RU198668U1

RU198668U1 - High Pressure In-Line Coriolis Flow Meter

Info

Publication number: RU198668U1
Application number: RU2020115542U
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Сизов
Original assignee: Николай Васильевич Сизов
Priority date: 2020-05-08
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2020-07-21

Abstract

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.Техническим результатом является упрощение изготовления поточного кориолисового расходомера высокого давления, который может быть установлен в линии с разными проходными сечениями, посредством переходных элементов с различными крепежными элементами.Поточный кориолисовый расходомер высокого давления состоит 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.The utility model relates to instrumentation in the field of measuring the parameters of flowing fluids and can be used to continuously measure the flow rate of a fluid with variable temperature at high pressures, for example, when pumping process fluids during the construction and repair of oil and gas wells at pressures of 400 atmospheres and higher. The technical result is to simplify the manufacture of a high-pressure Coriolis flow meter, which can be installed in a line with different flow cross-sections, by means of transition elements with various fasteners. The high-pressure flow Coriolis flow meter consists of a body connected to the inlet and outlet flow dividers, between which are installed parallel curved measuring tubes, with cut-off elements made in the form of parts with holes for measuring tubes, as well as an oscillating system. The flow dividers have an internal tapered thread for connecting transition elements.

Description

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. The utility model relates to instrumentation in the field of measuring the parameters of flowing fluids and can be used for continuous measurement of the flow rate of fluid with variable temperature, at high pressures, for example, when pumping process fluids during the construction and repair of oil and gas wells at pressures of 400 atmospheres and above ...

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. Known in-line high-pressure Coriolis flow meters, in which the flow is divided into two symmetrical streams flowing through the measuring tubes, for example, RU2292014, RU2358242, RU2406072. So, the flow meter known from the patent RU2662035 (selected as a prototype) has a housing connected to the inlet and outlet flow dividers, between which parallel curved measuring tubes are installed, with cut-off elements made in the form of parts with holes for the measuring tubes, as well as , oscillatory system. A common drawback of the known devices is the implementation of the inlet and outlet flow dividers with flanges for installing the flow meter in line, in the form of a single piece. The disadvantage of this is the complexity of manufacturing flow dividers with flanges from a solid workpiece, increased metal consumption, labor intensity of manufacture. To install a flow meter in a line with different flow areas, it is required to manufacture the entire device for each flow area size.

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.The technical result of the utility model is to simplify the manufacture of a high-pressure in-line Coriolis flow meter, which can be installed in a line with different flow cross-sections by means of transition elements with different fasteners.

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.The technical result is achieved in a high-pressure in-line Coriolis flow meter, consisting of a housing connected to the inlet and outlet flow dividers, between which parallel curved measuring tubes are installed, with cut-off elements made in the form of parts with holes for measuring tubes, as well as an oscillating system. The flow dividers have an internal tapered thread for connecting transition elements.

Полезная модель поясняется рисунками:The utility model is illustrated by drawings:

фиг. 1 - кориолисовый расходомер высокого давления с U-образными измерительными трубами, без внешнего кожуха;fig. 1 - Coriolis high pressure flowmeter with U-shaped measuring tubes, without external casing;

фиг. 2 - кориолисовый расходомер высокого давления с трехгибными слабоизогнутыми измерительными трубами, без внешнего кожуха;fig. 2 - high-pressure Coriolis flowmeter with three-bend weakly bent measuring tubes, without outer casing;

фиг. 3 – соединение делителя потока с переходным элементом, горизонтальный разрез.fig. 3 - connection of the flow divider with the transition element, horizontal section.

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.A high-pressure Coriolis flowmeter (hereinafter referred to as the flowmeter) consists of a housing 1 connected to the inlet and outlet flow dividers 2, 3, between which parallel curved measuring tubes 4 are installed. Measuring tubes 4 can be made U-shaped (Fig. 1) or three-bend slightly curved (Fig. 2). The U-tube instrument is more sensitive to Coriolis forces and is lighter in weight, while the low-bent triple tube instrument has lower flow resistance and less wear when measuring abrasive fluids. The choice of the type of device is determined by the features of the technologies for which it is used.

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. The flow meter is equipped with shut-off elements 5, which are made in the form of separate parts, with holes for measuring tubes 4. Individual parts, before assembling the flow meter, are not an integral part of the inlet and outlet flow dividers 2, 3, but are made from separate blanks. When assembling the flow meter, shut-off elements 5 can be installed in relation to the inlet and outlet flow dividers 2, 3 with gaps (at some distance, as shown in the figures) or close to each other.

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.Shut-off elements 5, made in the form of separate parts, provide stable boundary conditions for vibrations of measuring tubes 4 due to the removal of attachment points outside the range of oscillations of measuring tubes 4. Shut-off elements 5, thanks to a rigid connection with measuring tubes 4, localize the excited vibrations inside the measuring section , reduce the propagation of vibrations to the sections of the measuring tubes 4 lying outside the segment between the cut-off elements 5 and prevent the penetration of interference from the outside in the form of shocks and vibration. Thus, the stability of the vibration flow meter is increased, and its accuracy is increased.

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. To increase the reliability of the flow meter when working with aggressive liquids, the universal measuring part (measuring tubes 4 and flow dividers 2, 3) is made of stainless steel. The inlet and outlet flow dividers 2, 3 have an internal tapered thread 6 for connecting transition elements 7 (Fig. 3). The use of an internal tapered thread for connecting transition elements 7 made of stronger black steel increases the rigidity and strength of the entire structure.

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). On the sections of the measuring tubes 4 located between the cut-off elements 5, an oscillating system is installed with the possibility of exciting oscillations. For this, the oscillatory system includes a swinging electromagnet 8 and electromagnetic vibration sensors 9. Each vibration sensor 9 is a permanent magnet and a coil, which are fixed close to each other on different pipes. With relative movement, an EMF is induced in the sensor coil, proportional to the movement speed. During harmonic oscillations, the amplitude of the velocity is proportional to the amplitude of the displacements (oscillations).

Расходомер работает следующим образом.The flow meter works as follows.

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. The liquid flow is divided into two streams flowing through the measuring tubes 4. With the help of the electromagnet 8 located in the center, oscillations are excited between the measuring tubes 4. With the help of one of the vibration sensors 9, the feedback control of the electromagnet 8 is realized: the oscillations go to the resonance mode and with fixed amplitude. The density of the liquid is determined by the value of the resonant frequency (the frequency depends on the mass of the swinging element, i.e. measuring tubes with liquid, the volume of the internal space is fixed). As a result of the movement of liquid in the oscillating measuring tubes, Coriolis forces arise, which manifests itself in the appearance of a phase difference between the readings of a pair of vibration sensors 9. Thus, the mass flow rate is calculated. Knowing the density, the volumetric flow is calculated from the mass flow. The symmetrical design of two measuring tubes 4 ensures vibration stability.

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.When the measuring tubes 4 are heated, they lengthen, but the curved shape (U-shaped or three-fold) of the pair of measuring tubes 4 allows them to lengthen without the occurrence of significant mechanical stresses inside the measuring section between the cutoff plates 5. This form of the flowmeter increases the measurement accuracy, since it makes it possible to expand the measuring pipes 4 due to thermal expansion, without stress in the pipes. The absence of internal obstacles to the flow of abrasive fluid increases reliability and reduces flow resistance.

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.The use of shut-off elements 5, made in the form of separate parts with holes for measuring tubes 4, as well as the execution of a tapered thread for connecting the transition elements 7 to the inlet and outlet flow dividers, makes it possible to simplify the manufacture of the flow meter, since the listed parts can be manufactured and assembled during simple technological operations. The use of replaceable adapter elements 7 allows the flowmeter to be connected with various fasteners for installation in a line with different flow cross-sections, for example, using quick couplings 10, which can be used at high pressures.

Claims

High-pressure in-line Coriolis flowmeter, consisting of a housing connected to inlet and outlet flow dividers, between which parallel curved measuring tubes are installed, with cut-off elements made in the form of parts with holes for measuring tubes, as well as an oscillatory system, characterized in that the dividers flow have an internal tapered thread for connecting transition elements.