RU2747367C1

RU2747367C1 - Volumetric chamber liquid meter

Info

Publication number: RU2747367C1
Application number: RU2020136330A
Authority: RU
Inventors: Альберт Нафисович Ахмадышин
Original assignee: Чудин Виктор Иванович; Научно-производственное общество с ограниченной ответственностью «Новые технологии эксплуатации скважин»
Priority date: 2020-11-05
Filing date: 2020-11-05
Publication date: 2021-05-04

Abstract

FIELD: measuring equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of measuring equipment and can be used to measure the volume and volumetric flow rate of the liquid phase in the composition of the gas-liquid mixture, for example, oil in the composition of the oil and gas mixture. A volumetric chamber liquid meter consists of a body with inlet and outlet nozzles, a rotating drum, and a counting device. The drum consists of three identical volumetric chambers and three identical mass chambers located on the periphery of them. When the volumetric chamber, which has settled under the filling, is completely filled, the moment of force of the center of gravity of the liquid in it is balanced by the moment of force of the center of gravity of the liquid in the mass chamber, which is filled from the previous volumetric chamber in the direction of rotation of the drum. The rotation of the drum is caused by the mass of liquid flowing from the overflowing volumetric chamber to the mass one. Volumetric chambers can have receiving parts located aside from mass chambers. One or three magnets can be attached to the drum, acting on one or two sensors. The drum can be made of anti-deposit material or a special coating. A heating device can be attached to the housing.

EFFECT: reduction of the measurement error due to the development of the design of such a shockless meter, in which the measuring chambers during operation periodically occupy fixed positions, and the measured liquid manages to fill the calculated measured volume in the measuring chambers.

6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерений объема и объемного расхода жидкой фазы в составе газожидкостной смеси, например, нефти в составе нефтегазовой смеси.The invention relates to the field of measuring technology and can be used to measure the volume and volumetric flow rate of the liquid phase in the composition of the gas-liquid mixture, for example, oil in the composition of the oil and gas mixture.

Из существующего уровня техники известен объемный гравиметрический счетчик жидкости (патент на изобретение № 2732782), состоящий из первичного и вторичного преобразователей, первичный преобразователь состоит из корпуса с входным и выходным патрубками, внутри корпуса установлены датчик импульсов и измерительная камера с возможностью ее поворота, содержащая две открытые сверху объемные полости, образованные плоскими боковинами и днищами, под днищами расположен контргруз, на плоскости симметрии измерительной камеры расположен магнит, который имеет возможность взаимодействия с датчиком импульсов в промежуточном между крайними положениями измерительной камеры, угол поворота измерительной камеры ограничен двумя упорами, датчик импульсов соединен с вторичным преобразователем, биссекторные плоскости двугранных углов, образованных днищами каждой объемной полости измерительной камеры, располагаются вертикально в положении этой полости под налив, отличающийся тем, что по краям объемных полостей расположены дополнительные массовые полости, биссекторные плоскости проходят через ось поворота измерительной камеры, центр масс незаполненной измерительной камеры расположен выше оси поворота измерительной камеры.A volumetric gravimetric liquid meter (patent for invention No. 2732782) is known from the existing state of the art, consisting of a primary and secondary converters, the primary converter consists of a housing with inlet and outlet nozzles, a pulse sensor and a measuring chamber are installed inside the housing with the possibility of rotation, containing two volumetric cavities open from above, formed by flat sidewalls and bottoms, counterweight is located under the bottoms, a magnet is located on the plane of symmetry of the measuring chamber, which has the ability to interact with the pulse sensor in the intermediate position between the extreme positions of the measuring chamber, the angle of rotation of the measuring chamber is limited by two stops, the pulse sensor is connected with a secondary transducer, the bisector planes of the dihedral angles formed by the bottoms of each volumetric cavity of the measuring chamber are located vertically in the position of this cavity for filling, characterized in that along the edges of the volumetric cavities p Additional mass cavities are located, the bisector planes pass through the axis of rotation of the measuring chamber, the center of mass of the unfilled measuring chamber is located above the axis of rotation of the measuring chamber.

Недостатками известного счетчика является недостаточный ресурс измерительной камеры из-за постоянных ударов об упоры.The disadvantages of the known counter are the insufficient resource of the measuring chamber due to constant impacts on the stops.

Известен трехкамерный барабанный счетчик жидкости (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества веществ: Справочник. - 4-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение. 1989 г. Стр. 314). Вокруг оси счетчика имеется кольцевая трубка, по которой поступает жидкость, выливающаяся затем во внутренний цилиндр. Цилиндр имеет три щелевых отверстия, сообщающихся с измерительными камерами. Из цилиндра жидкость через нижнюю щель перетекает в одну из внутренних полостей. При этом равновесие счетчика не нарушается, так как эта измерительная камера занимает симметричное положение относительно центральной вертикальной оси. После заполнения измерительной камеры жидкость через щель попадает в выливной канал, при этом центр тяжести смещается от центра, и барабан поворачивается на 120°. Жидкость выливается в корпус прибора, соединенный с выходной трубкой, а следующие полости занимают нижнее положение под налив.Known three-chamber drum liquid meter (Kremlin PP Flowmeters and counters of the amount of substances: Handbook. - 4th ed., Revised and add. - L .: Mechanical engineering. 1989, p. 314). Around the counter axis there is an annular tube through which liquid enters, which then pours out into the inner cylinder. The cylinder has three slotted holes communicating with the measuring chambers. From the cylinder, the liquid flows through the lower slot into one of the internal cavities. In this case, the balance of the counter is not disturbed, since this measuring chamber occupies a symmetrical position relative to the central vertical axis. After filling the measuring chamber, the liquid enters the pouring channel through the slot, while the center of gravity is shifted from the center, and the drum is rotated by 120 °. The liquid is poured into the device body, connected to the outlet tube, and the following cavities take the lower position for filling.

Первым недостатком известного счетчика является отсутствие фиксированных положений измерительных камер вследствие того, что ничего не препятствует движущемуся по инерции барабану, который дополнительно подталкивает реактивный момент, создаваемый выливающейся жидкостью. Изготовленные опытные образцы подтвердили указанный недостаток. Следствием этого недостатка является неполное заполнение измерительных камер, а следовательно и высокая погрешность измерений.The first disadvantage of the known counter is the absence of fixed positions of the measuring chambers due to the fact that nothing hinders the inertia-moving drum, which additionally pushes the reactive moment created by the outflowing liquid. Manufactured prototypes confirmed the indicated drawback. The consequence of this drawback is the incomplete filling of the measuring chambers, and, consequently, a high measurement error.

Вторым недостатком известного счетчика является необходимость консольного крепления барабана из-за места подачи жидкости в центре барабана.The second disadvantage of the known counter is the need for cantilever mounting of the drum due to the liquid supply location in the center of the drum.

Таким образом, технической задачей является конструкция такого безударного счетчика, в котором измерительные камеры при работе периодически занимают фиксированные положения, а измеряемая жидкость успевает заполнять расчетный отмеряемый объем в измерительных камерах.Thus, the technical problem is the design of such a shockless meter, in which the measuring chambers during operation periodically occupy fixed positions, and the measured liquid manages to fill the calculated measured volume in the measuring chambers.

Поставленная задача решается описанными ниже техническими решениями.The task is solved by the technical solutions described below.

Чтобы устранить удары, барабан счетчика должен быть вращающимся, а значит осесимметричным. Поэтому для его кратковременной остановки в качестве противовеса для измеряемой жидкости должна выступать та же самая жидкость.To eliminate shocks, the counter drum must be rotating, and therefore axisymmetric. Therefore, to stop it for a short time, the same liquid must act as a counterweight for the measured liquid.

Предлагается конструкция объемного камерного счетчика жидкости, состоящего из корпуса с входным и выходным патрубками, барабана, счетного устройства. Барабан имеет возможность вращения вокруг своей оси. Он состоит из трех равновеликих осесимметричных объемных камер и расположенных на периферии от них трех равновеликих осесимметричных массовых камер таким образом, что при полном заполнении установившейся под налив объемной камеры момент силы центра тяжести жидкости в нем уравновешен моментом силы центра тяжести жидкости в массовой камере, наполнившейся из предыдущей по направлению вращения барабана объемной камеры. А вращение барабана вызывается массой жидкости перетекающей из переполняющейся объемной камеры в массовую.The design of a volumetric chamber liquid meter is proposed, which consists of a housing with inlet and outlet nozzles, a drum, and a counting device. The drum has the ability to rotate around its axis. It consists of three equal-sized axisymmetric volumetric chambers and three equally-sized axisymmetric mass chambers located at the periphery of them in such a way that when the volumetric chamber established under the filling is completely filled, the moment of force of the center of gravity of the liquid in it is balanced by the moment of force of the center of gravity of the liquid in the mass chamber, filled from previous in the direction of rotation of the drum of the volumetric chamber. And the rotation of the drum is caused by the mass of liquid flowing from the overflowing volumetric chamber to the mass one.

С целью уменьшения площади смачиваемых поверхностей для меньшего налипания продуктов отложений объемные камеры могут иметь приемные части, находящиеся в стороне от массовых камер.In order to reduce the area of wetted surfaces for less adhesion of sediment products, the volumetric chambers can have receiving parts located away from the mass chambers.

Для преобразования количества поворотов барабана в значения измеренного объема, на барабане может быть закреплен магнит, в зоне действия которого на корпусе закреплен датчик, соединенный со счетным устройством. В случае если необходимо начинать измерения с первого поворота барабана на 120°, например, при частых перерывах в работе счетчика, на барабане могут быть осесимметрично закреплены три магнита, а датчиков может быть три или два. Два датчика - если хотя бы один из них имеет возможность выдавать различные сигналы при воздействии на него различными полюсами магнита. Следует отметить, что для того, чтобы барабан оставался осесимметричным и уравновешенным в пустом состоянии, предпочтительно использование трех магнитов.To convert the number of drum turns into measured volume values, a magnet can be attached to the drum, in the range of which a sensor is attached to the housing, connected to the counting device. If it is necessary to start measurements from the first rotation of the drum by 120 °, for example, with frequent interruptions in the operation of the meter, three magnets can be axisymmetrically fixed on the drum, and there can be three or two sensors. Two sensors - if at least one of them has the ability to produce different signals when exposed to different poles of the magnet. It should be noted that in order for the drum to remain axisymmetric and balanced when empty, it is preferable to use three magnets.

Для снижения налипания продуктов отложений барабан может быть изготовлен из материала, препятствующего отложениям, например из титана в случае асфальтосмолопарафиновых отложений, или иметь специальное покрытие.To reduce the adhesion of scale products, the drum can be made of a material that prevents deposits, for example titanium in the case of asphalt-resin-paraffin deposits, or have a special coating.

Для возможности работы счетчика при низких температурах, на корпусе может быть закреплено устройство обогрева.To enable the meter to operate at low temperatures, a heating device can be attached to the housing.

Заявляемое техническое решение поясняется фигурами:The claimed technical solution is illustrated by the figures:

фиг. 1 - Принципиальная поперечная схема объемного камерного счетчика жидкости;fig. 1 - Principal transverse diagram of a volumetric chamber liquid meter;

фиг. 2 - Продольная схема массового камерного счетчика жидкости с приемными частями объемных камер;fig. 2 - Longitudinal diagram of a mass chamber liquid meter with receiving parts of volumetric chambers;

фиг. 3 - Поперечная схема объемного камерного счетчика жидкости с тремя магнитами и устройством обогрева.fig. 3 - Cross-sectional diagram of a volumetric chamber liquid meter with three magnets and a heating device.

Объемный камерный счетчик жидкости, схематично изображенный на фигуре 1, состоит из корпуса 1 с входным 2 и выходным 3 патрубками, барабана 4, счетного устройства 5. Барабан 4 имеет возможность вращения вокруг своей оси (т. О). Барабан 4 состоит из трех равновеликих осесимметричных объемных камер 6 и расположенных на периферии от них трех равновеликих осесимметричных массовых камер 7.The volumetric chamber liquid meter, schematically shown in figure 1, consists of a housing 1 with an inlet 2 and outlet 3 nozzles, a drum 4, a counting device 5. The drum 4 has the ability to rotate around its axis (i.e., O). Drum 4 consists of three equal-sized axisymmetric volumetric chambers 6 and three equally-sized axisymmetric mass chambers 7 located at the periphery of them.

Конструкция барабана 4 выполнена таким образом, что при полном заполнении установившейся под налив объемной камеры 6 момент силы центра тяжести жидкости в ней (т. А) уравновешен моментом силы центра тяжести жидкости в массовой камере 7 (т. Б), наполнившейся из предыдущей по направлению вращения барабана объемной камеры 7. Вращение барабана 4 вызывается массой жидкости перетекающей из переполняющейся объемной камеры 6 в массовую 7.The design of the drum 4 is made in such a way that when the volumetric chamber 6, which has settled under the filling, is completely filled, the moment of force of the center of gravity of the liquid in it (point A) is balanced by the moment of force of the center of gravity of the liquid in the mass chamber 7 (point B), which is filled from the previous one in the direction the rotation of the drum of the volumetric chamber 7. The rotation of the drum 4 is caused by the mass of liquid flowing from the overflowing volumetric chamber 6 to the mass chamber 7.

Объемные камеры 6 могут иметь приемные части 8, находящиеся в стороне от массовых камер 7 (фигура 2).Volumetric chambers 6 can have receiving parts 8 located away from the mass chambers 7 (figure 2).

На барабане 4 могут быть закреплены один (фигура 1) или три (фигура 3) магнита 9, в зоне действия которых на корпусе 1 закреплены один (фигура 1), два (фигура 3), или три датчика 10, соединенные со счетным устройством 5.On the drum 4, one (figure 1) or three (figure 3) magnets 9 can be fixed, in the area of action of which one (figure 1), two (figure 3), or three sensors 10 are fixed on the housing 1, connected to the counting device 5 ...

На корпусе может быть закреплено устройство обогрева 11 (фигура 3).A heating device 11 (figure 3) can be fixed on the body.

Объемный камерный счетчик жидкости работает следующим образом.Volumetric chamber liquid meter works as follows.

Рассмотрим рабочий режим счетчика, когда одна из массовых камер 7 уже заполнена и, находясь в нижнем положении под действием силы тяжести, удерживает барабан 4 в относительно фиксированном положении.Let us consider the operating mode of the counter, when one of the mass chambers 7 is already filled and, being in the lower position under the action of gravity, holds the drum 4 in a relatively fixed position.

Измеряемая жидкость поступает из входного патрубка 2 в одну из объемных камер 6 до тех пор, пока не заполнится полностью. В момент полного заполнения объемной камеры 6 наступает кратковременное равновесие, а именно - момент силы центра тяжести (т. А) жидкости в объемной камере 6 уравновешивает момент силы центра тяжести (т. Б) жидкости в массовой камере 7. Частным случаем является конструкция барабана, в котором объемные и массовые измерительные камеры имеют одинаковую форму и объем, а в равновесном положении плечо силы центра тяжести (т. А) жидкости в объемной камере 6 относительно оси поворота плечу силы центра тяжести (т. Б) жидкости в массовой камере 7.The measured liquid flows from the inlet 2 into one of the volumetric chambers 6 until it is completely filled. At the moment the volumetric chamber 6 is completely filled, a short-term equilibrium occurs, namely, the moment of force of the center of gravity (m. A) of the liquid in the volumetric chamber 6 balances the moment of force of the center of gravity (m. B) of the liquid in the mass chamber 7. A particular case is the design of the drum, in which the volumetric and mass measuring chambers have the same shape and volume, and in the equilibrium position, the shoulder of the center of gravity (m. A) of the liquid in the volumetric chamber 6 relative to the axis of rotation of the arm of the center of gravity (m. B) of the liquid in the mass chamber 7.

Далее жидкость из объемной камеры 6 начинает перетекать в соседнюю массовую камеру 7. Равновесие смещается от оси барабана 4 в сторону заполненной объемной камеры 6, и барабан 4 поворачивается почти на 120° по направлению, показанному на фигуре 1. При этом жидкость из заполненной массовой камеры 6 сливается в корпус 1 и далее в выходной патрубок 3, а жидкость из объемной камеры 7 перетекает в соседнюю массовую камеру 6, и под налив устанавливается следующая объемная камера 6.Further, the liquid from the volumetric chamber 6 begins to flow into the adjacent mass chamber 7. The equilibrium is shifted from the axis of the drum 4 towards the filled volumetric chamber 6, and the drum 4 rotates by almost 120 ° in the direction shown in figure 1. In this case, the liquid from the filled mass chamber 6 is drained into the housing 1 and further into the outlet 3, and the liquid from the volumetric chamber 7 flows into the adjacent mass chamber 6, and the next volumetric chamber 6 is installed under the filling.

В режиме начала работы счетчика, когда ни одна из массовых камер 7 еще не заполнена, жидкость поступает из входного патрубка 2 в объемную камеру 6. При этом небольшого количества жидкости достаточно, чтобы барабан 4 начал поворачиваться. Далее это небольшое количество жидкости перетекает в соседнюю массовую камеру 7. А при наливе в следующую объемную камеру 6 уже успевает набраться чуть большее количество жидкости за счет уже имеющейся уравновешивающей жидкости в массовой камере 7. И так до выхода в рабочий режим работы, то есть до возможности полного наполнения объемных камер 6.In the start mode of the counter, when none of the mass chambers 7 is yet filled, the liquid flows from the inlet 2 into the volumetric chamber 6. In this case, a small amount of liquid is enough to make the drum 4 begin to rotate. Further, this small amount of liquid flows into the adjacent mass chamber 7. And when pouring into the next volumetric chamber 6, it already manages to gain a little more liquid due to the already existing balancing liquid in the mass chamber 7. And so on until it enters the operating mode, that is, until full filling of volumetric chambers 6.

Если барабан имеет более сложную конструкцию с приемными частями 8 объемных камер 6, то жидкость из входного патрубка 2 поступает сначала в приемную часть 8, а сливается из объемной камеры 6 прямо в массовый 7.If the drum has a more complex structure with the receiving parts 8 of the volumetric chambers 6, then the liquid from the inlet nozzle 2 first enters the receiving part 8, and is drained from the volumetric chamber 6 directly into the mass chamber 7.

Повороты барабана 4 регистрируются счетным устройством 5. Счетное устройство 5 может представлять собой, например, электронный блок. В таком случае повороты барабана 4 преобразуются в электрический сигнал путем воздействия магнита 9 на датчик 10, связанный со счетным устройством 5.The rotations of the drum 4 are registered by the counting device 5. The counting device 5 can be, for example, an electronic unit. In this case, the turns of the drum 4 are converted into an electrical signal by the action of the magnet 9 on the sensor 10, which is connected to the counting device 5.

Если на барабане 4 закреплен один магнит 9, то регистрируется каждый полный оборот барабана 4, и, следовательно, между двумя сигналами от датчика 10 в память электронного блока записывается тройной объем измерительной объемной камеры 6.If one magnet 9 is fixed on the drum 4, then every complete revolution of the drum 4 is recorded, and, therefore, between the two signals from the sensor 10, the triple volume of the measuring volumetric chamber 6 is recorded in the memory of the electronic unit.

Если на барабане 4 закреплены три магнита 9 (фигура 3), то с помощью соответствующих датчиков 10 электронным блоком регистрируется каждый объем измерительной объемной камеры 6.If three magnets 9 are fixed on the drum 4 (figure 3), then with the help of the corresponding sensors 10, the electronic unit registers each volume of the measuring volumetric chamber 6.

Для предотвращения загустевания или замерзания жидкости при низких температурах корпус 1 счетчика может подогреваться устройством обогрева 11 (фигура 3).To prevent the liquid from thickening or freezing at low temperatures, the meter body 1 can be heated by the heating device 11 (figure 3).

Claims

1. Volumetric chamber liquid meter, consisting of a housing with inlet and outlet nozzles, a drum, a counting device, characterized in that the drum has the ability to rotate around its axis, consists of three equally sized axisymmetric volumetric chambers and three equally sized axisymmetric mass chambers located on the periphery of them. chambers in such a way that when the volumetric chamber, which has settled under the filling, is completely filled, the moment of force of the center of gravity of the liquid in it is balanced by the moment of force of the center of gravity of the liquid in the mass chamber, filled from the previous volumetric chamber in the direction of rotation of the drum, and the rotation of the drum is caused by the mass of liquid flowing from the overflowing volumetric chamber in mass.

2. Volumetric chamber liquid meter according to claim 1, characterized in that the volumetric chambers have receiving parts located aside from the mass chambers.

3. Volumetric chamber liquid meter according to claim 1 or 2, characterized in that one or three magnets are fixed on the drum, in the range of which one, two or three sensors are fixed on the body, connected to the counting device.

4. Volumetric chamber liquid meter according to claims 1 to 3, characterized in that the drum is made of a material that prevents deposits.

5. Volumetric chamber liquid meter according to claims 1 to 3, characterized in that the drum has a coating that prevents deposits.

6. Volumetric chamber liquid meter according to claims 1-5, characterized in that a heating device is attached to the body.