RU2339004C2

RU2339004C2 - Pipeline tester for cargo medium flow rate

Info

Publication number: RU2339004C2
Application number: RU2006145797/28A
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Стрижко (RU); Юрий Владимирович Стрижко
Original assignee: ЗАО "СибКОТЭС"
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2008-11-20
Also published as: RU2006145797A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: flowmeter contains coaxial insert of preset diameter and lengths established in pipeline between which and pipeline wall the radial partitions forming longitudinal channels of identical section are designed. In three of these channels cylindrical pressure transducers with pressure heads in the form of three slots in two mutually perpendicular planes, passing through pipeline axis are mounted. Slots joints pipeline cavity with two internal chambers of pressure transducer and through pulse tubes with differential manometer. Two slots are connected with the first internal chamber. The third slot connected to the second internal chamber, is designed as incident flow.

EFFECT: higher accuracy of measurement; small overall dimensions and considerably reduced flow resistance.

5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, используемой для определения расхода транспортируемой среды (жидкость, пар и газ) в трубопроводах, и найдет применение для автоматизации процессов регулирования в различных отраслях промышленности, энергетики, транспорта, коммунального хозяйства и т.п.The invention relates to measuring equipment used to determine the flow rate of a transported medium (liquid, steam and gas) in pipelines, and will find application for automation of regulatory processes in various industries, energy, transport, utilities, etc.

Известно устройство измерения расхода транспортируемой среды (Кремлевский П.П. «Измерение расхода и количества жидкости, газа и пара» М., 1980 г., стр.10-11). Оно представляет собой установленное в трубопроводе сужающее устройство, с заданными конструктивно-технологическими параметрами, и соединительные трубки, передающие статическое давление в трубопроводе перед сужающим устройством и в узком месте сужающего устройства на дифференциальный манометр. Разность (перепад) указанных давлений зависит от количества транспортируемой среды в трубопроводе и является мерой расхода. В качестве сужающего устройства используют диафрагмы, сопла, сопла и трубы Вентури и др. Известны также расходомеры с напорными устройствами, в которых создается перепад давления в зависимости от расхода в результате местного перехода кинетической энергии струи в потенциальную. К ним относятся дифференциальные трубки Пито и интегрирующие напорные трубки.A known device for measuring the flow rate of the transported medium (Kremlevsky PP "Measurement of the flow rate and the amount of liquid, gas and steam" M., 1980, pp. 10-11). It is a constriction device installed in the pipeline, with predetermined structural and technological parameters, and connecting tubes transmitting static pressure in the pipeline in front of the constriction device and in the bottleneck of the constriction device to the differential pressure gauge. The difference (difference) of these pressures depends on the amount of transported medium in the pipeline and is a measure of flow. Diaphragms, nozzles, nozzles and venturi tubes are used as a constricting device. Flow meters with pressure devices are also known, in which a pressure differential is created depending on the flow rate as a result of local transfer of the kinetic energy of the jet to potential. These include pitot differential tubes and integrating pressure tubes.

Недостатком данного устройства измерения расхода транспортируемой среды являются его большие габаритные размеры при установке в трубопроводах, вследствие обязательного наличия прямых участков до и после сужающего устройства. Другим недостатком данного устройства является низкая точность измерения при малых динамических напорах в трубопроводе, которые наблюдаются при малой скорости и плотности транспортируемой среды.The disadvantage of this device for measuring the flow rate of the transported medium is its large overall dimensions when installed in pipelines, due to the mandatory presence of straight sections before and after the narrowing device. Another disadvantage of this device is the low measurement accuracy at low dynamic pressures in the pipeline, which are observed at low speed and density of the transported medium.

Ближайшим аналогом предлагаемого устройства является расходомер текучей среды, протекающей в трубопроводе от вышерасположенного по потоку места до нижерасположенного по потоку места, содержащий зонд для измерения перепада давления (датчик давления), имеющий расположенную против течения потока поверхность и выполненный с возможностью диаметрального расположения в трубопроводе, средства детектирования давления, расположенные снаружи трубопровода, средство для передачи первого давления текучей среды, сообщающее зонд средствами детектирования давления и выполненное по крайней мере с одним проводящим текучую среду отверстием, имеющим поперечную и продольную стороны, причем протяженность продольной стороны больше протяженности поперечной (RU №2263882 С2, МПК G01F 1/46, 2001 г.). Устройство содержит приемники полного и статического давления, которые соединены каждый со своей внутренней камерой, расположенной в теле зонда (датчике давления), а также импульсные трубки и дифференциальный манометр.The closest analogue of the proposed device is a flowmeter of a fluid flowing in the pipeline from an upstream location to an upstream location, containing a probe for measuring the differential pressure (pressure sensor) having a surface located against the flow and made with the possibility of a diametrical arrangement in the pipeline, means pressure detection located outside the pipeline, a means for transmitting a first fluid pressure, communicating the probe by means of a child pressure gauge and made with at least one fluid conductive hole having a transverse and a longitudinal side, and the length of the longitudinal side is greater than the length of the transverse (RU No. 2263882 C2, IPC G01F 1/46, 2001). The device contains full and static pressure receivers, which are each connected to its own internal chamber located in the body of the probe (pressure sensor), as well as impulse tubes and a differential pressure gauge.

Основным недостатком этого расходомера текучей среды являются большие габаритные размеры зонда при установке в трубопроводе, поскольку для получения усредненных результатов зонды должны устанавливаться поперек потока диаметрально. Этот недостаток особенно проявляется с увеличением диаметра трубопровода.The main disadvantage of this fluid flow meter is the large overall dimensions of the probe when installed in the pipeline, because to obtain average results, the probes must be installed diametrically across the flow. This disadvantage is especially apparent with an increase in the diameter of the pipeline.

Задачей изобретения является создание устройства измерения расхода транспортируемой среды с малыми габаритными параметрами, высокой точностью измерения и низким гидравлическим сопротивлением.The objective of the invention is to provide a device for measuring the flow rate of a transported medium with small overall parameters, high measurement accuracy and low hydraulic resistance.

Из уровня техники не выявлено решений, имеющих признаки, совпадающие с отличительными признаками изобретения. Поэтому можно считать, что предложенное техническое решение соответствует условию изобретательского уровня.From the prior art, no solutions have been identified that have features that match the distinguishing features of the invention. Therefore, we can assume that the proposed technical solution meets the condition of an inventive step.

Сущность изобретения заключается в установке в плоскости проходного сечения трубопровода перпендикулярно его оси датчика давления цилиндрической формы, имеющего приемники давления, выполненные в виде трех прорезей в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, проходящих через его ось и соединяющих полость трубопровода с двумя внутренними камерами, имеющимися в датчике давления, и связанными через импульсные трубки с дифференциальным манометром, причем две прорези выполнены в плоскости сечения датчика давления, нормального к оси трубопровода, и сообщены с первой внутренней камерой, а третья прорезь, сообщенная со второй внутренней камерой, выполнена в плоскости, проходящей через продольную ось трубопровода со стороны набегающего потока. В проходном сечении трубопровода установлена коаксиальная вставка, между ней и стенкой трубопровода выполнены радиальные перегородки, образующие продольные каналы одинакового сечения, в трех из этих продольных каналов, равномерно расположенных по окружности, установлены радиально и по центру датчики давления, первая и вторая камеры которых связаны через импульсные трубки с дифференциальным манометром, при этом диаметр коаксиальной вставки равен 0,75-0,85 внутреннего диаметра трубопровода, а ее длина равна 8 диаметрам круга площадью, равной площади проходного сечения одного продольного канала.The essence of the invention is to install in the plane of the pipe cross section perpendicular to its axis a cylindrical pressure sensor having pressure receivers made in the form of three slots in two mutually perpendicular planes passing through its axis and connecting the pipe cavity with two internal chambers available in the pressure sensor , and connected through impulse tubes with a differential pressure gauge, and two slots made in the plane of the cross section of the pressure sensor normal to the axis of the pipes Wire and communicated with the first inner chamber, and the third slit communicated with the second inner chamber is formed in a plane passing through the longitudinal axis of the pipeline from the incident flow. A coaxial insert is installed in the pipe cross-section, radial partitions are made between it and the pipe wall, forming longitudinal channels of the same cross section, in three of these longitudinal channels, evenly spaced around the circumference, pressure sensors are installed radially and centrally, the first and second chambers of which are connected through impulse tubes with a differential pressure gauge, while the diameter of the coaxial insert is 0.75-0.85 of the inner diameter of the pipeline, and its length is 8 diameters of a circle with an area equal to th passage area of one longitudinal channel.

На фиг.1 представлено поперечное сечение трубопровода в месте установки устройства для измерения расхода транспортируемой среды и показана принципиальная схема его соединений, на фиг.2 - продольное сечение части трубопровода в месте установки того же устройства, на фиг.3 - продольной разрез датчика давления цилиндрической формы, на фиг.4 - поперечное сечение датчика давления по А-А.Figure 1 shows the cross section of the pipeline at the installation site of the device for measuring the flow rate of the transported medium and shows a schematic diagram of its connections, figure 2 is a longitudinal section of a portion of the pipeline at the installation site of the same device, figure 3 is a longitudinal section of a cylindrical pressure sensor form, figure 4 is a cross section of a pressure sensor along aa.

Устройство для измерения расхода транспортируемой среды устанавливают в трубопроводе 1. Оно содержит коаксиальную вставку 2, которая закреплена в трубопроводе 1 посредством радиальных перегородок 3, равномерно расположенных по окружности. Эти радиальные перегородки 3, коаксиальная вставка 2 и участок трубопровода 1 образуют продольные каналы 4 одинакового сечения. В совокупности все продольные каналы 4 представляют собой наружный коаксиальный канал. Внутренняя часть коаксиальной вставки 2 образует центральный канал 5. В трех продольных каналах 4, равномерно расположенных по окружности, в районе середины вставки 2 радиально установлены датчики давления 6 цилиндрической формы. На поверхности датчика давления 6 выполнены три приемника давлений прорези 7 и 8, лежащие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, причем длина всех прорезей равна рабочей длине датчика давлений 6, т.е. радиусу наружного коаксиального канала. Датчики давления 6 установлены таким образом, чтобы две прорези 7 лежали в плоскости, перпендикулярной оси трубопровода 1, совпадающей с плоскостью наибольшего перекрытия проходного сечения продольного канала 4 цилиндрическим телом датчика давления 6. Третья прорезь 8 выполнена в плоскости, проходящей через продольную ось трубопровода 1 со стороны набегающего потока. Внутри датчика давления 6 выполнены две независимые внутренние камеры 9 и 10, которые служат для выравнивания пульсаций и осреднения измеренного в продольном канале 4 давления. Камера 9, посредством прорезей 7, и камера 10, посредством прорези 8, сообщаются с поверхностью датчика давления 6. Длину датчиков давления 6 выбирают из условия, чтобы один их торец касался коаксиальной вставки 2, а другие торцы были расположены вне трубопровода 1. К этим торцам присоединены штуцера отбора давлений 11 и 12, связанные одним концом с камерами, соответственно 9 и 10, а другим концом через импульсные трубки 13 и 14 с усредняющими коллекторами, соответственно 15 и 16. При этом камеры 9 всех трех датчиков давления 6 соединяются с коллектором 15, а камеры 10 всех датчиков - с коллектором 16. Усредненные сигналы коллекторов 15 и 16 по соединительным трубкам, соответственно 17 и 18, подаются на дифференциальный манометр 19. Диаметр коаксиальной вставки 2 равен 0,75-0,85 внутреннего диаметра трубопровода 1. Эта величина обуславливается тем, что при диаметре коаксиальной вставки 2 меньше 0,75 внутреннего диаметра трубопровода 1 растут размеры датчика давления 6, а при диаметре больше 0,85 начинается снижение динамического напора, за счет перераспределения потоков транспортируемой среды между наружным коаксиальным каналом и центральным каналом 5. Длина коаксиальной вставки 2 выбирается так же, как и для стандартных расходомерных сопел, т.е. четыре калибра до и столько же после расходомера. Под калибром понимается не диаметр трубопровода 1, а диаметр круга площадью, равной площади проходного сечения продольного канала 4, где установлены датчики давления 6. Количество продольных каналов 4 в трубопроводе 1 определяется его диаметром, чем он больше, тем больше продольных каналов 4 может быть. Число продольных каналов 4, в которых устанавливаются датчики давлений 6, должно быть не менее трех, из расчета установки трех датчиков давлений 6, равномерно расположенных по окружности, т.е. через 120°.A device for measuring the flow rate of the transported medium is installed in the pipe 1. It contains a coaxial insert 2, which is fixed in the pipe 1 by means of radial partitions 3, evenly spaced around the circumference. These radial partitions 3, the coaxial insert 2 and the pipe section 1 form longitudinal channels 4 of the same cross section. In aggregate, all longitudinal channels 4 are an external coaxial channel. The inner part of the coaxial insert 2 forms a central channel 5. In three longitudinal channels 4, evenly spaced around the circumference, in the middle of the insert 2 are radially mounted pressure sensors 6 of a cylindrical shape. Three pressure receivers of slots 7 and 8 are made on the surface of pressure sensor 6, lying in two mutually perpendicular planes, the length of all slots being equal to the working length of pressure sensor 6, i.e. the radius of the outer coaxial channel. The pressure sensors 6 are installed so that two slots 7 lie in a plane perpendicular to the axis of the pipeline 1, coinciding with the plane of greatest overlap of the passage section of the longitudinal channel 4 by the cylindrical body of the pressure sensor 6. The third slot 8 is made in the plane passing through the longitudinal axis of the pipe 1 with free stream side. Inside the pressure sensor 6, two independent internal chambers 9 and 10 are made, which serve to equalize the pulsations and average the pressure measured in the longitudinal channel 4. The chamber 9, through the slots 7, and the chamber 10, through the slots 8, communicate with the surface of the pressure sensor 6. The length of the pressure sensors 6 is selected so that one of their ends touches the coaxial insert 2, and the other ends are located outside of the pipeline 1. To this ends are connected to the pressure selection nipples 11 and 12, connected at one end with chambers 9 and 10, respectively, and at the other end through impulse tubes 13 and 14 with averaging collectors, respectively 15 and 16. At the same time, chambers 9 of all three pressure sensors 6 are connected to the collector 15 a cameras 10 of all sensors with a collector 16. The average signals of the collectors 15 and 16 through the connecting tubes, respectively 17 and 18, are fed to a differential pressure gauge 19. The diameter of the coaxial insert 2 is 0.75-0.85 of the inner diameter of the pipeline 1. This value is determined the fact that when the diameter of the coaxial insert 2 is less than 0.75, the internal diameter of the pipe 1 increases the size of the pressure sensor 6, and when the diameter is more than 0.85, the dynamic pressure decreases, due to the redistribution of the flows of the transported medium between the external coaxial channel and central channel 5. The length of the coaxial insert 2 is selected in the same way as for standard flow nozzles, i.e. four calibers before and the same after the flow meter. A caliber is understood not as the diameter of the pipeline 1, but the diameter of a circle with an area equal to the area of the passage section of the longitudinal channel 4, where pressure sensors are installed 6. The number of longitudinal channels 4 in the pipe 1 is determined by its diameter, the larger it is, the more longitudinal channels 4 can be. The number of longitudinal channels 4 in which pressure sensors 6 are installed must be at least three, based on the installation of three pressure sensors 6, evenly spaced around the circumference, i.e. through 120 °.

Ширина (b) прорезей 7 и 8 на цилиндрической поверхности датчика давления 6 может быть принята равной рекомендованной правилами для ширины прорези кольцевых камер на стенке трубопровода сужающих диафрагм, т.е. не выше чем 0,03 диаметра датчика давления (d_д) при:The width (b) of the slots 7 and 8 on the cylindrical surface of the pressure sensor 6 can be taken equal to the recommended rules for the width of the slot of the annular chambers on the pipe wall of the constricting diaphragms, i.e. not higher than 0.03 diameters of the pressure sensor (d _d ) with:

(f_д)²/(f_к)²>0,55 или 0,01 d_д<b<0,02 d_д при (f_д)²/(f_к)²<0,45.(f _d ) ² / (f _k ) ² > 0.55 or 0.01 d _d <b <0.02 d _d at (f _d ) ² / (f _k ) ² <0.45.

Но при этом рекомендуется, чтобы ширина прорези 7 и 8 находилась в пределах 3 мм<b<10 мм.But it is recommended that the width of the slots 7 and 8 be within 3 mm <b <10 mm.

Устройство работает следующим образом. Поток транспортируемой среды в трубопроводе 1 разделяется коаксиальной вставкой 2 на центральный поток, который беспрепятственно проходит через центральный канал 5, и на продольные потоки, которые проходят мимо радиальных перегородок 3 через продольные каналы 4. В трех продольных каналах 4 установлено по датчику давления 6, которые омываются потоком транспортируемой среды и создают градиент давления на их поверхности. Давление через прорези 7 и 8, расположенные в местах минимального и максимального давления, передается в камеры, соответственно 9 и 10, затем через штуцера отбора давлений, соответственно 11 и 12, и импульсные трубки, соответственно 13 и 14, передается на коллекторы 15 и 16, при этом внутренние камеры 9 всех трех датчиков 6 соединяются с коллектором 15, а камеры 10 всех датчиков 6 - с коллектором 16. Усредненные сигналы коллекторов 15 и 16 по соединительным трубкам, соответственно 17 и 18, подаются на дифференциальный манометр 19. Величина разности давлений пропорциональна величине расхода транспортируемой среды.The device operates as follows. The flow of the transported medium in the pipeline 1 is divided by a coaxial insert 2 into a central stream, which freely passes through the central channel 5, and into longitudinal streams that pass past the radial partitions 3 through the longitudinal channels 4. In three longitudinal channels 4, a pressure sensor 6 is installed, which washed by the flow of the transported medium and create a pressure gradient on their surface. The pressure through the slots 7 and 8, located in the places of the minimum and maximum pressure, is transmitted to the chambers, 9 and 10, respectively, then through the pressure selection nipples, respectively 11 and 12, and the impulse tubes, respectively 13 and 14, are transmitted to the manifolds 15 and 16 while the internal chambers 9 of all three sensors 6 are connected to the collector 15, and the cameras 10 of all sensors 6 are connected to the collector 16. The averaged signals of the collectors 15 and 16 through the connecting tubes, respectively 17 and 18, are supplied to the differential pressure gauge 19. The pressure difference prop rtsionalna largest transported medium flow.

Сопротивление такого расходомера, установленного в трубопроводе 1, ничтожно мало, так как проходное сечение центрального канала 5 совсем не меняется, а проходное сечение продольных каналов 4, где установлены датчики давления 6, составляет всего несколько процентов от общего сечения трубопровода 1. Даже полное перекрытие одного или нескольких продольных каналов 4 не приведет к заметному увеличению сопротивления трубопровода 1.The resistance of such a flowmeter installed in the pipeline 1 is negligible, since the passage section of the central channel 5 does not change at all, and the passage section of the longitudinal channels 4, where pressure sensors 6 are installed, makes up only a few percent of the total cross-section of the pipe 1. or several longitudinal channels 4 will not lead to a noticeable increase in the resistance of the pipeline 1.

Конструкция устройства для измерения расхода транспортируемой среды в трубопроводах 1 позволяет заметно уменьшить длину прямых участков до и после расходомера. Фактически достаточно длины коаксиальной вставки 2, чтобы устранить влияние радиальных перегородок 3 на показания датчиков давления 6, а размещение датчиков давления 6 позволяет учесть все неравномерности распределения расхода транспортируемой среды в месте установки датчиков.The design of the device for measuring the flow rate of the transported medium in the pipelines 1 can significantly reduce the length of the straight sections before and after the flow meter. In fact, the length of the coaxial insert 2 is sufficient to eliminate the influence of the radial partitions 3 on the readings of the pressure sensors 6, and the placement of the pressure sensors 6 allows to take into account all the uneven distribution of the flow rate of the transported medium at the place of installation of the sensors.

При измерении расхода транспортируемой среды в трубопроводах прямоугольного сечения в него вставляют измерительный участок круглого сечения и стыкуют с обеих сторон посредством переходников с фланцами. При этом происходит некоторое увеличение общей длины участка установки устройства для измерения расхода транспортируемой среды.When measuring the flow rate of the transported medium in rectangular pipelines, a round measuring section is inserted into it and joined on both sides by means of adapters with flanges. In this case, a slight increase in the total length of the installation site of the device for measuring the flow rate of the transported medium occurs.

По надежности и ремонтопригодности предлагаемое устройство превосходит существующие устройства, поскольку размеры датчика давления значительно меньше. Так, для диаметра трубопровода 1000 мм длина известного датчика давления составит (с учетом его крепления) 1150-1200 мм. Длина трубопровода, необходимая для установки известного устройства, составит 8 м. Для этого же диаметра трубопровода 1000 мм предлагаемое устройство имеет коаксиальную вставку диаметром 750 мм, 12 продольных каналов, количество датчиков давления 3, их длина (с учетом крепления) 300-320 мм. Длина трубопровода, необходимая для установки предлагаемого устройства, составит всего 1,5 м. При увеличении числа продольных каналов до 18, или диаметра коаксиальной вставки до 0,8 диаметра трубопровода, длина коаксиальной вставки может быть уменьшена, так как площадь сечения продольного канала будет меньше.In terms of reliability and maintainability, the proposed device is superior to existing devices, since the dimensions of the pressure sensor are much smaller. So, for a pipeline diameter of 1000 mm, the length of the known pressure sensor will be (taking into account its fastening) 1150-1200 mm. The length of the pipeline required to install the known device will be 8 m. For the same pipe diameter of 1000 mm, the proposed device has a coaxial insert with a diameter of 750 mm, 12 longitudinal channels, the number of pressure sensors 3, their length (taking into account the fastening) is 300-320 mm. The length of the pipeline required to install the proposed device will be only 1.5 m. When increasing the number of longitudinal channels to 18, or the diameter of the coaxial insert to 0.8 the diameter of the pipeline, the length of the coaxial insert can be reduced, since the cross-sectional area of the longitudinal channel will be less .

Предлагаемое устройство для измерения расхода транспортируемой среды позволит установить его на трубопроводах, расположенных в стесненных условиях, особенно на трубопроводах большого диаметра. Оно имеет меньшие габаритные размеры, повышает точность измерений и имеет значительно меньшее сопротивление, чем известные расходомерные устройства.The proposed device for measuring the flow rate of the transported medium will allow you to install it on pipelines located in cramped conditions, especially on large diameter pipelines. It has smaller overall dimensions, increases the accuracy of measurements and has a significantly lower resistance than known flowmeter devices.

Claims

A device for measuring the flow rate of the transported medium in pipelines, containing a cylindrical pressure sensor mounted in the plane of the pipe bore perpendicular to its axis, having pressure receivers made in the form of three slots in two mutually perpendicular planes passing through its axis and connecting the pipeline cavity with two internal cameras available in the pressure sensor and connected through impulse tubes with a differential pressure gauge, with two slots made in plane these sections of the pressure sensor normal to the axis of the pipeline are in communication with the first inner chamber, and the third slot communicated with the second inner chamber is made in a plane passing through the longitudinal axis of the pipeline from the incoming flow side, characterized in that coaxial insert, between it and the pipe wall there are radial partitions forming longitudinal channels of the same cross section, in three of these longitudinal channels uniformly spaced around the circumference, pressure sensors are installed radially and in the center, the first and second chambers of which are connected through pulse tubes with a differential pressure gauge, while the diameter of the coaxial insert is 0.75-0.85 of the inner diameter of the pipeline, and its length is 8 diameters of a circle with an area equal to the area of the passage section of one longitudinal channel.