Устройство и способ для регулирования чувствительного элемента турбинного измерителя расхода

Устройство и способ для регулирования чувствительного элемента турбинного измерителя расхода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Уровень техники

[0001] Текучие среды, например углеводороды, транспортируют с одного места в другое посредством трубопроводов. Желательно точно знать количество текучей среды, протекающей через трубопровод, особенно при продаже или покупке текучей среды. Такая операция, то есть, передача продукта покупателю, требует использования измерителя расхода определенной точности. Передача продукта покупателю может иметь место на станции измерения текучей среды. Станции измерения могут содержать основные компоненты, такие как измеритель расхода или устройство измерения, сопутствующие трубопроводы и клапаны и электрические средства управления. Используемый при передаче продукта покупателю измеритель расхода может представлять собой турбинный измеритель, измеритель вытеснительного типа, ультразвуковой измеритель, расходомер Кориолиса, вихревой измеритель или другое измерительное устройство.

[0002] Турбинные измерители расхода проводят измерения текучей среды, измеряя скорость поворота турбины, расположенной в потоке текучей среды. Поток текучей среды, протекающий через измеритель расхода, набегает на лопасти турбины, вызывая их поворот. Угловая скорость ротора турбины пропорциональна скорости потока текучей среды.

[0003] Турбинный измеритель расхода может содержать электромагнитный чувствительный элемент, содержащий постоянный магнит и катушку. При перемещении каждой лопасти турбины или другого элемента турбины, предназначенного для показания расхода (например, парамагнитной кнопки, расположенной на ободке вокруг лопастей), в непосредственной близости от чувствительного элемента происходит деформация магнитного поля чувствительного элемента с образованием напряжения в катушке чувствительного элемента. Таким образом, чувствительный элемент вырабатывает последовательность импульсов напряжения, частота которых соответствует скорости поворота турбины и скорости потока текучей среды через измеритель.

[0004] Некоторые турбинные измерители расхода содержат более одного электромагнитного чувствительного элемента. В таких измерителях сигналы от различных электромагнитных чувствительных элементов могут быть сравнены с друг другом для подтверждения правильности соответствующей операции измерителя. Различные характеристики выходных сигналов чувствительного элемента, включая, например, частоту, фазу и т.д., могут быть сравнены при подтверждении правильности. Положения чувствительных элементов относительно других компонентов измерителя (например, оси ротора турбины) могут воздействовать на выходные сигналы чувствительного элемента и, следовательно воздействовать на работу измерителя.

Раскрытие изобретения

[0005] В настоящей заявке раскрыты способ и устройство, предназначенные для калибровки турбинного измерителя расхода посредством регулирования положения электромагнитного чувствительного элемента. В одном из вариантов реализации настоящего изобретения, турбинный измеритель расхода содержит проточную трубку, электромагнитные датчики и располагающую пластину. Электромагнитные датчики выполнены с возможностью определения поворота указателя расхода в проточной трубке. Датчики прикреплены к располагающей пластине. Располагающая пластина выполнена с возможностью регулируемого расположения датчиков относительно проточной трубки.

[0006] В другом варианте реализации настоящего изобретения способ включает прикрепление электромагнитных датчиков к располагающей пластине. Положение располагающей пластины регулируют относительно проточной трубки турбинного измерителя расхода, пока определительные сигналы от двух датчиков не покажут заранее определенную разность фаз.

[0007] В еще одном варианте реализации настоящего изобретения устанавливающая система для установки датчика измерителя расхода содержит располагающую опору и располагающую пластину. Располагающая опора выполнена с возможностью прикрепления к проточной трубке турбинного измерителя расхода. Располагающая пластина выполнена с возможностью подвижного прикрепления к указанной опоре.

Краткое описание чертежей

[0008] Для подробного описания вариантов реализации настоящего изобретения будут сделаны ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:

[0009] на фиг.1 показано поперечное сечение турбинного измерителя расхода, содержащего устройство регулировки положения электромагнитного датчика согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения;

[0010] на фиг.2 показана аксонометрическая проекция располагающей опоры и располагающей пластины, предназначенных для регулирования положения электромагнитных датчиков в турбинном измерителе расхода согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения;

[0011] на фиг.3 показано перспективное поперечное сечение располагающей опоры и располагающей пластины по фиг.2;

[0012] на фиг.4 показан вид сверху располагающей опоры и располагающей пластины по фиг.2 и 3;

[0013] на фиг.5 показаны располагающая опора и располагающая пластина, предназначенные для регулирования положения электромагнитных датчиков в турбинном измерителе расхода вдоль нескольких осей согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения;

[0014] на фиг.6 показана блок-схема системы, предназначенной для калибровки турбинного измерителя расхода посредством регулирования положения электромагнитных датчиков согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения;

[0015] на фиг.7 показана блок-схема системы калибровки турбинного измерителя расхода посредством регулирования положения электромагнитных датчиков согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения.

Обозначения и терминология

[0016] Всюду в последующем описании и в формуле изобретения использованы определенные термины, имеющие отношение к конкретным компонентам системы. Как понятно специалисту в данной области техники, компании могут упоминать те же самые компоненты под другими названиями. В этом документе не проведены отличия между компонентами, различающимися по названию, но не по назначению. В последующем описании и в формуле изобретения термины «содержащий» и «включающий» использованы с возможностью расширения и, таким образом, означают «содержащий, но не ограниченный….» Кроме того, термин «соединен» или «соединены» предназначен для указания на косвенное или непосредственное электрическое соединение. Таким образом, если первое устройство соединено со вторым устройством, это соединение может быть выполнено в виде непосредственного электрического соединения или в виде косвенного электрического соединения посредством других устройств и соединений.

Подробное описание изобретения

[0017] Последующее описание направлено на разъяснение различных вариантов реализации настоящего изобретения. Хотя один или несколько из этих вариантов реализации могут быть предпочтительными, описанные варианты реализации настоящего изобретения не должны быть интерпретированы, или каким-либо образом использованы, как ограничивающие область действия изобретения, включая пункты формулы изобретения. Кроме того, специалисту в данной области техники ясно, что последующее описание имеет широкую область использования, причем описание любого варианта реализации изобретения представляет собой лишь иллюстрацию этого варианта и не предназначено для сообщения об ограничении области действия настоящего изобретения, включая пункты формулы изобретения, этим вариантом реализации изобретения.

[0018] Турбинные измерители расхода содержат электромагнитные чувствительные элементы (датчики), определяющие близость лопастей турбины или других определяемых поворотных элементов при повороте турбины под воздействием текучей среды. Турбинные измерители расхода, полагающиеся на операции механической обработки с малыми допусками и тщательную сборку с точным расположением датчиков относительно других компонентов измерителя, подвержены ошибкам. Погрешность расположения датчика может привести к неправильной работе и отбраковке измерителя.

[0019] Варианты реализации настоящего изобретения включают регулируемое расположение датчика. Положение электромагнитного датчика может быть изменено по одному или нескольким направлениям во время сборки/калибровки измерителя с возможностью правильного расположения датчика относительно других компонентов измерителя. Таким образом, описанные здесь варианты реализации изобретения предназначены для обеспечения возможности точного расположения датчика при уменьшенных требованиях к допускам при машинной обработке, что приводит к уменьшению количества отходов, объема доработки и связанных с этим расходов.

[0020] На фиг.1 показано поперечное сечение турбинного измерителя 100 расхода, включая регулирование положения датчика согласно различным вариантам реализации изобретения. Турбинный измеритель 100 расхода содержит проточную трубку 102, роторный узел 104, располагающую опору 108, располагающую пластину 110 и два или более электромагнитных датчика 112. Роторный узел 104 содержит лопасти 106 и расположен внутри проточной трубки 102. В варианте реализации измерителя 100 расхода по фиг.1 роторный узел 104 расположен с возможностью поворота относительно точки, совпадающей с центром проточной трубки 102.

[0021] Располагающая опора 108 прикреплена (например, приварена, запрессована и т.д.) к проточной трубке 102. Располагающая опора 108 выполнена с выемками 114 и 116. Форма выемки 114 предназначена для удержания располагающей пластины 110 с возможностью горизонтального (то есть, в плоскости, по существу перпендикулярной центральной линии 122) изменения положения располагающей пластины 110 в располагающей опоре 108 в пределах заранее определенного диапазона (например, диапазона изменения положения, составляющего 1/8 дюйма). Выемки 116 выполнены для удержания датчиков 112 с возможностью изменения горизонтальных положений датчиков 112 относительно положения располагающей пластины 110. В варианте реализации изобретения по фиг.1 выемки 116 в располагающей опоре 108 обычно выполнены цилиндрическими с продолговатым поперечным сечением. В других вариантах реализации настоящего изобретения выемки 116 могут быть выполнены с поперечным сечением в виде круга, эллипса или другой формы. Располагающая опора 108 может быть выполнена из нержавеющей стали или из другого по существу немагнитного материала.

[0022] Располагающая пластина 110 содержит каналы 118, выполненные с возможностью обеспечения прохода датчиков 112 в располагающую опору 108. Размер каналов 118 обеспечивает возможность продольного перемещения датчиков 112 при сохранении положения датчиков 112 в боковом направлении под заранее определенным углом. Например, каналы 118 располагающей пластины 110 выполнены с возможностью расположения датчиков 112 таким образом, чтобы центральные линии 120 датчиков 112 пересекались по горизонтальной центральной линии 124 проточной трубки 102 (то есть, по оси роторного узла 104). Располагающая пластина 110 может быть выполнена из нержавеющей стали или другого по существу немагнитного материала.

[0023] Размеры располагающей пластины 110 обеспечивают возможность ее расположения в выемке 114 располагающей опоры 108 и подвижного перемещения внутри выемки 114. Например, желательно разместить располагающую пластину 110 таким образом, чтобы центральные линии 120 электромагнитных датчиков 112 пересекались на центральной линии 122 проточной трубки 102. Таким образом, располагающая пластина 110 выполнена с возможностью перемещения в боковом направлении относительно проточной трубки 102 (то есть, в направлении центральной линии 124) с целью такой регулировки точки пересечения центральных линий 120 датчиков 112, чтобы она была на центральной линии 122 проточной трубки 102.

[0024] В некоторых вариантах реализации турбинного измерителя 100 расхода оптимальное положение датчиков 112 представляет собой положение, в котором сигналы, вырабатываемые двумя датчиками 112, сдвинуты по фазе приблизительно на 90° (например, на 90°±45°). Разность фаз между сигналами, вырабатываемыми двумя датчиками 112, использована для подтверждения правильной работы измерителя 100 расхода. Разность фаз между двумя сигналами зависит от различных факторов, включая боковое положение датчиков 112 относительно проточной трубки 102. Турбинные измерители расхода, в которых отсутствует регулировка неправильно расположенных датчиков, возможно, не образуют сигналы с разностью фаз, указывающей на правильную работу устройства измерения, и, таким образом, могут требовать дорогостоящей доработки.

[0025] На фиг.2 показан перспективный вид располагающей опоры 108 и располагающей пластины 110, предназначенных для регулировки положения электромагнитных датчиков 112 в турбинном измерителе 100 расхода согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения. Размеры располагающей пластины 110 обеспечивают возможность ее расположения в пределах выемки 114 опоры 108. Датчики 112 расположены в выемках 116 располагающей опоры 108 посредством каналов 118 располагающей пластины 110. Располагающая пластина 110 содержит каналы 204, посредством которых крепежные элементы (например, болты 202) прикрепляют располагающую пластину 110 к опоре 108 после должного расположения располагающей пластины 110. Размеры каналов 204 обеспечивают возможность изменения положения располагающей пластины 110 в выемке 114 располагающей опоры 108. В различных вариантах реализации располагающей пластины 110 размеры каналов 204 обеспечивают возможность регулирования положения располагающей пластины 110 вдоль одной или нескольких осей (например, в боковом или продольном направлении относительно проточной трубки 102).

[0026] На фиг.3 показано перспективное поперечное сечение располагающей опоры 108 и располагающей пластины 110, предназначенных для регулирования положения электромагнитных датчиков 112 в турбинном измерителе 100 расхода согласно различным вариантам реализации изобретения. Располагающая пластина 110 расположена в выемке 114 опоры 108. Датчики 112 расположены в выемках 116 опоры 108 посредством каналов 118 располагающей пластины 110. Датчики 112 закреплены в вертикальном направлении посредством давления, оказываемого удерживающим устройством 302. Удерживающее устройство 302 может содержать упругий компонент (например, пружину или слой эластомерного материала 304, например, неопрена). Удерживающее устройство 302 прикреплено к располагающей пластине 110 и располагающей опоре 108 посредством болта 306, вставленного в резьбовой канал 308 располагающей опоры 108 через канал 310 в располагающей пластине 110. Размер канала 310 обеспечивает возможность заранее определенного диапазона регулировки располагающей пластины 110 с целью установки в нужном положении датчиков 112, как описано выше. В других вариантах реализации настоящего изобретения удерживающее устройство 304 прикреплено к располагающей опоре 108 и/или к располагающей пластине 110 посредством другого приспособления для закрепления, известного в этой области техники.

[0027] В варианте реализации изобретения по фиг.3 поверхности 312 выемок 116 определяют осевые положения датчиков 112. Датчики 112 расположены в выемках 116 таким образом, что дальний конец каждого датчика 112 контактирует с поверхностью 312, а ближний конец каждого датчика 112 контактирует с удерживающим устройством 302. В других вариантах реализации настоящего изобретения дальний конец датчика 112, возможно, не контактирует с поверхностью 312 и/или осевое положение датчика 112 может быть регулируемым. В таких вариантах реализации изобретения поверхность 312 не обязательно должна быть точно расположена и осевое расположение датчика 112 может быть зафиксировано посредством воздействия установочного винта, связанного с располагающей пластиной 110, посредством зацепления резьбы датчика 112 с резьбовым каналом 118 располагающей пластины 110 или посредством другого средства, известного в этой области техники.

[0028] На фиг.4 показан вид сверху располагающей опоры 108 и располагающей пластины 110, предназначенных для регулирования положения электромагнитных датчиков 112 в турбинном измерителе 100 расхода согласно различным вариантам реализации изобретения. Как можно видеть, располагающая опора 108 содержит продолговатые выемки 116, обеспечивающие возможность изменения положения располагающей пластины 110 и электромагнитных датчиков 112 в боковом направлении. В некоторых вариантах реализации располагающей опоры 108 форма выемок 116 предназначена для продольного или продольного и бокового изменения положения (например, в боковом направлении вдоль оси X и в продольном направлении вдоль оси Y) располагающей пластины 110 и электромагнитных датчиков 112. Располагающая опора 108 также содержит отверстия 502 с резьбой, принимающие болты 202, предназначенные для прикрепления располагающей пластины 110 к располагающей опоре 108.

[0029] На фиг.5 показаны располагающая опора 108 и раздвоенная располагающая пластина 502, предназначенные для регулирования положения электромагнитных датчиков 112 в турбинном измерителе 100 расхода вдоль нескольких осей согласно различным вариантам реализации настоящего изобретения. Раздвоенная располагающая пластина 502 содержит две секции 504 располагающей пластины, каждая из которых содержит канал 118 датчика. Каждая секция 504 располагающей пластины выполнена с возможностью бокового и/или продольного (относительно проточной трубки 102 по фиг.1, где боковое направление вдоль оси X и продольное направление вдоль оси Y) перемещения независимо от другой секции 504 располагающей пластины, что обеспечивает возможность независимого расположения каждого электромагнитного датчика 112.

[0030] На фиг.6 показана блок-схема системы калибровки турбинного измерителя 100 расхода посредством регулировки положения электромагнитных датчиков 112 согласно различным вариантам реализации изобретения. Электромагнитные датчики 112 измерителя 100 расхода подсоединены к схемам 602 формирования сигнала. Схема 602 формирования сигнала может быть внутренней или внешней относительно измерителя 100 расхода. Схема 602 формирования сигнала может содержать усилитель и/или компаратор, выполненные с возможностью преобразования аналоговых сигналов, вырабатываемых электромагнитными датчиками 112, в прямоугольные импульсные сигналы.

[0031] Мониторинговая система 604 для мониторинга сигналов соединена со схемой 602 формирования сигнала. Мониторинговая система 604 может содержать осциллограф или компьютер, или другое устройство, обеспечивающее возможность измерения и/или выведения на дисплей разницы во времени между краями или другими индикаторами времени сигналов, выдаваемых схемой 602 формирования сигнала. Мониторинговая система 604 предоставляет информацию (например, информацию о разности фаз сигналов, разности синхронизации сигналов и т.д.), которая может быть использована для регулирования положения располагающей пластины 110 и прикрепленных к ней электромагнитных чувствительных элементов 112.

[0032] На фиг.7 показана схема последовательности операций в способе регулирования положения электромагнитных датчиков 112 в турбинном измерителе 100 расхода согласно различным вариантам реализации изобретения. Хотя для удобства показано последовательное выполнение операций, по меньшей мере некоторые из показанных операций могут быть выполнены в другом порядке и/или выполнены параллельно. Кроме того, в некоторых вариантах реализации изобретения могут быть выполнены только некоторые из показанных операций.

[0033] На стадии 702 происходит введение электромагнитных датчиков 112 в каналы 118 располагающей пластины 110. Каналы 118 обеспечивают возможность продольного перемещения датчиков 112, но препятствуют боковому перемещению датчиков 112 независимо от располагающей пластины 110.

[0034] На стадии 704 происходит расположение располагающей пластины 110 в выемке 114 располагающей опоры 108. Размер выемки 114 обеспечивает возможность заранее определенного диапазона горизонтального перемещения располагающей пластины (например, в боковом направлении и/или в продольном направлении относительно проточной трубки 102, где боковое направление совпадает с направлением центральной линии 124, а продольное направление совпадает с направлением потока).

[0035] На стадии 706 происходит соединение мониторинговой системы 604 с электромагнитными датчиками 112. В одном варианте реализации настоящего изобретения мониторинговая система для мониторинга сигналов может быть осциллографом. В другом варианте реализации настоящего изобретения мониторинговая система для мониторинга сигналов может быть обрабатывающей системой (например, цифровым компьютером), выполненным с возможностью анализа параметров (например, частоты, фазы и т.д.) сигналов, вырабатываемых датчиками 112.

[0036] На стадии 708 в турбинном узле 104 индуцирован поворот. В некоторых вариантах реализации настоящего изобретения поток текучей среды, текущий с известной скоростью, вызывает поворот турбинного узла 104.

[0037] На стадии 710 происходит мониторинг разности фаз между сигналами, вырабатываемыми электромагнитными датчиками 112. На стадии 712 происходит регулировка по меньшей мере части располагающей пластины 110, пока сигналы, вырабатываемые электромагнитными датчиками 112, не покажут заранее определенную разность фаз. Например, в некоторых вариантах реализации настоящего изобретения заранее определенная разность фаз может приблизительно составлять 90° (например, 90°±45°). Располагающая пластина 110, или ее часть, может быть отрегулирована в боковом и/или продольном направлениях (относительно проточной трубки 102) для достижения заранее определенной разности фаз между сигналами.

[0038] На стадии 714 происходит прикрепление располагающей пластины 110 к располагающей опоре 108 посредством болтов 202. На стадии 716 датчики 112 вертикально прикреплены к располагающей пластине 110 и к располагающей опоре 108 посредством удерживающего устройства 302 и болта 306.

[0039] Вышеупомянутое описание иллюстрирует принципы различных вариантов реализации. Многочисленные изменения и модификации очевидны для специалиста в данной области техники после полного осознания им вышеприведенного раскрытия изобретения. Совершенно понятно, что интерпретация последующих пунктов формулы изобретения охватывает все такие изменения и модификации.

1. Турбинный измеритель расхода, содержащий:проточную трубку;электромагнитные датчики, выполненные с возможностью определения поворота указателя расхода, расположенного в проточной трубке; ирасполагающую пластину, к которой прикреплены указанные датчики;причемрасполагающая пластина выполнена с возможностью регулируемого расположения указанных датчиков относительно проточной трубки.

2. Измеритель расхода по п.1, дополнительно содержащий располагающую опору, выполненную с возможностью прикрепления к проточной трубке и с возможностью удержания располагающей пластины в диапазоне положений располагающей пластины.

3. Измеритель расхода по п.2, в которомрасполагающая опора содержит выемки,каждая из которых соответствует одному из указанных датчиков и выполнена с возможностью обеспечения заранее определенного диапазона регулирования положения датчика.

4. Измеритель расхода по п.3, в которомкаждая выемка содержит поверхность, определяющую осевое положение датчика в выемке.

5. Измеритель расхода по п.3, в которомрасполагающая пластина выполнена с возможностью регулируемого удержания каждого из указанных датчиков в соответствующей выемке располагающей опоры в любом из осевых положений.

6. Измеритель расхода по п.1, в которомрасполагающая пластина выполнена с возможностью регулировки бокового положения указанных датчиков относительно проточной трубки.

7. Измеритель расхода по п.1, в которомрасполагающая пластина выполнена с возможностью регулировки продольного положения указанных датчиков относительно проточной трубки.

8. Измеритель расхода по п.1, в которомрасполагающая пластина выполнена с возможностью регулировки бокового и/или продольного положения первого из указанных датчиков независимо от положения второго из указанных датчиков.

9. Измеритель расхода по п.1, в которомрасполагающая пластина выполнена с возможностью регулировки в ответ на ошибки в расположении датчика, вызывающие разность фаз, отличную от заранее определенной разности фаз между определительными сигналами, вырабатываемыми двумя из указанных датчиков.

10. Способ калибровки турбинного измерителя расхода, включающийприкрепление электромагнитных датчиков к располагающей пластине ирегулирование положения располагающей пластины относительно проточной трубки турбинного измерителя расхода до тех пор, пока определительные сигналы, вырабатываемые двумя из указанных датчиков, не покажут заранее определенную разность фаз.

11. Способ по п.10, дополнительно включающийприкрепление располагающей пластины к располагающей опоре, прикрепленной к проточной трубке, причемуказанное прикрепление включает расположение располагающей пластины в выемке располагающей опоры.

12. Способ по п.10, в которомзаранее определенная разность фаз составляет приблизительно 90 градусов.

13. Способ по п.10, дополнительно включающийприсоединение мониторинговой системы для мониторинга сигналов к электромагнитным датчикам имониторинг разности фаз между определительными сигналами, связанными с определением расхода и вырабатываемыми двумя электромагнитными датчиками.

14. Способ по п.13, в которомрегулирование основано на указанном мониторинге.

15. Способ по п.10, дополнительновключающий регулирование продольного положения располагающей пластины относительно проточной трубки.

16. Способ по п.10, в которомрегулирование включает расположение первого электромагнитного датчика независимо от второго электромагнитного датчика посредством изменения положения части располагающей пластины при неизменности положения другой части располагающей пластины.

17. Устанавливающая система для установки датчика измерителя расхода, содержащаярасполагающую опору, выполненную с возможностью прикрепления к проточной трубке турбинного измерителя расхода, ирасполагающую пластину, выполненную с возможностью подвижного прикрепления к располагающей опоре.

18. Система по п.17, в которойрасполагающая пластина выполнена с возможностью удержания электромагнитных чувствительных элементов.

19. Система по п.17, в которойрасполагающая опора содержит выемку, выполненную с возможностью удержания в ней располагающей пластины и с возможностью обеспечения изменения положения в ней располагающей пластины.

20. Система по п.17, в которойрасполагающая пластина и располагающая опора выполнены с возможностью регулировки положения располагающей пластины относительно проточной трубки в боковом и/или продольном направлении.

21. Система по п.17, в которойрасполагающая пластина выполнена с возможностью обеспечения входа электромагнитного чувствительного элемента в выемку располагающей опоры.

22. Система по п.21, в которойповерхность выемки определяет осевое положение электромагнитного чувствительного элемента.

23. Система по п.21, в которойрасполагающая пластина выполнена с возможностью регулируемого удержания электромагнитного чувствительного элемента в выемке располагающей опоры в любом из осевых положений.

24. Система по п.17, дополнительно содержащаяудерживающее устройство, прикрепленное к располагающей пластине, причемудерживающее устройство выполнено с возможностью прикрепления электромагнитного чувствительного элемента к располагающей пластине.