Расходомер газоводонасыщенной нефти

(54) РАСХОД НОЙ НЕФТИ (57) Изобрет ность и рас расходомера ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЬТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Казахский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности(56) Акимов В.Ф. Измерение расходов газо- насыщенной нефти. М.: Недра, 1979, с,51,Авторское свидетельство СССР М 996868, кл. О 01 Е 1/12, 1980. МЕР ГАЗОВОДОНАСЫЩЕН ие позволяет повысить точрить диапазон измерений В зависимости от величины 2измеряемого расхода на выходе датчика 1 расхода появляются импульсы с изменяющейся частотой, Частота импульсов преобразуется в напояжение с помощью преобразователя 14 напряжение-частота, аналоговый сигнал с выхода которого поступает на входы первого, второго и третьего делительнцх устройств 15,16 и 22. Выходные сигналы триггера 10 управляют работой ключей 11 и 23. Величина тока, протекающего по обмотке электромагнита датчика 1 расхода, запоминается в устройстве 13 выборки-хранения и далее поступаетчерез первое делительное устройство на вход умножителя 21. На выходе умножителя 21 образуется сигнал, пропорциональный массовому, а на выходе делительного устройства 22 - объемному расходу. 1 ил,5 10 30 40 Изобретение может быть использовано для измерения продукции нефтедобывающей скважины, а также газообразных, жидких и Газожидкостных сред в объемных и массовых единицах с изменяющейся плотностью.Цель изобретения - повышение точности и расходомера и расширение диапазона измерений,На чертеже дана фчнхннснааьнаа схема редлагаемого расходомера.Расходомер содержит датчик 1 расхода, а котором имеется электромагнит 2 с двумя сбмотками П и 12; пластина 3, помещенная а потоке под углом Й к направлению его движения; ось 4 вращения с опорами; поСтоянный магнит с разноименными полюсами, находящимися на его торцах, расположенных в горизонтальной плоскости относительно оси вращения пластины 3; флажок 6 с прорезью, которая отсекает первую его часть относительно оси симметрии флажка, проходящей через ось 4 вращения с опорами и ось симметрии пластины 3; упор 7; источник 8 света; приемник 9 света. Расходомер содержит также триггер 10, первый ключ 11, резистор 12, устройство 13 выборки-хранения (УВХ), преобразователь 14 частота - напряжение, первое и второе делительные устройства 15, 16, сумматор 17, реостат 18, первый и второй корректоры 19, 20, умножитель 21, третье дополнительное устройство 22, второй ключ 23. Расходомер работает следующим обраЗом,Пластина 3 установлена в упоре 7 по предыдущему циклу работы. Йсточник 8 света освешает приемник 9 света, так как флажок 6 установлен в такое положение, при котором прорезь в нем Открывает путь прохождению света. В результате освещения приемника 9 светом его внутреннее Сопротивление резко уменьшается, и на его выходе появляется высокий уровень наПряжения, поступающий нэ вход триггера 10, вследствие чего на прямом выходе триггера 10 устанавливается низкий уровень. Этот уровень поступает на управляющий вход первого ключа 11, который размыкает цепь прохождения тока в обмотку . 1 датчика 1 расхода. В результате отсутствия тока в обмотке О и резисторе 12 на последнем устанавливается низкий уровень (нуль) напряжения, поступающий с него на вход УВХ 13. На выходе УВХ 13 устанавливается низкий уровень. В результате на выходах преобразователя 14 и устройств 15, 16, а также корректора 20 устанавливается низкий уровень. Таким образом. в обмотке1 датчика 1 расхода устанавливается нулевой ток.В итоге обмотка не возбуждается в пространстве расположения постоянного магнита 5 своего магнитного поля, По этой причине пластина 3 остается у упора 7 неподвижной,При возникновении движения потока на установленную под углом а к потоку пластину 3 начинает действовать динамический капор, что вызывает ее перемещение от упора 7 с увеличивающейся скоростью,Передвигаясь в этом направлении, пластина 3 перемещает флажок 6 а сторону перекрытия им светового потока между источником 8 и приемником 9 света. На этом участке перемещение пластины 3 считается свободным, так как этому перемещению никакие кроме сил трения а опорах осей 4 и вязкостного трения) силы не препятствуют. Перемещение пластины 3 на этом участке адекватно процессу свободного вращения турбинки в турбинных расходомерах. В результате перемещения пластины 3 и перекрытия флажком 6 светового потока величина его на приемнике 9 света падает до темнового уровня, а напряжение на выходе приемника 9 света падает до низкого уровня, Это вызывает изменение на входе триггеоа 10 высокого уровня на низкий, а на прямом выходе триггера 10 в результате формируется высокий уровень. Появившаяся единица нэ прямом выходе триггера 10 поступает на вход преобразователя 14 и управляющий вход первого ключа 11, который замыкается, В результате через него начинает протекать ток. Так как обмотка1 с сердечником электромагнита 2 образует индуктивность, то нарастание тока через обмотку 1 1 происходит не скачкообразно, а с задержкой по отношенмо к фронту открь:- тия первого ключа 11. По мере увеличения тока, проходящего через обмотку1, в пространстве, окружающем полюс сердечника электромагнита 2, гаявляется увеличивающеесяя а такт с увеличением протекающего така через обмотку1 магнитное поле, Направление намагничивания выбрано таким, чтобы на торце сердечника электромагнита 2, расположенном рядом с постоянным магнитом 5, при протекании тока через обмотку Ц образовался полюс М. Образованное магнитное поле у полюса сердечника электромагнита 2 взаимодействует с магнитным полем постоянного магнита 5, закрепленного на противоположном относительно оси 4 конце пластины 3.Зто взаимодействие выражается в том, что возникают силы притягивания между полюсом М сердечника электромагнита 2 и10 низкий уровень, который закрывает первый ключ 11, и через него перестает проте-. 35 ся от упора 7, Перемещаясь в этом 40 полюсом Я постоянного магнита 5, а также силы отталкивания между полюсом И сердечника электромагнита 2 и полюсам постоянного магнлтз 5. В результате зтсга возникает противоположный вращению пластины 3 на аси 4 вращающий момент, и скорость перемещения пластины 3 ат упора 7 под действлем этого врзщаощегася момента начинает снижаться, По достижении напряженностью магнитного поля, образованного обмоткой . 1 с сердечником электромагнита 2, величины, достаточной для создания вращающего момента, противодействующего перемещению под действием динамического напора пластины 3 ат упора 7, пластина останавливается. Ток в обмотке1 продолжает возрастать, пластина 3 после остановки начинает перемещаться обратно к упору 7. Дойдя до упааа 7, пластина останавливается и открывает флажком б световой поток между источником 8 и приемником 9 света, На выходе приемника 9 появляется высокий уровень, вызывающий появление на прямом выходе триггера кать ток. В силу свойства индуктивности ток через обмотку . 1 прекращается не сразу, По мере уменьшения тока через обмотку1 в момент размыкания первого ключа 11 величина вращающего момента от взаимодействия магнитного поля, создаваемого обмоткой1, и магнитного поля постоянного магнита 5, начинает также уменьшаться, Вследствие этого(если, например, динамический. напор не изменился) пластина 3 под действием уже превышающей по величине этот вращающий момент силы динамического напора, начинает опять перемещатьнаправлении, пластина 3 своим флажком б закрывает световой поток между источником 8 и приемником 9. На выходе приемника 9 света появляется низкий уровень, з на прямом выходе триггера 10 - высокий, В результате первый ключ 11 замыкается и в обмотке1 ток начинает повышаться. Так как расход среды за время одного цикла, например, повышается, амплитуда вазозстания тока через обмотку1 тоже возрастает. Это вызвано тем, что при повышении расхода среды повышается величина динамического напора, воздействующего на пластину 3. Однако наступает момент, когда амплитуда напряженности магнитного поля возвращает пластину 3 при повысившемся расходе опять к упору 7. При этом опять флажок б открывается световой поток от источника 8 света к приемнику 9 и на его выходе появляется высокий уровень. В ре 10 15 20 эуьтате на прямом выходе триггер" 10 устанавливается низкий уровень, размыкающий первый ключ 11, а ток через обмотку 1 1 а момент его размыкания начинает уменьшаться: Это приводит к тому, чта г лзстиид . опять начинает под действием силы динамическап напора среды перемещаться от упора 7, Перемещаясь от упора 7, пластина 3 своим флажком 6 закрывает световой поток между источником 8 света и приемником Я, На выходе приемника 9 света возникает нлзкий уровень, а на прямом выходе триггера 10 - высокий, замыкающий первый ключ 11. В результате так, проходящий через обмотку - 1, начинает возрастать. Но так кзк расход среды остается неизменным, амплитуда возрастания тока в обмотке1 также остается на прежнем уровне, а время достижения этого уровня сокращается. Из этого следует, что при увеличении расхода среды частота перемещения колебания) пластины 3 увеличивается и пропорционально возрастает амплитудное значение тока в обмотке 1 1,Уменьшение рзсхоца среды приводит к замедлению перемещения пластины 3 от упора 7, так как начавшийся процесс ее перемешенля от него пои отсутствии тока через обмотку 1 1 Гключ 11 разомкнут, потому чта в момент начала движения пластины 3 ат упора 7 флажок б не перекрывает светового потока между источником 8 и приемнЛкам 9 света) аналогичен процесс свободнога вращения турбинки турбинного расходамера. В оеэультате частота колебаний пластины от упора 7 па потоку и обратно к упору 7 так же снижается, Уменьшается и величина амплитуды тока, протекающего через обмотку1, так как при снизившемся расходе падает и величина динамического напора среды, воздействующего на пластину 3, чта вызывает снижение величины тока чеоез обмотку 1. 1 до необходимого значения, при котором пластина 3, преодолев воздействие на нее динамического напора, возвоащается к упору 7. Частота импульсов на прямом выходе триггера 10, таким образом, пропорциональна скорости патака, а амплитуда тока в обмотке в1 и, соответственно, величина напряжения на резисторе 12 пропорциональны динамическому напору среды, так как этот ток создает напряженность магнитного поля с силой, противодействующей ему при возвращении пластины 3 к упору 7. Для запоминания амплитуды тока, протекающего через обмотку . 1, в промежутках между двумя пиками используется УВХ 13, а для преобразования частоты импульсов внапряжение, пропорциональное частоте их следования - преобразователь 14.Полученное на выходе УВХ 13 напряже-ние, пропорциональное динамическому напору среды, поступает на вход "делимое" (первый вход) первого делител ьного устройства 15.Полученное напряжение на выходе преобразователя 14, пропорциональное скорости среды, поступает на входы "делитель"(вторые входы) первого 15, второго 16 и третьего 22 делительных устройств.На выходе первого делительного устройства 15 в результате деления напряжения свыхода УВХ 13, пропорционального динамическому напору среды, на напряжение с выхода преобразователя 14, пропор,ционального скорости среды, Формируется сигнал, пропорциональный массе среды, который поступает на вход "множитель 1" (первый вход) умножителя 21.На выходе второго делительного устройства 16 формируется сигнал, пропорциональный плотности среды, так как вкачестве "делимого" на его вход поступает напряжение, пропорцинальное массе среды, а на вход "делитель" - напряжение, пропорциональное скорости среды. Этот сигнал поступает на второй вход первого корректора 19 и вход второго корректора 20.На выходе третьего делительного устройства 22 формируется сигнал, пропорцинальный объемному расходу, скорректированный сигналом, поступающим на вход "делитель" с второго вы. хода второго коллектора 20, на выходе умножителя 21 формируется сигнал, пропорциональный массовому расходу, скорректированный сигналом, поступающим навход "множитель 2" (второй вход) с первоговыхода второго корректора 20;Эти коррекции сигналом, поступающимна вход умножителя 21, сигналом по входу "множитель 2" и входу делительного устройства 22, сигналом по входу "делитель" осуществляются для того, чтобы показания равных значений объемных расходов, нс с разной плотностью среды, и равных значений массовых расходов, то также с разной плотностью среды, не отличались при изменении плотности смеси,20 В результате включения второго управляемого ключа 23 импульсом, поступающим с инверсного выхода триггера 10, во 55время свободного перемещения пластины 3от упора 7 по потоку через дополнительную обмотку 2 ток не будет проходить. Вследствие этого дополнительное тормозящее магнитное поле отсутствует. Свободное пе ремещение пластины 3 пд действием потока среды не тормозится.При повышении расхода среды скорость свободного перемещения пластины 3 по потоку получает дополнительное прираще" ние. На выходе второго делительного устройства 16 напряжение, по указанным причинам, понижается.В результате на выходе первого корректора и сумматора 17 появляется сигнал, пропорциональный снижению напряжения нз выходе второго делительного устройства 16, Этот сигнал в момент срабатывания (замыкания) второго управляемого ключа 23 вызывает в дополнительной обмотке 2 ток, который возбуждае дополнительное тормозяшее магнитное поле и притормаживает свободное перемещение пластины 3 по потоку. В итоге снижается частота колебаний пластины 3, а следовательно, и величина постоянного напряжения на выходе преобразователя 14, пропорционального объемному расходу среды.Уменьшение этого напряжения приводит к увеличению напряжения на выходе делительноге устройства 16, а это, в свою очередь, снижает на выходе сумматора 17 напряжение, что вызывает стабилизацию тока, проходящего через дополнительную обмотку Е 2 датчика 1 расхода, при котором устраняется дополнительное приращение скорости свободного перемещения пластины 3. Эта коррекция суммарного магнитного поля, создающегося обмотками О и 1.2, исключает влияние изменения гидравлического коэффициента сопротивления, связанного с изменением числа Рейнольдца и ри изменении характера обтекания средой пластины 3 (в областях ламинарного турбулентного характера обтекания ее), возникающем с изменением величины расхода измеряемой среды.В результате введения этих коррекций происходит выравнивание функций преобразования в каналах объемного и массового расходов.Формула изобретения Расходомер газоводонасыщенной нефти, содержащий датчик расхода, триггер, первый и второй ключи и первое делительное устройство, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерений, в него введены последовательно соединенные преобразователь частота-напряжение, подключенный входом к выходу триггера, первый корректор, сумматор и реостат, вторым выводом подключенный к входу второго ключа, последовательно соединенные второе делительное устройство, входом подЗаказ 4459 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101 ключенное к выходу преобразователя частота - напряжение, второй корректор и умножигель, выход которого является первым выходом расходомера, а также третье дели- тельное устройство, первым входом подключенное к выходу преобразователя частота - напряжение, вторым входом - к второму выходу второго корректора, резистор и устройство выборки-хранения, причем датчик расхода выполнен с дополнительной обмоткой электромагнита и упором, установленным с возможностью ограничения перемещения пластины, начало и конец допблнительной обмотки злектромагнита подключены соответственно к выходу второго ключа и общей шине расходомера, начало и конец основной обмотки злектромагнига подключены соответственно, к выходу первого ключа и входу устройства выборки-хранения, соединенному через резистор с общей шиной расходоме.ра, выход датчика расхода соединен с входом триггера, прямой и инверсный выходы которого подключены к управляющим вхо дам соответственно первого и второго ключей, выход устройства выборки-хранения подключен через первое делительное устройство к второму входу второго делитель- ного устройства, первым входом 10 подключенного к второму входу первого делительного устройства, выходом подключенного к второму входу умножителя, выход второго делительного устройства подключен к второму входу первого корректора, 15 второй вход сумматора подключен к шинеисточника опорного напряжения, вход первого ключа соединен с выходом источника тока, выход третьего делительного устройства является вторым выходом 20 расходомера.