flow) is reduced as much as possible due to the fact that the length of the turbine blade in the axial direction is approximately equal to the radius of the sphere that describes it.

При этом, благодаря тому, что патрон, содержащий турбину, выполнен заменяемым, появляется возможность варьировать исполнение турбины в зависимости от предполагаемых скоростей и вязкости потока, определив эмпирически оптимальные соотношения угла наклона образующей геликоида (α) и угла наклона винтовой линии (β).Moreover, due to the fact that the cartridge containing the turbine is replaceable, it becomes possible to vary the turbine design depending on the expected flow rates and viscosity, determining the empirically optimal ratios of the angle of inclination of the generatrix of the helicoid (α) and the angle of inclination of the helix (β).

Учитывая вариантность исполнений, технологический процесс изготовления турбины предполагает использование обрабатывающих станков с программным управлением, в котором заложен выбранный типоразмерный ряд исполнений (с различным соотношением углов α и β), обеспечивающий оперативный переход от одной модели турбины к другой в пределах типоразмерного ряда.Given the variability of designs, the turbine manufacturing process involves the use of software-controlled processing machines in which the selected standard-sized series of designs (with a different ratio of angles α and β) is laid down, which ensures an efficient transition from one turbine model to another within the standard-sized series.

Claims

1. A turbine liquid flow meter, comprising a housing with flanges at the ends, a cartridge mounted in the housing using detachable connections, an axial housing comprising a sleeve, a turbine with two or more helicoid-shaped blades, supporting crosses with bearings for mounting the turbine axis mounted on RPM sensors providing data for calculating the number of turbine revolutions to the information processing system, which are further converted according to established ratios into a flow rate indicator, characterized in that the cartridge sleeve is installed with respect to the housing with a gap, which is communicated through a system of openings with the flowmeter part of the flowmeter and serves as a heat-shielding jacket, and each turbine blade is made with the ratio of the inclination angles of the generatrix of the helicoid (α) and the angle of inclination of the helix (β) while the counter-helical surface of the blade is formed by the upward spiral movement of a straight segment around the axis of the helicoid counterclockwise relative to the axis directed towards flow, and the edges are cut off according to the shape of the shell of the body of revolution, the generatrix of which is a smooth curve close to a second-order curve.

2. A turbine liquid flow meter according to claim 1, characterized in that the length of the turbine blade in the axial direction is approximately equal to the radius of the sphere describing it.