Ультразвуковые расходомеры
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
°чки возникла необходимость в реконструкции большинства КНС и переносе их за контур нефтеносности. Все это потребовало новых технических решений и, в частности, создания блочных кустовых насосных станций (БКНС). В зависимости от числа установленных агрегатов БКНС могут обеспечить подачу воды 3600, 7200, 10800 м3 в cутки.
В состав БКНС (рисунок 1.1) входят следующие технологические объекты: насосная, состоящая из насосных и аппаратурных блоков; камера переключается из одного или двух блоков напорного коллектора (гребенки); распределительное устройство РУ-6.
Принцип действия БКНС следующий. Из магистрального водовода 1 вода поступает в приемный коллектор 2, откуда попадает в центробежные насосы 4, приводимые в движение электродвигателями 5. Пройдя насосы и дистанционно управляемые задвижки 3, вода попадает в высоконапорный коллектор-распределитель 7, где давление доходит до 9,5-19 МПа. Из этого коллектора через задвижки 8 и 9 и расходомеры 6 вода направляется в нагнетательные скважины.
Рисунок 1.1 - Схема кустовой насосной станции
- магистральный водовод; 2 - приемный коллектор; 3 - дистанционно управляемые задвижки; 4 - центробежные насосы; 5 - электродвигатель; 6 - расходомеры; 7 - высоконапорный коллектор-распределитель; 8, 9 - задвижки, 10 - байпас
Для учета расхода жидкости закачиваемого в пласт в данной схеме используются ультразвуковые расходомеры, в частности УРСВ-010М. На рисунке 1.2 приведена функциональная схема автоматизации КНС.
1.2 Ультразвуковые расходомеры. Принцип действия
Классификация ультразвуковых расходомеров приведена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 - Классификация ультразвуковых расходомеров
Ультразвуковые колебания (частота выше 20 кГц), нашедшие широкое применение в различных отраслях техники, в том числе и измерительной, могут быть применены и для целей измерений расхода жидкостей и газов вне зависимости от электрических свойств измеряемой среды /3/.
Ультразвуковой метод измерения расхода основан на явлении смещения звукового колебания движущейся средой. Поэтому, когда колебания распространяются по направлению скорости потока, то они тем быстрее достигают заданной (приемной) точки, чем больше скорость ? или расход потока.
Время t1 прохождения звуковым колебанием расстояния между излучателем и приемником
t1=,(1.1)
где L - расстояние между излучателем и приемником, м;
с - скорость звука в данной среде, м/с;
? - скорость или расход потока, м/с.
При распространении колебаний против скорости потока имеет место обратное явление замедление распространения, также пропорциональное скорости потока. В этом случае время t2 прохождения звуковым колебанием расстояния против скорости потока определяется по формуле
t2=,(1.2)
Так как величина отношения весьма мала по сравнению с единицей, особенно для жидкостей, где с приблизительно равен 1000…1500 м/с, a ? обычно не превосходит 3…4 м/с, то с большой степенью точности можно написать
t1=,(1.3)
t2=.(1.4)
Однако основывать ультразвуковые расходомеры только на измерении t1 и t2 было бы нерационально из-за погрешностей, связанных, с одной стороны, с возможными колебаниями скорости звука с (из-за изменения плотности потока), а главное с тем, что влияние скорости потока ? на времена t1 или t2 весьма мало по сравнению с влиянием скорости с. Иными словами полное изменение ? от нуля до ?max очень мало изменяет величины t1 и t2 (менее чем на 1 %).
Положение резко улучшится, если построить прибор, который реагировал бы на разность времени t1 и t2
Из (1.3) и (1.4) получим
Dt =t2 - t1=.(1.5)
Здесь чувствительность метода измерения будет нормальной и сохранится лишь незначительная погрешность, связанная с колебаниями величины с, причем во многих случаях есть средства для устранения и этой погрешности.
Имеется несколько путей выявления разности времени Dt для определения скорости ?:
- метод измерения разности фазовых сдвигов двух ультразвуковых колебаний, направляемых по потоку и против него;
метод измерения разности частот повторения коротких импульсов или пакетов ультразвуковых колебаний, направляемых одновременно по потоку и против него;
метод измерения разности времени прохождения коротких импульсов, направляемых одновременно по потоку и против него.
Кроме того, имеется еще четвертый метод определения скорости потока ?, который основан не на выявлении разности времен Dt, а на смещении потоком ультразвукового колебания, направляемого перпендикулярно оси трубы.
Устройство преобразователя и измерительной схемы ультразвукового расходомера, равно как и характер его работы, сильно зависят от того, производится ли излучение ультразвуковых колебаний по потоку и против него по одному или по двум разным электроакустическим каналам. В связи с этим ультразвуковые расходомеры разделяются на:
однолучевые или одноканальные;
двухлучевые или двухканальные.
В первом случае преобразователи несколько проще, но измерительные схемы, как правило, сложнее, так как возникает необходимость в запоминающем устройстве и в переключении пьезоэлементов с излучения на прием. Кроме того, возникают трудности в фазометрических измерительных схемах в связи многозначностью шкалы фазометров. С другой стороны, в двухлучевых приборах будут возникать погрешности, если в обоих электроакустических каналах будут наблюдаться неодинаковые температуры или разли