RU201254U1

RU201254U1 - VIBRATION MEASURING CONVERTER

Info

Publication number: RU201254U1
Application number: RU2020128482U
Authority: RU
Inventors: Алексей Анатольевич Воронцов
Original assignee: Алексей Анатольевич Воронцов
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2020-12-07

Abstract

Полезная модель относится к приборостроению в области измерения плотности и массового расхода жидкостей вибрационным способом в условиях работы с вязкими и абразивными жидкостями, находящимися под высоким давлением, например для использования с цементными и буровыми растворами.Полезная модель направлена на снижение металлоемкости конструкции вибрационного измерительного преобразователя, предназначенного для измерения плотности и массового расхода цементных и буровых растворов, находящихся при высоком давлении вплоть до 100 МПа.Вибрационный измерительный преобразователь состоит из двух измерительных трубок, расположенных параллельно друг другу, соединенных с конечными элементами, драйвера, одного или двух сенсоров и защитного кожуха. Измерительные трубы скреплены между собой узловыми элементами, узловые элементы имеют вырезы под измерительные трубы, защитный кожух соединен неразъемным соединением с конечными элементами, в которых закреплены переходные элементы. Переходные элементы могут быть оснащены быстросъемными элементами. В конечном элементе может быть установлен датчик давления. Датчик давления может быть установлен через переходник, заполненный разделительной жидкостью и имеющий разделительную мембрану. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.The utility model relates to instrumentation in the field of measuring the density and mass flow rate of liquids by a vibration method in conditions of work with viscous and abrasive liquids under high pressure, for example, for use with cement and drilling fluids. for measuring the density and mass flow rate of cement and drilling fluids at high pressures up to 100 MPa. The vibration measuring transducer consists of two measuring tubes located parallel to each other, connected to finite elements, a driver, one or two sensors and a protective cover. The measuring tubes are fastened together by nodal elements, the nodal elements have cutouts for the measuring tubes, the protective casing is permanently connected to the end elements in which the transition elements are fixed. Transitional elements can be equipped with quick-detachable elements. A pressure sensor can be installed in the end element. The pressure sensor can be installed through an adapter filled with a separating liquid and having a separating diaphragm. 2 wp f-ly, 3 dwg

Description

Полезная модель относится к приборостроению в области измерения плотности и массового расхода жидкостей вибрационным способом в условиях работы с вязкими и абразивными жидкостями, находящимися под высоким давлением, например для использования с цементными и буровыми растворами.The utility model relates to instrumentation in the field of measuring the density and mass flow of liquids by means of a vibration method under conditions of work with viscous and abrasive liquids under high pressure, for example, for use with cement and drilling fluids.

Известен вибрационный измеритель (патент РФ на изобретение №2533332, опубл. 20.11.2014, бюл. №32), который включает в себя один или несколько трубопроводов, включающих в себя колеблющийся участок и неколеблющийся участок, и привод, присоединенный к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированный для возбуждения колебаний колеблющегося участка трубопровода на одной или нескольких приводных частотах. Вибрационный измеритель также включает в себя один или несколько измерительных преобразователей, присоединенных к одному трубопроводу из одного или нескольких трубопроводов и сконфигурированных для регистрации движения трубопровода. Одна или несколько деталей измерителя, исключая колеблющийся участок трубопроводов, привод и измерительные преобразователи, снабжены демпфирующим материалом, нанесенным, по меньшей мере, на участок поверхности детали измерителя для одной или нескольких деталей измерителя, который снижает одну или несколько резонансных частот колебаний детали измерителя ниже одной или нескольких приводных частот.Known vibration meter (RF patent for invention No. 2533332, publ. 20.11.2014, bull. No. 32), which includes one or more pipelines, including an oscillating section and a non-oscillating section, and a drive connected to one pipeline from one or multiple conduits and configured to excite vibrations of an oscillating section of the conduit at one or more drive frequencies. The vibration meter also includes one or more measuring transducers connected to a single conduit from one or more conduits and configured to register the movement of the conduit. One or more parts of the meter, excluding the oscillating section of pipelines, the drive and measuring transducers, are equipped with damping material applied, at least on the surface of the part of the meter for one or more parts of the meter, which reduces one or more resonant vibration frequencies of the part of the meter below one or several drive frequencies.

Недостатком описанного вибрационного измерителя является низкая точность измерения при использовании вибрационного преобразователя под высоким давлением.The disadvantage of the described vibration meter is the low measurement accuracy when using a vibration transducer under high pressure.

Кроме того, известен поточный прямотрубный плотномер высокого давления (патент РФ на полезную модель №198129, опубл. 19.06.2020, бюл. №17), который состоит из корпуса, соединенного сваркой с входным и выходным делителями потока. Между делителями потока установлены параллельные измерительные трубы с элементами возбуждения и приема колебаний. Плотномер снабжен отсечными элементами с отверстиями для измерительных труб. Отсечные элементы выполнены в виде отдельных деталей с отверстиями для измерительных труб. Например, указанные отдельные детали могут быть выполнены в виде массивных дисков с отверстиями для измерительных труб. Делители потока имеют коническую резьбу для присоединения переходных элементов. Переходные элементы могут быть оснащены быстроразъемными соединениями.In addition, there is a known in-line high-pressure straight-tube density meter (RF patent for utility model No. 198129, publ. 06/19/2020, bul. No. 17), which consists of a body welded to the inlet and outlet flow dividers. Parallel measuring tubes with elements for excitation and reception of oscillations are installed between the flow dividers. The density meter is equipped with cut-off elements with holes for measuring tubes. Shut-off elements are made as separate parts with holes for measuring tubes. For example, these individual parts can be made in the form of massive disks with holes for measuring tubes. The flow dividers have a tapered thread for connecting transition elements. Transition elements can be equipped with quick couplings.

Недостатком описанного прямотрубного плотномера, выбранного в качестве прототипа, является высокая металлоемкость конструкции при изготовлении приборов на большие проходные сечения, так как высота и глубина корпуса или диаметр для цилиндрического корпуса плотномера определяется размерами отсечных элементов. Наличие в них отверстий для измерительных труб ведет к увеличению их размера, так как требуется обеспечить определенное расстояние между кромкой отверстия и кромкой отсечного элемента.The disadvantage of the described straight-tube densitometer, selected as a prototype, is the high metal consumption of the structure in the manufacture of devices for large flow sections, since the height and depth of the body or the diameter for the cylindrical body of the density meter is determined by the dimensions of the cut-off elements. The presence of holes for measuring tubes in them leads to an increase in their size, since it is required to provide a certain distance between the edge of the hole and the edge of the shut-off element.

Технической задачей полезной модели является снижение металлоемкости конструкции вибрационного измерительного преобразователя предназначенного для измерения плотности и массового расхода цементных и буровых растворов находящихся при высоком давлении вплоть до 100 МПа.The technical task of the utility model is to reduce the metal consumption of the construction of a vibration measuring transducer designed to measure the density and mass flow rate of cement and drilling fluids under high pressure up to 100 MPa.

Технический результат достигается тем, что вибрационный измерительный преобразователь, состоящий из защитного кожуха, конечных элементов, в одном из которых установлен датчик давления, переходных элементов, двух измерительных трубок расположенных параллельно друг другу и соединенных с конечными элементами, с закрепленными на них драйвером и одним или двумя сенсорами, содержит узловые элементы имеющие вырезы для крепления на измерительных трубах. Использование незамкнутых вырезов в узловых элементах для крепления на измерительных трубах вместо отверстий позволяет снизить габаритные размеры и массу вибрационного измерительного преобразователя.The technical result is achieved by the fact that a vibration measuring transducer, consisting of a protective casing, finite elements, in one of which a pressure sensor is installed, transition elements, two measuring tubes located parallel to each other and connected to the finite elements, with a driver attached to them and one or with two sensors, contains nodal elements with cutouts for mounting on measuring tubes. The use of open cutouts in the nodal elements for mounting on measuring tubes instead of holes allows one to reduce the overall dimensions and weight of the vibration measuring transducer.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен внешний вид вибрационного измерительного преобразователя; на фиг. 2 - вибрационный измерительный преобразователь без защитного кожуха; на фиг. 3 - узловой элемент с вырезами для крепления на измерительных трубах.The utility model is illustrated by drawings. FIG. 1 shows the appearance of a vibration measuring transducer; in fig. 2 - vibration measuring transducer without a protective casing; in fig. 3 - knot element with cutouts for mounting on measuring tubes.

Вибрационный измерительный преобразователь состоит из первой измерительной трубки 1, второй измерительной трубки 2, расположенной параллельно первой, которые скреплены между собой узловыми элементами 3. Первая измерительная трубка 1 и вторая измерительная трубка 2 своими концами закреплены в конечных элементах 4 и 5. В конечном элементе 5 сделано отверстие для установки датчика давления 6. На первой измерительных трубке 1 и второй измерительной трубке 2 закреплены попарно и соосно кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями для установки электромагнитного драйвера 8 и одного или двух электромагнитных сенсоров 9. В конечные элементы 4 и 5 с помощью конической резьбы устанавливаются переходные элементы 10, на других концах которых закреплены гайка быстроразъемного соединения 11 и винт быстроразъемного соединения 12. Вибрационный измерительный преобразователь закрывается защитным кожухом 13, выполненным из цилиндрической трубы, и закрепляется неразъемным соединением с обеих сторон с конечными элементами 4 и 5. На защитном кожухе 13 расположена рамка 14 для крепления контроллера 15 и доступа к электромагнитному драйверу 8. На защитном кожухе 13 могут быть выполнены лючки 16 с крышками 17 для доступа к одному или обоим электромагнитным сенсорам 9. На защитном кожухе 13 закреплены неразъемным соединением ручки для переноски 18 и 19. К ручке 19 закрепляется защитный кожух датчика давления 20.The vibration measuring transducer consists of a first measuring tube 1, a second measuring tube 2, located parallel to the first one, which are fastened together by nodal elements 3. The first measuring tube 1 and the second measuring tube 2 are fixed at their ends in end elements 4 and 5. In the end element 5 a hole was made for installing a pressure sensor 6. On the first measuring tube 1 and the second measuring tube 2, brackets 7 with threaded holes are fixed in pairs and coaxially for installing an electromagnetic driver 8 and one or two electromagnetic sensors 9. In the final elements 4 and 5 using a tapered thread adapter elements 10 are installed, at the other ends of which the quick-disconnect nut 11 and the quick-disconnect screw 12 are fixed. elements 4 and 5. On the protective casing 13 there is a frame 14 for attaching the controller 15 and access to the electromagnetic driver 8. On the protective casing 13, hatches 16 with covers 17 can be made to access one or both of the electromagnetic sensors 9. The protective casing 13 is fixed one-piece connection of carrying handles 18 and 19. A protective cover of the pressure sensor 20 is fixed to the handle 19.

Вибрационный преобразователь используется следующим образом. На измерительные трубки 1 и 2 надеваются узловые элементы 3, далее концы измерительных трубок 1 и 2 ввариваются в конечные элементы 4 и 5, после этого к трубкам 1 и 2 симметрично относительно середины привариваются узловые элементы 3. На поверхность трубок 1 и 2 в середине, а также с одной или с обеих сторон относительно середины привариваются попарно и соосно кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями. На полученную конструкцию надевается защитный кожух 13, выполненный в виде трубы с рамкой 14 для крепления контроллера 15. Защитный кожух 13 дополнительно может иметь один или два лючка 16 с крышкой 17, которые используются для доступа к электромагнитным сенсорам 9. Защитный кожух 13 приваривается с одной стороны к конечному элементу 4, а с другой стороны к конечному элементу 5 преобразователя. В конечные элементы 4 и 5 ввинчиваются на конусную резьбу переходники 10, с другой стороны которых установлены гайка 11 и винт 12 быстроразъемного соединения. Конечный элемент 5 выполняется с отверстием, в которое устанавливается датчик давления 6. Через рамку 14 и лючки 16 в кронштейны 7 с резьбовыми отверстиями устанавливаются электромагнитный драйвер 8 и один или два электромагнитных сенсора 9. На одну из измерительных трубок 1 или 2 и на защитный кожух 13 через рамку 14 устанавливаются датчики температуры. Провода от электромагнитного драйвера 8, электромагнитных сенсоров 9 и датчиков температуры заводятся на разъем установленный в рамке 14. На рамку 14 устанавливается контроллер 15 с ответным разъемом. К внешнему разъему контроллера подключается кабель датчика давления 6. Лючки 16 закрываются крышками 17.The vibrating transducer is used as follows. Nodal elements 3 are put on the measuring tubes 1 and 2, then the ends of the measuring tubes 1 and 2 are welded into the final elements 4 and 5, after that the nodal elements 3 are welded to the tubes 1 and 2 symmetrically relative to the middle. On the surface of tubes 1 and 2 in the middle, and also from one or both sides relative to the middle, brackets 7 with threaded holes are welded in pairs and coaxially. A protective casing 13 is put on the resulting structure, made in the form of a pipe with a frame 14 for attaching the controller 15. The protective casing 13 can additionally have one or two hatches 16 with a cover 17, which are used to access the electromagnetic sensors 9. The protective casing 13 is welded to one side to the end element 4, and on the other side to the end element 5 of the converter. The end elements 4 and 5 are screwed onto the tapered thread of the adapter 10, on the other side of which the nut 11 and the screw 12 of the quick-release connection are installed. The end element 5 is made with a hole in which the pressure sensor is installed 6. Through the frame 14 and hatches 16, the electromagnetic driver 8 and one or two electromagnetic sensors 9 are installed in the brackets 7 with threaded holes 9. On one of the measuring tubes 1 or 2 and on the protective casing 13 through the frame 14 temperature sensors are installed. The wires from the electromagnetic driver 8, electromagnetic sensors 9 and temperature sensors are connected to the connector installed in the frame 14. A controller 15 with a mating connector is installed on the frame 14. The pressure sensor cable is connected to the external connector of the controller 6. The hatches 16 are closed with covers 17.

Принцип действия вибрационного измерительного преобразователя основан на резонансном эффекте механической колебательной системы и на эффекте Кориолиса. Резонансная частота колебаний трубок задается свойствами механической колебательной системы и зависит от материала, размеров и массы измерительных трубок. Масса измерительных трубок определяется массой материала трубы и массой жидкости. Из резонансной частоты колебаний вибрационного преобразователя вычисляется плотность жидкости в трубах. Под воздействием высокого давления трубки расширяются, изменяется их объем и жесткость, поэтому в этом случае для точного измерения плотности требуется компенсация показаний от изменения давления, для чего служит датчик давления. При работе с вязкими жидкостями датчик давления может быть установлен через переходник с разделительной мембраной. Переходник заполнен разделительной жидкостью.The principle of operation of the vibration measuring transducer is based on the resonance effect of a mechanical oscillatory system and on the Coriolis effect. The resonant frequency of oscillation of the tubes is set by the properties of the mechanical oscillatory system and depends on the material, size and mass of the measuring tubes. The mass of the measuring tubes is determined by the mass of the pipe material and the mass of the liquid. The density of the liquid in the pipes is calculated from the resonant vibration frequency of the vibrating transducer. Under the influence of high pressure, the tubes expand, their volume and stiffness change, therefore, in this case, for accurate density measurement, compensation of readings from changes in pressure is required, for which a pressure sensor serves. For viscous liquids, the pressure transmitter can be installed via a diaphragm seal adapter. The adapter is filled with release liquid.

Движение жидкости внутри подобной колебательной системы вносит дополнительную деформацию колебательных трубок и формирует сдвиг фаз между колебаниями сенсоров пропорциональный скорости движения жидкости. Согласно эффекту Кориолиса из сдвига фаз между сигналами сенсоров вычисляется массовый расход жидкости.The movement of a liquid inside such an oscillatory system introduces additional deformation of the oscillating tubes and forms a phase shift between the oscillations of the sensors proportional to the speed of movement of the liquid. According to the Coriolis effect, the fluid mass flow rate is calculated from the phase shift between the sensor signals.

Механическая колебательная система формируется из двух измерительных трубок скрепленных между собой узловыми элементами. Параметры механической колебательной системы задаются свойствам измерительных трубок, такими как жесткость материала, диаметр, толщина стенки труб и эффективная длина колебательной системы. Эффективная длина колебательной системы задается расстоянием между узловыми элементами. Узловые элементы образуют узлы колебаний, которые препятствуют влиянию внешних механических воздействий на параметры колебательной системы. Концы измерительных трубок закрепляются в конечных элементах, которые служат для подключения прибора к трубопроводу через переходные элементы, разделения жидкости на два потока и закрепления защитного кожуха.The mechanical oscillatory system is formed from two measuring tubes connected by nodal elements. The parameters of the mechanical vibrating system are set by the properties of the measuring tubes, such as material stiffness, diameter, wall thickness of the tubes and the effective length of the vibrating system. The effective length of the oscillating system is set by the distance between the nodal elements. The nodal elements form vibration nodes that prevent the influence of external mechanical influences on the parameters of the oscillatory system. The ends of the measuring tubes are fixed in end elements, which are used to connect the device to the pipeline through transition elements, separate the liquid into two streams and secure the protective casing.

Колебания измерительных трубок вибрационного преобразователя возбуждаются электромагнитным драйвером. Амплитуда колебаний вибрационного измерительного преобразователя стабилизируется по сигналу с одного электромагнитного сенсора. Второй электромагнитный сенсор используется для определения задержки фазы колебаний по сравнению с сигналом первого сенсора.The vibrations of the measuring tubes of the vibration transducer are excited by an electromagnetic driver. The vibration amplitude of the vibration measuring transducer is stabilized by a signal from one electromagnetic sensor. The second electromagnetic sensor is used to determine the phase delay of the oscillations compared to the signal from the first sensor.

Положительный результат достигается тем, что вибрационный измерительный преобразователь, состоящий из защитного кожуха, конечных элементов, в одном из которых установлен датчик давления, переходных элементов, двух измерительных трубок расположенных параллельно друг другу и соединенных с конечными элементами с закрепленными на них драйвером и одним или двумя сенсорами, содержит узловые элементы имеющие вырезы для крепления на измерительных трубах.A positive result is achieved by the fact that a vibration measuring transducer, consisting of a protective casing, finite elements, in one of which a pressure sensor is installed, transition elements, two measuring tubes located parallel to each other and connected to finite elements with a driver attached to them and one or two sensors, contains nodal elements with cutouts for mounting on measuring tubes.

Claims

1. Vibration measuring transducer consisting of two measuring tubes located parallel to each other, connected to finite elements, a driver, one or two sensors and a protective casing, characterized in that the measuring tubes are fastened together by nodal elements, each of which has open cutouts for mounting on measuring tubes, the protective casing is permanently connected to the end elements, in which the transition elements are fixed.

2. Vibration measuring transducer according to claim 1, characterized in that a pressure sensor can be installed in one end element. 3. Vibration measuring transducer according to claim 2, characterized in that the pressure sensor can be installed through an adapter filled with a separating liquid and having a separating membrane.