WO2014084759A1 - Тахометрический расходомер (варианты) - Google Patents

Тахометрический расходомер (варианты) Download PDF

Info

Publication number
WO2014084759A1
WO2014084759A1 PCT/RU2013/001069 RU2013001069W WO2014084759A1 WO 2014084759 A1 WO2014084759 A1 WO 2014084759A1 RU 2013001069 W RU2013001069 W RU 2013001069W WO 2014084759 A1 WO2014084759 A1 WO 2014084759A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flow meter
tachometric
sensitive elements
meter according
blades
Prior art date
Application number
PCT/RU2013/001069
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Марина Петровна ПЕЩЕРЕНКО
Сергей Николаевич ПЕЩЕРЕНКО
Александр Исаакович РАБИНОВИЧ
Евгений Вячеславович ПОШВИН
Олег Александрович ПЛОТНИКОВ
Евгений Сергеевич ХОРОШЕВ
Дмитрий Иосифович УФИМЦЕВ
Original Assignee
Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" (Зао "Новомет-Пермь")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" (Зао "Новомет-Пермь") filed Critical Закрытое Акционерное Общество "Новомет-Пермь" (Зао "Новомет-Пермь")
Publication of WO2014084759A1 publication Critical patent/WO2014084759A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/10—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects using rotating vanes with axial admission
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow

Definitions

  • the present invention relates to measuring technique and can be used to measure the flow of liquids, including as a submersible flow meter for oil-water mixtures.
  • Known tachometric ball flow meter containing a housing with a cylindrical flow channel and an annular non-flow vortex chamber, in which the sensing element in the form of a ball is freely placed, coaxially mounted in the channel and a sleeve with a swirl cantilever mounted in front of the vortex chamber at its rear end, forming an annular behind the vortex chamber a slot with a housing communicating the vortex chamber with a flow channel and a signal pick-up unit, and an additional annular vortex is made in the housing behind the annular gap Single chamber, open from the axis (auth. Inventor's Certificate of USSR N ° 1,051,379, ⁇ .G01Fl / 05, G 01 F1 / 10, publ.
  • the fluid passing through the central confluent flow channel enters the blades of the swirl, due to which stable toroidal vortices with a high degree of turbulence are created in the additional vortex chamber.
  • a stream rotating in an additional vortex chamber draws in liquid through the annular slit located in the annular non-flow chamber, and the liquid, in turn, is a ball whose rotation frequency is proportional to the liquid flow rate and is determined using the signal acquisition unit.
  • the disadvantages of the described device include the possibility of local changes in the properties of a multiphase fluid in a non-flow vortex chamber, for example, due to the accumulation and combining gas bubbles or solid particles, which will lead to a change in the flow regime of the liquid and a change in the speed of rotation of the ball at the same flow rate.
  • the accuracy of the flowmeter readings will depend on the viscosity of the liquid, which significantly limits the scope of the described flowmeter under conditions of unstable viscosity values.
  • a tachometric flowmeter containing a ball-shaped converter of the ShADR flow rate and a magneto-induction signal pick-up unit MIL (Kremlevsky P.P. Flow meters and quantity counters: Reference book. - Leningrad: “Mechanical Engineering", 1989, 704 pp., 299-300).
  • the converter comprises an annular chamber installed in the housing between the nozzles with a ball, the cavity of which is connected to the flowing part by an annular gap located on the side of the outlet nozzle. A three-blade flow swirl is placed inside the annular gap.
  • MIP is installed on the outer side of the body in the plane of the orbit of rotation of the ball.
  • a controlled fluid flow passes through the central channel of the annular chamber, swirls with a swirl and leaves the housing through the outlet pipe.
  • the rotation of the flow is transmitted along the annular gap into the cavity of the annular chamber and sets the ball in motion, the rotation frequency of which is controlled by the MIP.
  • the disadvantages of the known design should include a short service life due to the high velocity of the liquid at the outlet of the swirler, causing the presence of abrasive particles in the liquid, rapid wear of the ball.
  • Another significant drawback of such flowmeters is the inability to use them for measurement fluid flow rate with changing properties: viscosity and density.
  • a tachometric flow meter is selected, consisting of a composite flow housing with a central axial and coaxial measuring channels, an inlet guide apparatus with radial oblique blades mounted at the inlet of the measuring channel, an output guide apparatus with radial straight blades located at the outlet of the measuring channel, an annular toroidal groove made in the body of the housing between the input and output guide vanes, in which ball, and the control unit for the circular movements of the ball along the annular groove (RF patent JYQ 2278969 C1, IPC ⁇ 47/10, G01F 1/06, publ. 06/27/2006).
  • the ball continuously moves in a circle under the action of a swirling stream exiting the inlet guide apparatus.
  • the angular velocity (rotational speed) of the ball is a measure of the flow rate of the liquid along the measuring channel and is fixed using the control unit installed opposite the orbit of rotation of the ball.
  • the technique for determining the feed by the speed of rotation of the ball in any tachometric flowmeter is quite simple.
  • the frequency depends on two groups of parameters: the first group includes parameters that determine the geometry of the flowmeter - these are the dimensions of the flow channels, the radius of the ball and its mass (or the density of the material of the ball), the size of the groove in which the ball rotates, the radius of the ball’s orbit; the second group includes parameters that characterize the medium under study - this is the volumetric flow rate of the liquid, its viscosity and density.
  • the parameters of the first group specific performance of the flow meter you can get the dependence of the speed of the ball on the volumetric flow rate of the liquid with the specified properties (viscosity and density).
  • the coefficients a / and a 2 are determined in bench conditions at the stage of calibration of the flow meter. From the measured frequency of rotation of the ball and the known a and a 2 it is possible to calculate the volumetric flow rate of the liquid.
  • the geometry of the flow channel in the described prototype does not allow to measure the flow rate of the reservoir fluid with high accuracy, since the measuring peripheral channel at the place of the toroidal groove for the ball goes into an inclined section oriented from the periphery to the center, as a result of which conditions arise for cornering different vortex structures in a turbulent flow at different flow rates.
  • the groove for the ball on top is closed, which leads to the accumulation of various impurities, air bubbles contained in the pumped liquid, which can locally change the density of the liquid at the measurement level, and hence the speed of rotation of the ball.
  • the described flowmeter is very sensitive to changes in the properties of the liquid, as well as to the presence of various impurities and impurities in the liquid, and cannot be used as a universal measuring device for water-oil mixtures.
  • the present invention solves the technical problem of creating a submersible tachometric flow meter, which would allow with higher accuracy in a wide range to measure the flow rate of liquids with varying density and viscosity, including when operating the equipment in conditions complicated by the content of sand, gas, precipitation of salts, paraffins or asphaltenes .
  • the input and output guiding devices located inside the measuring channel in the form of bushings with blades, between which an annular groove is made to rotate the sensing element, and the control unit for the rotation of the sensing element, according to the invention
  • the input guide apparatus is made with straight radial blades, seated in the direction of flow in the helical blades, and the output guide vane with helical blades at the inlet, passing in the direction of flow in the straight radial blades
  • the annular groove is bounded radially by the inner wall of the housing and the outer wall of the sleeve, and in the axial direction by restrictive rings, mounted on adjacent ends of the input and output guide vanes.
  • the sensitive element can be made in the form of a ball, a polyhedron (for example, an octahedron), or a body of a different shape.
  • a screw can be installed or a spiral can be placed on the inner wall.
  • the screw and spiral can be either single or multi-start.
  • This embodiment of the flow meter can preferably be used to measure the flow rate of a fluid with known and unchanged properties (for example, water).
  • a second version of the tachometric flow meter can be used, in which an intermediate guide apparatus is additionally placed between the input and output guiding devices , on both sides of which two annular grooves are formed, designed for the movement of sensitive elements and bounded into a radial nom towards the housing inner wall and the outer wall of the sleeve, and in axial direction - limiting rings mounted on the adjacent ends of the respective guide vanes, wherein the sensitive elements in two annular grooves differ by weight 1.5-4 times.
  • the intermediate guide apparatus can be made in the form of a sleeve with screw blades.
  • Mathematical processing of the signal from two sensing elements with a known mass ratio, rotating in one swirling stream, each in its own annular groove with different frequencies, makes it possible to estimate the flow rate of the measured liquid with high accuracy and also to calculate its viscosity.
  • two intermediate guide vanes are additionally placed in the tachometer flowmeter, preferably containing only helical blades, with the formation of three annular grooves, in each of which placed on one sensitive element with different masses, and their masses differ by 1.5-4 times.
  • balls or polyhedra made comparable or having different sizes, can be used. It is possible to use sensitive elements of any other form.
  • a third embodiment of the flowmeter can be used when both viscosity and fluid density change during the measurement process. It is preferable that the difference in the masses of the sensitive elements is as possible as possible, since the greater the difference in the frequencies of rotation of the elements, the more accurately the flow rate will be calculated.
  • f 2 F (Q, v, p, gs, m 2 , r 2 ),
  • A F (Q, v, P, gs, m 3 , r 3 ), where Q is the volumetric flow rate of the fluid, v is the viscosity of the fluid, p is the fluid density, the geometric parameters of the flowmeter are indicated as gs, ray, t 2 , t 3 - masses of sensitive elements, g y, g 2, g z ⁇ characteristic sizes of sensitive elements (for balls, for example, these are radii).
  • three quantities are unknown: Q, v, p; therefore, this system of equations is solvable when taking measurements in three orbits of rotation of the sensing elements.
  • FIG. 1 shows a diagram of a flowmeter with one ball
  • FIG. 2 flow meter with one intermediate guide vane and two balls
  • FIG. 3 flowmeter with two intermediate guide vanes and three balls.
  • the inventive flow meters consist of a flow housing (1) in which a hub (2) with a central axial channel (3) is placed, and a coaxial annular measuring channel (4) formed between the outer cylindrical wall of the hub (2) and the inner wall of the housing (1).
  • a flow swirl is installed in the measuring channel (4), consisting of an input (5) and output (6) guide vanes made in the form of bushings with radial blades (7), (8), turning into screw (9), (10), respectively.
  • an annular groove (11) is made for a sensitive element, for example, a ball (12), formed by restrictive rings (13) that prevent axial movement of the ball (12) inside the groove.
  • the annular groove (11) is bounded by the inner wall of the housing (1) and the outer wall of the sleeve of the guide apparatus.
  • the input (5) and output (6) guiding devices are made identical and are located symmetrically relative to the annular groove (11), which ensures the reversibility of the flowmeter.
  • a magneto-induction sensor (14) is installed that records the fact that the ball (12) passes by the sensor (14).
  • On the inner wall of the central axial channel (3) can be placed single or multiple spiral (15), which allows to reduce the influence of viscosity on the accuracy of flow measurement (figure 1).
  • a screw can be installed along the axis in the central axial channel (3).
  • the rotation speed of the ball (12) depends on the inclination of the screw blades (9), (10) of the guide vanes, therefore, in order to avoid rapid wear of the ball (12) and loss of accuracy of the flowmeter, when choosing the inclination of the screw blades, one should be guided by the values of the ball wear rate at maximum consumption during operation.
  • the problem of the wear resistance of the ball can be solved by selecting a wear-resistant material in its manufacture.
  • the described flow meter operates as follows.
  • the liquid entering the flowmeter is divided into two streams: the first flows through the central axial-free axial channel (3), and the second enters the external annular measuring channel (4) onto the radial vanes (7) of the inlet guide vane (5), which stabilize the liquid flow in the measuring channel (4), providing constancy of speed over its section. Further, the flow is twisted by the helical blades (9) of the input guide vane (5), and, falling into the annular groove (11) between the restriction rings (13), draws the ball (12) into rotational motion. The rotation frequency of the ball (12) is recorded using a magnetic induction transducer (14) and is a measure of fluid flow.
  • the flowmeter of the proposed design can be installed on the discharge of submersible electric centrifugal pumps for oil production immediately after the main pump, in this case the flow rate of a quasihomogeneous liquid containing a very small fraction of undissolved gas will be measured (due to the high pressure on the pump discharge). If installed in front of the main pump, the flow meter must be equipped with a differential pressure gauge to measure the pressure drop across the flow meter, the value of which will allow us to estimate the concentration of undissolved gas in the mixture and, ultimately, to determine the liquid flow rate with a high degree of certainty.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

Тахометр ический расходомер содержит проточный корпус с центральным осевым каналом и коаксиальным кольцевым измерительным каналом, узел контроля за вращением чувствительного элемента. Внутри измерительного канала расположены входной и выходной направляющие аппараты в виде втулок с лопастями, между которыми выполнена кольцевая канавка для вращения чувствительного элемента. Входной направляющий аппарат выполнен с прямыми радиальными лопастями, переходящими по ходу потока в винтовые лопасти, а выходной направляющий аппарат - с винтовыми лопастями на входе, переходящими по ходу потока в прямые радиальные лопасти. Кольцевая канавка ограничена в радиальном направлении внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой втулки, а в осевом направлении - ограничительными кольцами, установленными на смежных торцах входного и выходного направляющих аппаратов. Технический результат - повышение точности измерения расхода жидкостей с изменяющейся плотностью и вязкостью в широком диапазоне подач.

Description

ТАХОМЕТРИЧЕСКИЙ РАСХОДОМЕР (ВАРИАНТЫ)
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения расхода жидкостей, в том числе в качестве погружного расходомера для водонефтяных смесей.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен тахометрический шариковый расходомер, содержащий корпус с цилиндрическим проточным каналом и кольцевой непроточной вихревой камерой, в которой свободно размещен чувствительный элемент в виде шарика, коаксиально установленную в канале и консольно закрепленную перед вихревой камерой втулку с завихрителем на заднем ее торце, образующую за вихревой камерой кольцевую щель с корпусом, сообщающую вихревую камеру с проточным каналом, и узел съема сигнала, причем в корпусе за кольцевой щелью выполнена дополнительная кольцевая вихревая камера, открытая со стороны оси (авт. свид-во N° 1051379 СССР, ^.G01Fl/05, G 01 F1/10, опубл. 30.10.83). Жидкость, проходящая через центральный конфузорный проточный канал, попадает на лопатки завихрителя, благодаря которым в дополнительной вихревой камере создаются устойчивые тороидальные вихри с высокой степенью турбулентности. Вращающийся в дополнительной вихревой камере поток вовлекает во вращение через кольцевую щель жидкость, находящуюся в кольцевой непроточной камере, а жидкость, в свою очередь, шарик, частота вращения которого пропорциональна расходу жидкости и определяется с помощью узла съема сигнала.
К недостаткам описанного устройства можно отнести возможность локального изменения свойств многофазной жидкости в непроточной вихревой камере, например, за счет накопления и объединения газовых пузырьков или твердых частиц, что приведет к изменению режима течения жидкости и изменению частоты вращения шарика при одном и том же расходе. Кроме того, точность показаний расходомера будут зависеть от вязкости жидкости, что существенно ограничивает область применения описанного расходомера в условиях нестабильных значений вязкости.
Известна также конструкция тахометрического расходомера, содержащего шариковый преобразователь расхода ШАДР и магнитоиндукционый узел съема сигнала МИЛ (Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник. - Ленинград: «Машиностроение», 1989, 704 с, С. 299-300). . Преобразователь содержит установленную в корпусе между патрубками кольцевую камеру с шаром, полость которой соединена с проточной частью кольцевой щелью, расположенной со стороны выходного патрубка. Внутри кольцевой щели размещен трехлопастной завихритель потока. МИП установлен с наружной стороны корпуса в плоскости орбиты вращения шара. Контролируемый поток жидкости проходит по центральному каналу кольцевой камеры, закручивается завихрителем и покидает корпус через выходной патрубок. Вращение потока передается по кольцевой щели в полость кольцевой камеры и приводит в движение шар, частоту вращения которого контролирует МИП.
К недостаткам известной конструкции следует отнести малый срок службы вследствие высоких скоростей жидкости на выходе завихрителя, вызывающих при наличие в жидкости абразивных частиц быстрый износ шарика. Другим существенным недостатком таких расходомеров является невозможность их применения для измерения расхода жидкости с меняющимися свойствами: вязкостью и плотностью.
В качестве прототипа настоящего изобретения выбран тахометрический расходомер, состоящий из составного проточного корпуса с центральным осевым и коаксиальным измерительным каналами, входного направляющего аппарата с радиальными косыми лопатками, установленного на входе измерительного канала, выходного направляющего аппарата с радиальными прямыми лопатками, размещенного на выходе измерительного канала, кольцевой торообразной канавки, выполненной в теле корпуса между входным и выходным направляющими аппаратами, в которой размещен шарик, и узла контроля за круговыми движениями шарика по кольцевой канавке (патент РФ JYQ 2278969 С1 , МПК Е21В 47/10, G01F 1/06, опубл. 27.06.2006). В известной конструкции шарик непрерывно движется по кругу под действием закрученного потока, выходящего из входного направляющего аппарата. Угловая скорость (частота вращения) шарика является мерой расхода жидкости по измерительному каналу и фиксируется с помощью узла контроля, установленного напротив орбиты вращения шарика.
Методика определения подачи по частоте вращения шарика в любом тахометрическом расходомере довольно проста. Частота зависит от двух групп параметров: к первой группе относятся параметры, определяющие геометрию расходомера - это размеры проточных каналов, радиус шарика и его масса (или плотность материала шарика), размер канавки, в котором вращается шарик, радиус орбиты шарика; ко второй группе относятся параметры, характеризующие изучаемую среду - это объемный расход жидкости, ее вязкость и плотность. Зафиксировав параметры первой группы конкретным исполнением расходомера, можно получить зависимость частоты вращения шарика от объемного расхода жидкости с заданными свойствами (вязкостью и плотностью). Обычно в этом случае диапазон измеряемых расходов ограничивается линейным участком зависимости расхода от частоты, т.е. имеет место простая функциональная связь между объемным расходом Q и частотой вращения шарика f: Q = а + а2 . Коэффициенты а/ и а2 определяются в стендовых условиях на стадии калибровки расходомера. По измеренной частоте вращения шарика и известным а и а2 можно вычислить объемный расход жидкости.
Однако, геометрия проточного канала в описанном прототипе не позволяет проводить измерения расхода пластовой жидкости с высокой точностью, поскольку измерительный периферийный канал в месте выполнения торообразной канавки для шарика переходит в наклонный участок, ориентированный от периферии к центру, в результате чего создаются условия для возникновения на повороте различных вихревых структур в турбулентном потоке при разных расходах. Кроме того, канавка для шарика сверху закрыта, что приводит к накапливанию различных примесей, пузырьков воздуха, содержащихся в перекачиваемой жидкости, которые могут локально менять плотность жидкости на уровне замера, а значит и скорость вращения шарика. Таким образом, описанный расходомер очень чувствителен к изменению свойств жидкости, а также к наличию в жидкости различных включений и примесей, и не может использоваться в качестве универсального измерительного прибора для водонефтяных смесей.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ Настоящее изобретение решает техническую задачу создания погружного тахометрического расходомера, который позволил бы с более высокой точностью в широком диапазоне измерять расход жидкостей с изменяющейся плотностью и вязкостью, в том числе при эксплуатации оборудования в условиях, осложненных содержанием песка, газа, выпадением солей, парафинов или асфальтенов.
Указанный технический результат достигается тем, что в тахометрическом расходомере, содержащем проточный корпус с центральным осевым каналом и коаксиальным кольцевым измерительным каналом, расположенные внутри измерительного канала входной и выходной направляющие аппараты в виде втулок с лопастями, между которыми выполнена кольцевая канавка для вращения чувствительного элемента, и узел контроля за вращением чувствительного элемента, согласно изобретению, входной направляющий аппарат выполнен с прямыми радиальными лопастями, переходящими по ходу потока в винтовые лопасти, а выходной направляющий аппарат - с винтовыми лопастями на входе, переходящими по ходу потока в прямые радиальные лопасти, кольцевая канавка ограничена в радиальном направлении внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой втулки, а в осевом направлении - ограничительными кольцами, установленными на смежных торцах входного и выходного направляющих аппаратов. При этом чувствительный элемент может быть выполнен в виде шарика, многогранника (например, октаэдра), или тела иной формы. Во избежание влияния вязкости на точность измерения расхода в центральном осевом канале вдоль оси может быть установлен шнек или размещена на внутренней стенке спираль. Шнек и спираль могут быть как одно-, так и многозаходными. Этот вариант исполнения расходомера предпочтительно может применяться при измерении расхода жидкости с известными и неизменными свойствами (например, воды).
В случае, когда плотность жидкости известна и остается неизменной или изменяется незначительно в процессе замеров, а расходомер откалиброван в лабораторных условиях на жидкостях с разной вязкостью, может использоваться второй вариант исполнения тахометрического расходомера, в котором между входным и выходным направляющими аппаратами дополнительно размещен промежуточный направляющий аппарат, по обе стороны от которого сформированы две кольцевые канавки, предназначенные для движения чувствительных элементов и ограниченные в радиальном направлении внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой втулки, а в осевом направлении - ограничительными кольцами, установленными на смежных торцах соответствующих направляющих аппаратов, при этом чувствительные элементы в двух кольцевых канавках отличаются по массе в 1.5-4 раза.
Промежуточный направляющий аппарат может быть выполнен в виде втулки с винтовыми лопастями.
Математическая обработка сигнала от двух чувствительных элементов с известным соотношением массы, вращающихся в одном закрученном потоке каждый в своей кольцевой канавке с разными частотами, позволяет с высокой точностью оценить расход измеряемой жидкости, а также вычислить ее вязкость.
В третьем варианте исполнения в тахометрическом расходомере дополнительно размещены два промежуточных направляющих аппарата, предпочтительно содержащие только винтовые лопасти, с образованием трех кольцевых канавок, в каждой из которых размещено по одному чувствительному элементу с разными массами, причем их массы различаются в 1.5-4 раза.
В качестве чувствительных элементов во втором и третьем вариантах исполнения могут быть применены шарики или многогранники, выполненные соизмеримыми или имеющие разный размер. Возможно использование чувствительных элементов любой другой формы.
Третий вариант исполнения расходомера может использоваться в том случае, когда в процессе замеров меняются и вязкость, и плотность жидкости. Предпочтительно, чтобы отличие в массах чувствительных элементов было максимально возможным, так как чем больше будет разница в частотах вращения элементов, тем точнее будет рассчитан расход жидкости.
Функциональная зависимость частот вращения каждого из трех чувствительных элементов /у , f2 и /3 от параметров задачи имеет следующий общий вид:
f, = F(Q,v,p,gs,m^,^),
f2 = F(Q,v,p,gs,m2,r2),
A = F(Q,v,P,gs,m3,r3), где Q - объемный расход жидкости, v - вязкость жидкости, р - плотность жидкости, геометрические параметры расходомера обозначены как gs, ray, т2, т3 - массы чувствительных элементов, г у, г 2, гз ~ характерные размеры чувствительных элементов (для шариков, например, это радиусы). В полученной системе трех уравнений неизвестными являются три величины: Q, v, р, поэтому данная система уравнений разрешима при проведение замеров на трех орбитах вращения чувствительных элементов. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Сущность заявляемых изобретений поясняется чертежами. На фиг. 1 приведена схема расходомера с одним шариком, на фиг. 2 - расходомер с одним промежуточным направляющим аппаратом и двумя шариками, на фиг. 3 - расходомер с двумя промежуточными направляющими аппаратами и тремя шариками.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Заявляемые расходомеры (фиг.1 -3) состоят из проточного корпуса (1), в который помещена ступица (2) с центральным осевым каналом (3), и коаксиальным кольцевым измерительным каналом (4), образованным между внешней цилиндрической стенкой ступицы (2) и внутренней стенкой корпуса (1). В измерительном канале (4) установлен завихритель потока, состоящий из входного (5) и выходного (6) направляющих аппаратов, выполненных в виде втулок с радиальными лопастями (7), (8), переходящими в винтовые (9), (10), соответственно. Между входным (5) и выходным (6) направляющими аппаратами выполнена кольцевая канавка (11) для чувствительного элемента, например, шарика (12), сформированная ограничительными кольцами (13), препятствующими осевому перемещению шарика (12) внутри канавки. В радиальном направлении кольцевая канавка (11) ограничена внутренней стенкой корпуса (1) и внешней стенкой втулки направляющего аппарата. Конструктивно входной (5) и выходной (6) направляющие аппараты выполнены одинаковыми и расположены симметрично относительно кольцевой канавки (11), что обеспечивает реверсивность работы расходомера. С внешней стороны корпуса (1) на уровне кольцевой канавки (11) установлен магнитоиндукционный датчик (14), регистрирующий факт прохождения шарика (12) мимо датчика (14). На внутренней стенке центрального осевого канале (3) может быть размещена одно- или многозаходная спираль (15), позволяющая снизить влияние вязкости на точность измерения расхода (фиг.1). В качестве альтернативы спирали в центральном осевом канале (3) вдоль оси может быть установлен шнек.
В других вариантах исполнения между входным (5) и выходным
(6) направляющими аппаратами дополнительно размещены один (фиг.2) или два (фиг.З) промежуточных направляющих аппарата (16), снабженные на входе и выходе ограничительными кольцами (13). В результате формируется одна (фиг.2) или две (фиг.З) дополнительные кольцевые канавки (11), на уровне каждой из которых установлен магнитоиндукционный датчик (14) для регистрации частоты вращения чувствительного элемента, например, шарика (12). Промежуточные направляющие аппараты (16) могут быть выполнены, например, только с винтовыми лопастями (9).
Скорость вращения шарика (12) зависит от наклона винтовых лопастей (9), (10) направляющих аппаратов, поэтому, чтобы избежать быстрого износа шарика (12) и потери точности расходомера, при выборе наклона винтовых лопастей следует ориентироваться на значения скорости износа шарика при максимальном расходе во время эксплуатации. Кроме того, проблема износостойкости шарика может быть решена за счет подбора стойкого к износу материала при его изготовлении.
Описанный расходомер работает следующим образом.
Жидкость, поступающая в расходомер, разделяется на два потока: первый проходит по центральному безлопаточному осевому каналу (3), а второй попадает во внешний кольцевой измерительный канал (4) на радиальные лопасти (7) входного направляющего аппарата (5), которые стабилизируют поток жидкости в измерительном канале (4), обеспечивая постоянство скорости по его сечению. Далее, поток закручивается винтовыми лопастями (9) входного направляющего аппарата (5), и, попадая в кольцевую канавку (11) между ограничительными кольцами (13), вовлекает шарик (12) во вращательное движение. Частота вращения шарика (12) регистрируется с помощью магнитоиндукционного преобразователя (14) и является мерой расхода жидкости.
Благодаря тому, что выходной направляющий аппарат (6) конструкционно идентичен входному, его винтовые лопасти (10) поддерживают постоянную закрутку потока за кольцевой канавкой (11), а последующий их переход в радиальные прямые лопасти (8) обеспечивает осевой выход потока из расходомера, что гарантирует постоянство скорости потока жидкости внутри кольцевой канавки (11) и, в конечном итоге, точность измерения расхода.
Расходомер предлагаемой конструкции можно устанавливать на выкиде погружных электроцентробежных насосов для добычи нефти непосредственно после основного насоса, в этом случае будет измеряться расход квазиоднородной жидкости, содержащей очень малую долю нерастворенного газа (вследствие высокого давления на выкиде насоса). В случае установки перед основным насосом расходомер необходимо дополнительно оснастить дифференциальным манометром для замера перепада давления на расходомере, значение которого позволит оценить концентрацию нерастворенного газа в смеси и, в конечном итоге, с высокой степенью достоверности определить расход жидкости.

Claims

Формула изобретения
1. Тахометрический расходомер, содержащий проточный корпус с центральным осевым каналом и коаксиальным кольцевым измерительным каналом, расположенные внутри измерительного канала входной и выходной направляющие аппараты в виде втулок с лопастями, между которыми выполнена кольцевая канавка для вращения чувствительного элемента, и узел контроля за вращением чувствительного элемента, отличающийся тем, что входной направляющий аппарат выполнен с прямыми радиальными лопастями, переходящими по ходу потока в винтовые лопасти, а выходной направляющий аппарат - с винтовыми лопастями на входе, переходящими по ходу потока в прямые радиальные лопасти, кольцевая канавка ограничена в радиальном направлении внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой втулки, а в осевом направлении - ограничительными кольцами, установленными на смежных торцах входного и выходного направляющих аппаратов.
2. Тахометрический расходомер по п.1 , отличающийся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде многогранника, например октаэдра.
3. Тахометрический расходомер по п.1, отличающийся тем, что центральный осевой канал снабжен одно- или многозаходной спиралью или шнеком.
4. Тахометрический расходомер, содержащий проточный корпус с центральным осевым каналом и коаксиальным кольцевым измерительным каналом, расположенные внутри измерительного канала входной и выходной направляющие аппараты в виде втулок с лопастями, между которыми выполнена кольцевая канавка для вращения чувствительного элемента, и узел контроля за вращением чувствительного элемента, отличающийся тем, что между входным и выходным направляющими аппаратами дополнительно размещен промежуточный направляющий аппарат, по обе стороны от которого сформированы две кольцевые канавки, предназначенные для движения чувствительных элементов и ограниченные в радиальном направлении внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой втулки, а в осевом направлении - ограничительными кольцами, установленными на смежных торцах соответствующих направляющих аппаратов, при этом чувствительные элементы в кольцевых канавках выполнены с различной массой, отличающейся в 1.5-4 раза.
5. Тахометрический расходомер по п.4, отличающийся тем, что промежуточный направляющий аппарат представляет собой втулку с винтовыми лопастями.
6. Тахометрический расходомер по п.4, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены соизмеримыми в виде шариков.
7. Тахометрический расходомер по п.4, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены соизмеримыми в виде многогранников.
8. Тахометрический расходомер по п.4, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде шариков разного размера.
9. Тахометрический расходомер по п.4, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде многогранников разного размера.
10. Тахометрический расходомер, содержащий проточный корпус с центральным осевым каналом и коаксиальным кольцевым измерительным каналом, расположенные внутри измерительного канала входной и выходной направляющие аппараты в виде втулок с лопастями, между которыми выполнена кольцевая канавка для вращения чувствительного элемента, и узел контроля за вращением чувствительного элемента, отличающийся тем, что между входным и выходным направляющими аппаратами дополнительно размещены два промежуточных направляющих аппарата, между соседними направляющими аппаратами сформированы три кольцевых канавки для движения разных чувствительных элементов, ограниченные в радиальном направлении внутренней стенкой корпуса и внешней стенкой втулки, а в осевом направлении - ограничительными кольцами, установленными на смежных торцах соответствующих направляющих аппаратов, при этом чувствительные элементы в кольцевых канавках выполнены с различной массой, отличающейся в 1.5-4 раза.
11. Тахометрический расходомер по п.10, отличающийся тем, что промежуточные направляющие аппараты выполнены в виде втулки с винтовыми лопастями.
12. Тахометрический расходомер по п.10, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены соизмеримыми в виде шариков
13. Тахометрический расходомер по п.10, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены соизмеримыми в виде многогранников.
14. Тахометрический расходомер по п.10, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде шариков разного размера.
15. Тахометрический расходомер по п.10, отличающийся тем, что чувствительные элементы выполнены в виде многогранников разного размера.
PCT/RU2013/001069 2012-11-28 2013-11-26 Тахометрический расходомер (варианты) WO2014084759A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012151050 2012-11-28
RU2012151050/28A RU2524916C2 (ru) 2012-11-28 2012-11-28 Тахометрический расходомер (варианты)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014084759A1 true WO2014084759A1 (ru) 2014-06-05

Family

ID=50828260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2013/001069 WO2014084759A1 (ru) 2012-11-28 2013-11-26 Тахометрический расходомер (варианты)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2524916C2 (ru)
WO (1) WO2014084759A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6159213A (ja) * 1984-08-30 1986-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量検出装置
RU2278969C1 (ru) * 2004-10-18 2006-06-27 Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА") Устройство межпластовой перекачки воды и глубинный скважинный преобразователь расхода для этого устройства
RU2346154C1 (ru) * 2007-05-10 2009-02-10 Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА") Глубинный скважинный расходомер

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6159213A (ja) * 1984-08-30 1986-03-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 流量検出装置
RU2278969C1 (ru) * 2004-10-18 2006-06-27 Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА") Устройство межпластовой перекачки воды и глубинный скважинный преобразователь расхода для этого устройства
RU2346154C1 (ru) * 2007-05-10 2009-02-10 Открытое акционерное общество "Инженерно-производственная фирма СИБНЕФТЕАВТОМАТИКА" (ОАО ИПФ "СибНА") Глубинный скважинный расходомер

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOSHNYAK L. L. ET AL.: "Takhometricheskie raskhodomery. Leningrad, Izdatelstvo", MASHINOSTROENIE, 1968, pages 192 - 205 *
KARPINSKAYA V. B. ET AL.: "Sharikovye raskhodomery s tangentsial- nym podvodom i otvodom izmeriaemoi sredy. Metody i pribory dlya izmereniya raskhoda i kolichestva zhidkosti, gaza i para.", MATERIALY III VSESOJUZNOI NAUCHNO-TEKHNICHESKOI KONFERENTSII., 1973, MOSCOW, pages 49 - 52 *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012151050A (ru) 2014-06-10
RU2524916C2 (ru) 2014-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105067049B (zh) 一种基于旋流原理的差压式流量测量装置及方法
CN105222831B (zh) 一种气液两相流计量装置和方法
PL173989B1 (pl) Sposób i urządzenie do wyznaczania parametrów przepływu płynu
CN107543586B (zh) 管内相分隔式电磁差压相结合的两相流测量装置及方法
US5007293A (en) Two-phase flow meter
US3867840A (en) Axial outlet flow transducer
CN109506724B (zh) 一种气液两相流计量装置和方法
US4404861A (en) Liquid flowmeter
US3443432A (en) Flowmeter
US4408498A (en) Turbine flow meters
Crabtree Industrial flow measurement
RU2524916C2 (ru) Тахометрический расходомер (варианты)
JPS6328246B2 (ru)
US8505378B2 (en) Orbital ball flowmeter for gas and fluid
JP2001074517A (ja) 流量測定装置
US3407657A (en) Meters for measuring the mass flow of fluid
CN104713601A (zh) 一种自转式流量计
JP3260215B2 (ja) 渦生成器及び渦生成器を用いた計測器
RU2337319C1 (ru) Тангенциальный турбинный расходомер
Yoder Flowmeter shootout, part II: traditional technologies
CN1595070A (zh) 前导流装置及带有该前导流装置的涡轮气体流量测量装置
US3427879A (en) Flow meter
RU2350908C1 (ru) Турбинный расходомер
RU2196304C2 (ru) Турбинный расходомер
Abu-Mahfouz Flow Rate Measurements

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13858566

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13858566

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1