RU226001U1

RU226001U1 - Ультразвуковой поточный расходомер жидкости

Info

Publication number: RU226001U1
Application number: RU2024102284U
Authority: RU
Inventors: Рим Мухарямович Галикеев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "НефтеГазМетрология"
Filing date: 2024-01-30
Publication date: 2024-05-16

Abstract

Полезная модель относится к технике для измерений объемного расхода и объема жидкости в напорных трубопроводах. Ультразвуковой поточный расходомер жидкости, в котором определение скорости потока жидкости, текущей в трубопроводе, производится по разнице частот передаваемого и принимаемого ультразвукового сигнала, возникающей вследствие эффекта Доплера, содержит цилиндрический корпус, в котором в двух соосных кольцевых рядах, на одинаковом угловом расстоянии друг от друга установлено равное количество преобразователей, соединенных с платой управления, каждый из которых способен передавать и принимать направленные лучи ультразвука, причем преобразователи одного ряда установлены со смещением относительно преобразователей, установленных в другом ряду, на половину углового шага между соседними преобразователями, при этом каждый преобразователь выполнен с возможностью непрерывной передачи двух ультразвуковых сигналов двум преобразователям, размещенным в другом ряду, и приема двух ультразвуковых сигналов от других двух преобразователей, размещенных в другом ряду. Технический результат заключается в повышении точности измерений количества углеводородов, перекачиваемых по трубопроводу с одновременным снижением влияния случайных флюктуаций на процесс измерений. 2 ил.

Description

Область техники, к которой относится полезная модель

Настоящая полезная модель относится к технике для измерений объемного расхода и объема жидкости в напорных трубопроводах.

Уровень техники

На сегодняшний день существует множество средств для измерения расхода, объема и массы жидкости, проходящей по трубопроводу, в том числе для измерения количества нефти и нефтепродуктов. Среди известных устройств можно упомянуть ультразвуковой расходомер (EP0264991A1, опубл. 27.04.1988) с применением 2х (двух) пьезоэлектрических трансдьюсеров (преобразователей) накладного типа. В данном типе расходомера является критическим расположение противоположного излучателя, поскольку продольные волны образуют четко очерченные лучи, которые распространяются через жидкость под углом π/2-α по отношению к нормали от стенки трубы. Когда упомянутые продольные волны ударяются о часть стенки трубы, эти волны вследствие влияния жидкости снова преобразуются в поверхностные волны Лэмба и затем принимаются преобразователями, которые в своем составе содержат призмы, что существенно увеличивает расхождения во времени прохождения сигнала и отражается на метрологических характеристиках.

Также из уровня техники известен накладной ультразвуковой расходомер для трубопроводов (RU207936U1, опубл. 25.11.2021), выполняющий измерения посредством волн Лэмба. Представляет широколучевой НУЗР с наклонной призмой, на скошенной части которого располагается пьезоэлемент, угол наклона необходим для выполнения условия возбуждения направленной волны в материале стенки трубопровода. Данная конструкция приводит к появлению паразитных отраженных сигналов внутри нее (призмы), что ведет к необходимости согласования импедансов элементов системы, минимизирования затухания в теле призмы и т.д. приводящие к низкой точности измерения количества углеводородов, перекачиваемых по трубопроводу и, высокой степени влияния случайных флюктуаций на процесс измерения.

Заявленное устройство устраняет указанные недостатки и позволяет достичь заявленный технический результат.

Раскрытие полезной модели

Технической задачей, которую решает предлагаемое решение, является создание ультразвукового поточного расходомера жидкости, обеспечивающего повышение точности измерений количества углеводородов, перекачиваемых по трубопроводу, снижение влияния случайных флюктуаций на процесс измерений.

Технический результат заключается в повышении точности измерений количества углеводородов, перекачиваемых по трубопроводу с одновременным снижением влияния случайных флюктуаций на процесс измерений.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата ультразвуковой поточный расходомер жидкости содержит цилиндрический корпус с фланцами, в котором установлены ультразвуковые преобразователи, совмещающие функции передатчика и приемника ультразвуковых сигналов, закрепленные соответственно в два ряда, расположенных соосно, на расстоянии друг от друга, кратном длине волны ультразвукового излучения, с равномерным угловым шагом α, таким образом, что пары преобразователей, установленных в разных рядах и направленных друг на друга, подключены попарно в измерительную цепь, фиксирующую частоту и временной интервал между поступающими от них сигналами, причем упомянутые преобразователи размещены с угловым смещением друг относительно друга на половину углового шага α между соседними преобразователями каждого из рядов, при этом каждый из преобразователей снабжен возможностью обмена ультразвуковыми сигналами еще с тремя преобразователями из другого ряда.

Краткое описание чертежей

Фиг.1. Ультразвуковой поточный расходомер жидкости в поперечном разрезе;

Фиг.2. Продольный разрез ультразвукового поточного расходомера жидкости.

На фигурах позициями отмечены следующие элементы:

1 - Цилиндрический корпус;

2 - Ультразвуковой преобразователь верхнего ряда;

3 - Ультразвуковой преобразователь нижнего ряда;

4 - Ультразвуковой луч.

Осуществление полезной модели

Заявленный ультразвуковой поточный расходомер жидкости, фрагмент которого представлен на фиг. 1, имеет цилиндрический корпус 1 с фланцами, в котором установлены ультразвуковые преобразователи (сенсоры) 2 и 3, совмещающие функции передатчика и приемника ультразвуковых сигналов, закрепленные соответственно в два последовательных кольцевых ряда, расположенных соосно, на расстоянии друг от друга, кратном длине волны ультразвукового излучения, с равномерным угловым шагом α, таким образом, что пары преобразователей 2 и 3, установлены в разных рядах и направлены друг на друга, подключены попарно в измерительную цепь, фиксирующую частоту и временной интервал между поступающими от них сигналами. При этом каждый преобразователь 2 и 3 выполнен с четырьмя пьезоэлементами, установленными в его корпусе, с обеспечением остронаправленного излучения ультразвукового луча в заданном направлении - на пьезоэлемент преобразователя, размещенного в другом ряду, причем упомянутые преобразователи 2 и 3 размещены с угловым смещением друг относительно друга на половину углового шага α между соседними преобразователями каждого из рядов, благодаря чему учитывается вероятность разноскоростного движения жидкости в смежных струях.

Преобразователи установлены в сквозных гнездах (врезных отверстиях), выполненных в корпусе расходомера, что дополнительно позволяет непосредственно оценить скорость звука в флюиде, произвести предварительное обнуление устройства в среде эталоне - вода при определенной температуре, исключить влияние материала стенки корпуса из расчетов и погрешности распространения звука в среде, обеспечить доступ для монтажа и подключения преобразователей к средствам измерения снаружи.

При этом каждый из преобразователей снабжен возможностью обмена ультразвуковыми сигналами еще с тремя преобразователями из другого ряда.

Локальная скорость потока определяется по изменению частоты принимаемого сигнала относительно передаваемого вследствие эффекта Доплера; расход определяют по результатам обработки результатов измерений, получаемых от всех задействованных преобразователей (сенсоров).

Инсталляция производится по классической схеме, опираясь на теорию распространения УЗ волн в средах - UP stream - выше по потоку и DOWN stream - ниже по потоку на расстоянии друг от друга кратном длине волны излучения.

Каждый преобразователь непрерывно отправляет два сигнала сопряженным с ним двум преобразователям другого ряда и принимает два сигнала от других двух преобразователей того же ряда (так назначено программой измерений и обеспечено размещением и юстировкой пьезоэлементов преобразователя). Таким образом, происходит одновременный прием-излучение преобразователем четырех сигналов.

При этом смещение преобразователей в разных рядах на половину углового шага α между соседними преобразователями одного ряда является оптимальным.

Частота излучения устанавливается на уровне 2 МГц, с возможностью программного изменения мощности ультразвукового сигнала в зависимости от свойств измеряемой среды.

Преобразователи соединены с вычислительной платой управления, снабженной аналоговой и цифровой частями, интерфейсами ввода-вывода, установленной во взрывозащищенной коробке, закрепленной на корпусе расходомера. Коробка может быть снабжена цифровым дисплеем для визуального контроля (при необходимости).

Программная и аппаратная часть расходомера позволяет реализовать возможность визуального контроля профиля потока в 3D-модели, расхода жидкости, применять профиль расхода и вязкости при использовании одного расходомера для учета нескольких типов жидкостей (например, до 7 видов нефти).

Реализована программная возможность определения неисправных или неверно подключенных преобразователей к плате управления, что при отсутствии прав разработчика у конечного пользователя, позволяет оперативно выявить ошибку в процессе учета.

При установке преобразователей в корпус перед финальной сборкой для учета флюида в измерительной линии корпус устанавливается для произведения процедуры обнуления на воде при определенной температуре. При первом включении ПО колодка преобразователя с расключенными в определенной последовательности пьезоэлементами позволяет тут же оценить работоспособность данного преобразователя по мере нарастания усиления в таблице параметров, осциллограмме резонансной частоты лучей. После установления тихой воды в системе, с помощью ПО произвести обнуление и при необходимости выбраковку не попадающих в рамки излучателей. Таким образом на первом этапе тестирования и обнуления, до процесса калибровки происходит применение двух конструктивных элементов устройства.

Расходомер имеет возможность обработки всех сигналов от всех преобразователей (к примеру, 16ти), одновременно в среде диагностики и наладки устройства в виде визуализации лучей, таблицы параметров устройства в режиме реального времени.

Все четыре пьезоэлемента в одном преобразователе размещены каждый в своей раковине лицевой части преобразователя под определенным углом к нормали положительным электродом наружу - в среду, элементы распаяны, расключены согласно схемы включения в колодку платы так, чтобы обеспечивалось управление всеми четырьмя пьезоэлементами в момент времени, как на прием, так и на передачу.

Выполнение расходомера вышеуказанным образом позволяет повысить точность измерений количества углеводородов, перекачиваемых по трубопроводу с одновременным снижением влияния случайных флюктуаций на процесс измерений, обеспечить универсальный контроль и юстировку, а также оперативную диагностику, в том числе, выявление сбоев, оценку в режиме реального времени по таблице параметров и осциллограммам визуализации каждого луча и работоспособности отдельных преобразователей.

Claims

1. Ультразвуковой поточный расходомер жидкости, в котором определение скорости потока жидкости, текущей в трубопроводе, производится по разнице частот передаваемого и принимаемого ультразвукового сигнала, возникающей вследствие эффекта Доплера, характеризующийся тем, что содержит цилиндрический корпус, в котором в двух соосных кольцевых рядах, на одинаковом угловом расстоянии друг от друга установлено равное количество преобразователей, соединенных с платой управления, каждый из которых способен передавать и принимать направленные лучи ультразвука, причем преобразователи одного ряда установлены со смещением относительно преобразователей, установленных в другом ряду, на половину углового шага между соседними преобразователями, при этом каждый преобразователь выполнен с возможностью непрерывной передачи двух ультразвуковых сигналов двум преобразователям, размещенным в другом ряду, и приема двух ультразвуковых сигналов от других двух преобразователей, размещенных в другом ряду.

2. Ультразвуковой поточный расходомер жидкости по п.1, характеризующийся тем, что упомянутые преобразователи установлены в сквозных гнездах, выполненных в корпусе расходомера.

3. Ультразвуковой поточный расходомер жидкости по п.1, характеризующийся тем, что частота излучения составляет 2 МГц.

4. Ультразвуковой поточный расходомер жидкости по п.1, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью программного изменения мощности ультразвукового сигнала в зависимости от свойств измеряемой среды.

5. Ультразвуковой поточный расходомер жидкости по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно на корпусе расходомера установлена взрывозащищенная коробка с вычислительной платой управления с аналоговой и цифровой частью, интерфейсами ввода-вывода.

6. Ультразвуковой поточный расходомер жидкости по п.1, характеризующийся тем, что дополнительно выполнен с возможностью определения неисправных или неверно подключенных преобразователей к плате управления.