设为首页 加入收藏 联系我们
技术文章
当前位置:首页 > 技术文章 > 一种适用高压、低压损、宽量程的旋进旋涡技术
一种适用高压、低压损、宽量程的旋进旋涡技术
点击次数:680 发布时间:2017-05-02

  一般情况,油田等特种生产单位的现场工况比较苛刻,如极高 / 极低温度、超高压、流量范围宽等。尤其是压力,在热注采油、洗井、压裂等工艺中,zui高的压力达 64Mpa 以上,常规流量仪表往往难以适应其恶劣环境,无法达到计量要求;由此派生的其他诸多计量仪表,由于存在诸多不确定因素,也不能满足现场的计量要求。
以角式涡街为例,虽然角式涡街的机械强度能够满足现场的压力要求,但由于涡街的测量原理,其抗震性能较差,热注等工艺过程中产生机械振动时,会导致在无流体经过情况下涡街的无规则计量效应,不利于计量。
1、新型旋进旋涡流量计
经过多年的现场经验总结和技术沉淀,结合行业相关技术力量,现成功开发出一种适应此类高压工况、低压损、宽量程的新型旋进旋涡流量计,样机经检测完全符合相关技术要求。现就该新型产品相关的技术参数,做如下简介:
1)主要机械结构
① 壳体:304 不锈钢材料,低压压铸工艺,壁厚按照公称压力计算,适用于高压工况。
② 起旋器:采用直叶片结构,线切割,芯棒按照数学模型的角度割槽,精密焊接组装。
③ 压电晶体外壳:不锈钢材料,配置加法兰盘,密封安装,满足高压密封要求。
④ 内部腔体:标准旋进旋涡文丘里管,相切部分圆滑角过度,zui大限度避免介质流动过程中的锐角影响,减小压损。
2)主要电子结构
① 压电晶体:使用两对压电晶体封装技术,呈前后位置组装,以采集不同强度的震动信号。同时,将两个传感器的信号分别前置放大,一路提取流量上限信号,另一路提取流量下限信号,流量范围经过放大整形后,送入主板处理,两路信号选通,由单片机模糊控制选择。
② 主板:主板部分除具备常规积算仪功能外,另加入流量范围选通电路,选通点可以根据需要进行设置,由单片机发出切换指令。大流量切换到大流量传感器,前置放大信号端接入;小流量则切换到小流量传感器,前置放大信号端接入,根据不同的流量切换不同的流量传感器和前置放大器,从而使对应的电路部分有效工作。
③ 前置放大器:设计双路前置放大器,一个大流量,一个小流量,根据流量的大小调整放大倍数,使其工作在zui理想状态,随时向主板提供稳定的流量信号。每个前置放大器都具备双路 180°相位差信号放大功能,可以有效的提取差模信号,滤掉共模信号。
3)工作原理
旋进旋涡流量计是根据旋涡进动定理设计一种流量计,具有量程范围宽、无可动部件、不容易腐蚀、计量准确性高、安装便捷、安装直管段没有很高要求等优点,适用于石油、化工、天然气等多种气体的流量测量。传统旋进旋涡流量计在应用中存在压损大的难点,在大流量时,流量损失过大。因而使用受限。新型选型漩涡流量计对该气旋器进行了优化改进,使压损降低,提高了流量计对工况的适应
能力。
新型旋进旋涡流量计对旋涡发生体进行了重新设计,将传统的铝合金螺旋形叶片改为直线型叶片,同时将叶片与发生体中心轴的夹角减小,减少叶片对介质的阻碍,从而降低压损;将铝合金叶片改为不锈钢薄板,制成等变化曲线形状,同时将压电晶体传感器设计为薄片形压电晶体结构,进一步降低了流量计的压力损失。
2、机械部分工作原理
旋进旋涡流量计几个部分组成:起旋器、文丘里管、消旋器和压电晶体传感器,其结构原理如图 1 所示。

旋进旋涡流量计是基于涡流进动现象工作的。流体流过旋进旋涡流量计,首先通过一组由固定螺旋叶片组成的旋涡发生体后被强制旋转,使流体形成旋涡流。旋涡中心为“涡核”,是流体旋转运转速度很高的区域,其外围是环流。流体流经收缩段时旋涡加速,沿流动方向涡核直径逐渐缩小,而强度逐渐加强。此时涡核与流量计的轴线一致。当进入扩散段后,旋涡急剧减速,压力上升,中心区域的压
力比周围的压力低,于是产生局部回流。在回流的作用下,涡核偏离中心轴向在扩张段壁面做螺旋进动。并且是围绕中心轴进行的,进动频率与流体的流速成正比。因此,测得旋进旋涡的进动频率,即能反映流速和体积流量的大小。
3、机械结构优化方案
旋进旋涡流量计中起旋器是旋涡信号发生的关键,也是zui大的阻流件,本文针对现有旋进旋涡流量计压损太大的问题给出了一种结构设计方案。以一个 DN80 气体旋进旋涡流量计为优化研究对象,将旋涡发生体改制成直叶片结构。原叶片与来流之间夹角为 60°,来流不是切向 ,会造成严重的流动分离。流动分离使得流动扰动和流动阻力增大。因此,改进方案中考虑把原来旋涡发生体叶片做成直叶片如图 2 所示,使得入口与来流夹角减小到 30°,即流体接近切向进入,以期改善流动状态。

4、电子积算仪部分工作原理
使用 2 对压电晶体封装技术,呈前后位置封装的传感器,插入表体内部,拾取不同强度的震动信号。分别将两个传感器所拾取的 180°相位差强震动信号和弱震动信号送至 2 路前置放大,因放大倍数的设计差别,一路前置放大负责提取流量上限震动比较强的信号,另一路提取流量下限震动比较弱的信号,做不同流量范围流量信号的放大整形,送入主板的选通电路做识别处理,而两路信号的选通,
则由单片机做模糊控制选择。
在初始状态下,主板的单片机默认为上限流量前置放大器工作,当有流体留过后,如果检测的信号在上限前置放大可接受的流量范围时,继续由该上限前置继续送入流量信号。从而进行流量积算功能。如果在 4s 内所检测的流量信号不在上限前置放大的可接受范围,那么,在 4s 后,在第 5s 的时候由单片机发出选通指令,选通电路动作,切换到下限前置放大器电路,由下线前置放大器提供小流量
前置放大信号,则单片机进行流量积算功能。反之,进行上述功能的逆工作。

在正常测量状态下,出现流量范围的变化时,也是根据此原理进行选通切换,选通切换时的计算时间可根据具体情况人为的设置时间 0s ~ 10s。选通动作时间视单片机的实际处理速度而定,本机为毫秒级。
积算仪主板部分除具备常规积算仪功能外,另加入流量选通电路,选通点可以随意设置,由单片机发出指令,什么时候切换到什么状态。大流量则切换到大流量传感器前置放大信号端接入,小流量则切换到小流量传感器前置放大信号端接入。也就是说根据不同的流量来切换不同的流量传感器,和前置放大器,使相对应的电路部分有效。前置放大器:通过实验数据,得出结论,每路前置放大的放大倍数以不超过 250 倍,不低于 150 倍时状态。因流量范围的问题,压电晶体所拾取的信号模拟量幅值差别很大,zui低 0.7mv zui高 40mv。如此宽范围的输入信号使前置放大器的放大值出现局限,往往会有自激、干扰等非正常情况发生,严重的会烧毁芯片。所以,设计 2 个双路前置放大器:一个大流量,一个小流量;根据流量的大小,调整放大倍数,使其工作在状态,随时向主板提供稳定的流量信号。每个前置放大器都具备双路 180°相位差信号放大功能,可以有效的提取差模信号,滤掉共模信号。
此设计不但有效的剔除了各种干扰,还提高了量程比。
主要技术参数:
1)电源:电池供电 DC3.6V 外供电 DC9-30V
2)量程比:1:30
3)公称压力:6.4Mpa ~ 64Mpa
4)除以上功能外还具备常规旋进旋涡的全部技术参数。
5、市场前景分析
对油田等特种用户而言,由于现场工况相对恶劣,好多产品不能胜任。本产品重点针对此类特种工况而进行了深入优化设计,完够满足特种用户的使用要求,给特种用户的测量带来了极大方便。据不完全调查,仅国内油田的使用量每年不会低于 10 万台,如果量产,经济效益相当可观。

手机:
18915183688
电话:
0517-83303550
点击这里给我发消息
 

仪表网

推荐收藏该企业网站