RU2182660C2 - Turbine flowmeter - Google Patents
Turbine flowmeter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2182660C2 RU2182660C2 RU2000116813A RU2000116813A RU2182660C2 RU 2182660 C2 RU2182660 C2 RU 2182660C2 RU 2000116813 A RU2000116813 A RU 2000116813A RU 2000116813 A RU2000116813 A RU 2000116813A RU 2182660 C2 RU2182660 C2 RU 2182660C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- rotation
- magnetic
- sensor
- windings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геофизическим приборам для исследования газоносных скважин и измерения объемных расходов в газопроводных сетях. The invention relates to geophysical instruments for the study of gas-bearing wells and measuring volumetric flow rates in gas pipelines.
Известно устройство для исследования скважин, содержащее корпус с калиброванным каналом протока, турбинку с обтекателем, магнитомодуляционный преобразователь с обмотками возбуждения и съема сигнала, которые выполнены в виде полой катушки на магнитопроводящем каркасе с выступами для замыкания магнитного потока через лопасти турбинки [А. С. СССР, 883367, Е 21 В 47/00, 1981]. A device for researching wells is known, comprising a housing with a calibrated duct channel, a turbine with a cowl, a magnetomodulating transducer with excitation and signal pickup windings, which are made in the form of a hollow coil on a magnetically conducting frame with protrusions for closing the magnetic flux through the blades of the turbine [A. S. USSR, 883367, E 21 B 47/00, 1981].
Основными недостатками данного устройства являются:
1) Невысокая точность измерения из-за тормозящего действия магнитного потока, замыкающегося через турбинку.The main disadvantages of this device are:
1) Low measurement accuracy due to the inhibitory effect of the magnetic flux that closes through the turbine.
2) Невысокая достоверность измерения скорости протока, так как в положениях совпадения выступов магнитопровода с межлопастными воздушными зазорами турбинки датчик имеет разомкнутую магнитную систему, то есть не обладает достаточной помехоустойчивостью. 2) The low reliability of measuring the flow velocity, since in the positions of coincidence of the protrusions of the magnetic circuit with the inter-blade air gaps of the turbine, the sensor has an open magnetic system, that is, it does not have sufficient noise immunity.
3) Большие размеры датчика, с чем связано уменьшение канала протока. 3) The large size of the sensor, which is associated with a decrease in the duct channel.
4) Сложность совмещения датчика с многолопастными (более 4-х лопастей) турбинками из-за сокращения воздушного зазора между лопастями с увеличением их количества. 4) The difficulty of combining the sensor with multi-blade (more than 4 blades) turbines due to the reduction of the air gap between the blades with an increase in their number.
Известно устройство с эксцентричным грузом, содержащее узел поворота, центр тяжести которого расположен выше точки подвеса, подшипник, установленный на верхнем конце маятника с возможностью перемещения по направляющей, причем нижняя часть полуоси, расположенная соосно в корпусе, закреплена в подшипнике типа подпятник, а верхняя типа радиальный подшипник [А.С. СССР, 1346772, Е 21 В 47/02, 1987]. A device with an eccentric load, comprising a turning unit, the center of gravity of which is located above the suspension point, a bearing mounted on the upper end of the pendulum with the ability to move along the guide, the lower half of the axis located coaxially in the housing, is fixed in the bearing type thrust bearing, and the upper type radial bearing [A.S. USSR, 1346772, E 21 B 47/02, 1987].
Недостатками данного устройства являются:
1) Наличие дополнительной опоры, смещенной с оси вращения.The disadvantages of this device are:
1) The presence of an additional support, offset from the axis of rotation.
2) Использование опор одного типа - "радиальный подшипник". 2) The use of bearings of the same type - "radial bearing".
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемому является устройство скважинный расходомер, содержащее корпус с калиброванным каналом протока, в котором размещена четырехлопастная турбинка и подключенный к телеметрической системе вторичный преобразователь, состоящий из сердечника (магнитопровода) с намотанными на него сигнальной обмоткой и обмоткой возбуждения, расположенный в пазу корпуса, параллельном его оси, причем обмотки возбуждения и сигнальная намотаны в один ряд каждая, причем сигнальная обмотка расположена поверх обмотки возбуждения и состоит из двух встречно включенных полуобмоток, центры симметрии сердечника с обмотками и турбинки лежат в одной плоскости, перпендикулярной оси турбинки, а угол наклона лопастей турбинки составляет 45o [А.С. СССР, 1578479, G 01 F 1/075 Е 21 В 47/02, 1990]. Основными недостатками данного устройства являются:
1) Необходимость идентификации турбинок по уровню намагниченности лопастей.The closest in technical essence and the achieved result to the claimed one is a borehole flowmeter device comprising a housing with a calibrated duct channel in which a four-blade impeller and a secondary converter connected to a telemetry system are located, consisting of a core (magnetic circuit) with a signal winding and an excitation winding wound on it located in the groove of the housing parallel to its axis, and the excitation windings and the signal are wound in one row each, and the signal otka disposed over the field winding and consists of two counter included poluobmotok symmetry centers of the core with the windings of the impeller and lie in a plane perpendicular to the axis of the impeller, and the impeller blade angle is 45 o [A. USSR, 1578479, G 01 F 1/075 E 21 B 47/02, 1990]. The main disadvantages of this device are:
1) The need to identify the turbines by the level of magnetization of the blades.
2) Сложность стабилизации уровня намагниченности каждой из четырех лопастей турбинки в процессе эксплуатации. 2) The difficulty of stabilizing the level of magnetization of each of the four blades of the turbine during operation.
3) Большой вес металлической турбинки. 3) The heavy weight of the metal turbine.
4) Необходимость балансировочных операций и приспособлений для уменьшения момента трогания турбинки. 4) The need for balancing operations and devices to reduce the moment of starting the turbine.
5) Применение идентичных опор для подвеса турбинки в корпусе, что снижает точность измерений при вертикальном расположении канала протока. 5) The use of identical supports for suspension of the turbine in the housing, which reduces the accuracy of measurements with a vertical channel channel.
6) Сложность совмещения датчика с многолопастными турбинками. 6) The difficulty of combining the sensor with multi-blade turbines.
7) Повышенный уровень "нуля" схемы преобразователя из-за неидентичности полуэлементов датчика: реверс сигнальной обмотки препятствует укладке ее половины "виток к витку" по отношению к обмотке возбуждения. 7) The increased level of the "zero" of the converter circuit due to the non-identity of the sensor half-elements: the reverse of the signal winding prevents the installation of half of it "turn to turn" in relation to the excitation winding.
Задача изобретения - повышение точности и достоверности измерения малых расходов жидкостей и газов, обеспеченной выявлением противохода турбинки. The objective of the invention is to improve the accuracy and reliability of the measurement of small flow rates of liquids and gases, provided by the detection of the counterflow of the turbine.
Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем корпус с калиброванным каналом, в котором размещена турбинка и подключенный к телеметрической системе датчик, расположенный в пазу корпуса параллельно оси канала и выполненный из магнитопровода с намотанными на него в один ряд каждая сигнальной обмоткой, состоящей из двух встречно включенных полуобмоток, и обмоткой возбуждения, в отличие от прототипа в калиброванном канале с направлением потока сверху вниз установлены нижняя опора турбинки типа подпятник и спрямляющий аппарат, в котором закреплена верхняя опора типа радиальный подшипник, причем турбинка изготовлена из немагнитного пресс-материала, с закрепленной в торцевой части звездочкой, четыре луча которой идентичны по форме и моменту инерции относительно оси вращения и представляют собой магнитные метки четырех различных уровней намагниченности, причем к плоскости вращения меток приближен нижний полюс датчика, состоящего из двух идентичных полуэлементов, верхний из которых удален от плоскости вращения меток, а полуобмотки возбуждения обоих включены согласно и выполнены бифилярно с сигнальными полуобмотками, четыре уровня ЭДС которых образованы в заданную последовательность с периодом, обратно пропорциональным расходу при правильном направлении вращения турбинки. This object is achieved by the fact that in the known device comprising a housing with a calibrated channel, in which a turbine is located and a sensor connected to the telemetry system is located in the housing groove parallel to the channel axis and made of a magnetic circuit with each signal coil wound in it in one row, consisting of of the two onwardly connected half-windings, and an excitation winding, unlike the prototype, in the calibrated channel with the flow direction from top to bottom, the lower support of the turbine of the thrust bearing and sp a pit apparatus, in which a radial bearing-type upper support is fixed, and the turbine is made of a non-magnetic press material with an asterisk fixed in the end part, four beams of which are identical in shape and moment of inertia with respect to the axis of rotation and are magnetic marks of four different levels of magnetization, moreover, the lower pole of the sensor, consisting of two identical half elements, the upper of which is removed from the plane of rotation of the marks and the semi-windings is excited, is close to the plane of rotation of the marks I both incorporated and executed in accordance with the signal bifilar poluobmotkami four levels EMF which are formed in a predetermined sequence with a period inversely proportional to the flow rate of the impeller at the correct rotational direction.
Использование феррозондового преобразователя исключает тормозящий момент потокосцепления, вследствие чего повышается точность измерения малых скоростей протока. Вместе с тем, в условиях эксплуатации, такого рода преобразование частоты вращения крыльчатки в цифровой электрический сигнал осложняется рядом факторов, а именно:
1) различным характером распределения магнитного потенциала по поверхности каждой из лопастей турбинки;
2) уровнем одного порядка измеряемого магнитного поля (лопасти) и помех (поля Земли, полей эксплуатационного оборудования и т.д.);
3) нестабильностью уровня магнитной насыщенности турбинок в процессе эксплуатации;
4) сложностью использования многолопастных турбинок;
5) повышенным запасом устойчивости вращению турбинки из-за ее массивности, горизонтального подвеса в идентичных опорах, а также необходимости применения балансировочных приспособлений.The use of a flux-gate transducer eliminates the braking moment of flux linkage, as a result of which the accuracy of measuring low flow velocities is increased. However, under operating conditions, this kind of conversion of the impeller speed to a digital electrical signal is complicated by a number of factors, namely:
1) the different nature of the distribution of the magnetic potential over the surface of each of the blades of the turbine;
2) the level of one order of the measured magnetic field (blade) and interference (field of the Earth, fields of operational equipment, etc.);
3) instability of the level of magnetic saturation of the turbines during operation;
4) the complexity of using multi-blade turbines;
5) increased margin of stability of rotation of the turbine due to its massiveness, horizontal suspension in identical supports, as well as the need for balancing devices.
В связи с этим при многообразии конструкций турбинных расходомеров по схеме "крыльчатка - магнитометрический датчик углового положения" в научно-технической литературе не приводится, по мнению авторов, такой, в которой без существенных ее изменений была бы реализована заявляемая совокупность взаимосвязанных отличительных признаков:
1) полное отсутствие тормозящего воздействия датчика на малоинерционную турбинку;
2) повышенное отношение "сигнал - фон", что обусловлено:
а) идентичностью обмоток полуэлементов;
б) удалением верхнего полуэлемента из зоны действия поля магнитной метки;
в) исключением полей малого градиента (помех) из числа измеряемых величин;
3) уменьшенная масса и повышенная технологичность изготовления турбинки;
4) исключение приспособлений и операций по балансировке турбинки;
5) уменьшение момента трогания турбинки вследствие вертикального ее подвеса в опорах различного типа (нижняя - подпятник, верхняя - радиальный подшипник).In this regard, with the variety of designs of turbine flow meters according to the "impeller - magnetometric angle position sensor" scheme, the authors of the scientific and technical literature do not cite the one in which the claimed combination of interrelated distinctive features would be implemented without significant changes:
1) the complete absence of the inhibitory effect of the sensor on low-inertia impeller;
2) an increased signal-to-background ratio, which is due to:
a) the identity of the windings of the semi-elements;
b) removal of the upper half-element from the field of effect of the magnetic mark field;
c) the exclusion of fields of a small gradient (interference) from the number of measured quantities;
3) reduced weight and increased manufacturability of the turbine;
4) the exclusion of devices and operations for balancing the turbine;
5) a decrease in the moment of starting the turbine due to its vertical suspension in supports of various types (lower - thrust bearing, upper - radial bearing).
6) повышение точности измерения малых расходов за счет преобразования "расход - угловое положение турбинки" вместо преобразования "расход - частота вращения турбинки";
7) исключение при малых расходах погрешностей измерений, вызванных противоходом турбинки.6) improving the accuracy of measuring low flow rates due to the conversion "flow - the angular position of the turbine" instead of the conversion "flow - speed of rotation of the turbine"
7) the exclusion at low costs of measurement errors caused by the counterflow of the turbine.
Существо устройства поясняется чертежами: фиг.1 - общий вид устройства, фиг. 2 - структурная схема устройства, фиг.3 - кинематическая схема, обосновывающая минимизацию момента трогания. The essence of the device is illustrated by drawings: FIG. 1 is a general view of the device, FIG. 2 is a structural diagram of the device, FIG. 3 is a kinematic diagram justifying the minimization of the starting moment.
На фиг. 1 представлен общий вид устройства. Устройство содержит корпус прибора 1 с калиброванным каналом переменного сечения 2-3, спрямляющим аппаратом 4 и пазом 5, в котором параллельно оси канала установлен соединенный с телесистемой кабелем 6 датчик 7, состоящий из двух разделенных зазором 8 полуэлементов, нижний из которых приближен к плоскости вращения звездочки 9, закрепленной в торцевой части турбинки 10, подвешенной в различного типа опорах: верхняя 11 - радиальный подшипник, нижняя 12 - подпятник. Звездочка 9 закреплена в торцевой части турбинки 10, лучи 13, 14, 15, 16 которой имеют различную намагниченность. In FIG. 1 shows a General view of the device. The device comprises a device body 1 with a calibrated channel of variable cross section 2-3, a straightening device 4 and a groove 5, in which a
На фиг.2 представлена структурная схема устройства. Устройство содержит датчик 7, выполненный, из магнитопровода 17 с намотанными на него обмоткой возбуждения 18 и сигнальной обмоткой 19, 20 и телесистемы, где 21 - усилитель мощности, 22 - высокочастотный генератор, 23 - полосовой фильтр, 24 - масштабирующий усилитель, 25 - амплитудный детектор, 26 - фильтр низких частот, 27 - блок компараторов, 28 - логическое устройство, 29 - блок индикации. Figure 2 presents the structural diagram of the device. The device comprises a
Устройство работает следующим образом. Магнитные поля малого градиента, в том числе поле Земли, воздействует на магнитную систему преобразователя так, что устанавливается неизменный по длине каждого из сердечников датчика 7 уровень магнитной проницаемости. В момент сближения немагнитного луча звездочки 13 с нижним полуэлементом датчика 7 магнитные метки лучей 14, 15, 16 не оказывают возмущающего воздействия на преобразователь, так как удалены от него и ЭДС сигнальной обмотки равна нулю вследствие встречного включения ее полуобмоток и согласного - полуобмоток возбуждения, подключенных через кабель 6 к высокочастотному генератору телесистемы. Бифилярный способ намотки обмотки возбуждения и сигнальной обмотки обеспечивает полную идентичность электромагнитных параметров полуэлементов - увеличивается отношение "сигнал - фон" преобразователя, повышается достоверность измерений. The device operates as follows. Small-gradient magnetic fields, including the Earth’s field, act on the magnetic system of the transducer so that the magnetic permeability level is constant along the length of each of the cores of the
Моменты сближения магнитных меток 14, 15, 16 с нижним полуэлементом датчика 7 характеризуются асимметричным изменением проницаемости магнитной системы преобразователя относительно центра его магнитной оси (верхний полуэлемент удален от источника возмущающего воздействия 14, 15, 16 на величину зазора 8) и, следовательно, сопровождаются импульсами ЭДС сигнальной обмотки различных уровней, поступающими в телесистему по кабелю 6. The moments of convergence of the magnetic marks 14, 15, 16 with the lower half-element of the
В телесистеме имеется блок компараторов, с помощью которого последовательность импульсов ЭДС сигнальной обмотки различных уровней преобразуется в цифровой код. In the television system there is a block of comparators, with the help of which the pulse sequence of the EMF of the signal winding of various levels is converted into a digital code.
В случае горизонтального расположения турбинки ее момент трогания определяется суммой: момента трения в опорах и ориентирующего момента гравитационной силы, обусловленной смещением центра масс с оси вращения (вектор силы лежит в плоскости вращения). При вертикальном подвесе турбинки (фиг. 3) вектор данной гравитационной силы 
Проведенный в [А.С. СССР, 1346772, Е 21 В 47/02, 1987] анализ позволяет сделать вывод о нецелесообразности применения идентичных опор в схемах с вертикальной осью вращения. Conducted in [A.S. USSR, 1346772, Е 21 В 47/02, 1987] analysis allows us to conclude that it is inapplicable to use identical supports in circuits with a vertical axis of rotation.
Для пары идентичных опор типа "радиальный подшипник" данный вывод очевиден и не приводится. На фиг.3 изображена схема, опорные элементы которой O1 и О2 характеризуются связями различного типа. Направления их действия обусловливают минимальные коэффициенты трения подвижных частей - радиальный подшипник О2 имеет лишь нормально направленную 
Решение 1: Fx=R; Fy=P; R=P l/L (2)
Система статически определена, реакции не имеют общих линий действия - для данной схемы комбинация опор оптимальна, чем обеспечивается минимальный момент трогания тела вращения.For a pair of identical bearings of the "radial bearing" type, this conclusion is obvious and not given. Figure 3 shows a diagram, the supporting elements of which O 1 and O 2 are characterized by bonds of various types. The directions of their action determine the minimum friction coefficients of the moving parts - the O 2 radial bearing has only normally directed
Solution 1: F x = R; F y = P; R = P l / L (2)
The system is statically defined, reactions do not have common lines of action - for this scheme, the combination of supports is optimal, which ensures the minimum moment of starting the body of rotation.
При малых расходах жидкость или газ в калиброванном канале 3 направляется спрямляющим аппаратом 4 к стенкам трубы, где лопасти турбинки 10 оказывают наибольшее сопротивление потоку (угол наклона лопастей по радиальной составляющей - 40o). Эффективность преобразования возрастает также из-за уменьшения зазора между лопастями и стенками трубы в сечении ступенчатого увеличения диаметра канала 2.At low flow rates, the liquid or gas in the calibrated channel 3 is directed by a straightening device 4 to the pipe walls, where the blades of the
Повышение сопротивления протоку и его ускорение у стенок канала обеспечивает усиление вращающего момента - снижается порог трогания турбинки. Вместе с тем, оптимальной комбинацией опор (нижняя - подпятник, верхняя - радиальный подшипник) определяется минимальный запас устойчивости вращения, а также устранение момента сопротивления, обусловленного смещением центра масс турбинки с оси вращения. Increasing the resistance to the duct and its acceleration at the channel walls provides increased torque - the threshold for starting the turbine is reduced. At the same time, the optimal combination of supports (lower - thrust bearing, upper - radial bearing) determines the minimum margin of rotation stability, as well as the elimination of the resistance moment due to the displacement of the center of mass of the turbine from the axis of rotation.
Таким образом, предлагаемое устройство в сравнении с прототипом обладает рядом преимуществ: повышается точность и достоверность измерения малых расходов, а также технологичность конструкции из-за устранения непроизводительных операций по балансировке турбинки. Thus, the proposed device in comparison with the prototype has several advantages: increases the accuracy and reliability of measuring low costs, as well as the manufacturability of the design due to the elimination of unproductive operations for balancing the turbine.
Изготовлен макетный образец устройства, проведены лабораторные испытания. Приборы предназначены для исследования газоносных скважин и измерения объемных расходов в газопроводных сетях. A prototype device was manufactured, laboratory tests were conducted. The instruments are designed to study gas-bearing wells and measure volumetric flow rates in gas pipeline networks.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000116813A RU2182660C2 (en) | 2000-06-26 | 2000-06-26 | Turbine flowmeter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000116813A RU2182660C2 (en) | 2000-06-26 | 2000-06-26 | Turbine flowmeter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000116813A RU2000116813A (en) | 2002-05-20 |
| RU2182660C2 true RU2182660C2 (en) | 2002-05-20 |
Family
ID=20236901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000116813A RU2182660C2 (en) | 2000-06-26 | 2000-06-26 | Turbine flowmeter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2182660C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2611469C2 (en) * | 2015-07-20 | 2017-02-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method and device for controling spontaneous breakaway of train |
-
2000
- 2000-06-26 RU RU2000116813A patent/RU2182660C2/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2611469C2 (en) * | 2015-07-20 | 2017-02-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Method and device for controling spontaneous breakaway of train |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Thess et al. | Lorentz force velocimetry | |
| US3894433A (en) | Rotameter system with electrical read-out | |
| JPS61502281A (en) | Flowmeter to measure mass flow rate in a flow of material | |
| JPS61502704A (en) | Flowmeter to measure mass flow rate in a flow of material | |
| EP0332612A1 (en) | Ferromagnetic drive and velocity sensors for a coriolis mass flow rate meter. | |
| EP0141494B1 (en) | Fluid parameter measurement system | |
| JPH07198433A (en) | Area type flowmeter | |
| US4015471A (en) | Spherical electromagnetic water current velocity sensor with protruding electrodes | |
| US3443432A (en) | Flowmeter | |
| RU2182660C2 (en) | Turbine flowmeter | |
| US4635485A (en) | Precession flow meter | |
| RU2591277C1 (en) | Magnetic flow meter of liquid metal | |
| SU798486A1 (en) | Vortex-type flowmeter | |
| US3324386A (en) | Fluid operated spinner magnetometer for determining the orientation of the principal magnetic axis of a sample material | |
| JPS56125621A (en) | Two-phase flow measuring device | |
| SU605105A1 (en) | Level gauge | |
| RU2132946C1 (en) | Device for measuring radial inflows of liquid in operating oil wells | |
| SU1159398A1 (en) | Non-contact meter of molten metal flow | |
| JP2011185907A (en) | Flow sensor | |
| SU1164605A1 (en) | Device for measuring and registering velocity and direction of current | |
| JP2801849B2 (en) | Coriolis flow meter | |
| JP2689163B2 (en) | Double pipe sorting type electromagnetic flow meter | |
| JPS6347631A (en) | Apparatus for measuring specific gravity of fluid | |
| SU1099285A1 (en) | Method of measuring speed pulsation vorticity projection spectrum in conductive liquid media | |
| SU857710A1 (en) | Object tilt pickup |