Способ определения расхода жидкости

 

Использование: в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности для определения расхода жидкости. Сущность изобретения: способ определения расхода жидкости заключается в измерении мощности, потребляемой приводным электродвигателем, определении значений постоянных величин, измерении температуры жидкости и определении расхода по формуле, приведенной в описании. 1 ил.

Изобретение относится к измерениям расхода жидкостей и может быть использовано в нефтяной и нефтеперерабатывающей промышленности и других отраслях народного хозяйства при измерении расхода жидкостей.

Известно устройство, реализующее способ измерения расхода жидкости по изменению скорости объемного заряда [1]. Недостаток указанного способа - низкая надежность измерений, не возможность работы с электропроводящими жидкостями, необходимость создания и установки специального оборудования.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому является способ измерения расхода жидкости, реализованный в расходомере насосного агрегата, включающий измерение мощности приводного электродвигателя и определение расхода жидкости по измеренному значению [2]. К недостаткам способа относятся необходимость создания и установки дополнительной аппаратуры, узкий диапазон измерений.

Цель изобретения - повышение надежности и расширение диапазона измерений расхода жидкости.

Цель достигается тем, что перед определением расхода определяют значения постоянных величин (N_мeх, Z, r, у, е, m, v₁, l, d, f, n), дополнительно измеряют температуру жидкости, а значение расхода определяют по формуле Q= , где N_o - полная мощность, потребляемая насосом; N_мeх - мощность механических потерь; t - температура жидкости; Z - коэффициент сопротивлений элементов трубопровода; r - плотность жидкости; у - коэффициент локальных гидравлических сопротивлений; е - коэффициент магистральных гидравлических сопротивлений; m - коэффициент динамической вязкости; v₁ - вязкость жидкости при t = 50^o; l,d,f - длина, диаметр, площадь поперечного сечения проточной части трубопровода; n - показатель степени, зависящий от температуры (изменяется в пределах 2,66 - 2,77 во всем температурном диапазоне от +40 до -60^oС).

Сущность предложенного способа заключается в следующем.

Полезная мощность, затрачиваемая насосом на перемещение жидкости, определяется зависимостью N = Q ˙P, (1) где N - полезная мощность, затрачиваемая насосом; Р - давление в гидросистеме.

Полезная мощность является составляющей полной мощности, потребляемой насосом, и связана с ней по формуле N = N_o x η = N_o - N_п, (2) где N_o - полная мощность, потребляемая насосом; η - КПД насоса; N_п - мощность потерь.

Мощность потерь складывается из двух составляющих N_п = N_мeх + N_г, (3) где N_мeх - мощность механических потерь насоса; N_г - мощность гидравлических потерь.

Мощность механических потерь - это мощность, которая затрачивается на преодоление трения в подшипниках. Потери от трения подшипников мало зависят от мощности, затрачиваемой насосом, и сам насос не подвержен влиянию температур.

Гидравлические потери энергии принято оценивать потерями давления, которые являются по существу потерями энергии, отнесенными к единице объема потока жидкости. Гидравлические потери делятся на путевые и местные. Общие гидравлические потери трубопровода определяются по формуле Р_тр = Р_a + Р_с = (у · (1/d) + e) · (r/2) · (Q/f)², (4) P_тр - общие гидравлические потери давления в трубопроводе;
Р_а - путевые потери;
Р_с - сумма местных потерь давления;
e,у - коэффициенты путевых и местных сопротивлений;
l,d,f - длина, диаметр и площадь сечения проточной части трубопровода;
r - плотность жидкости.

Гидравлические потери мощности вычисляются по формуле
N_г = P_тр x Q . (5)
Плотность жидкости связана с вязкостью жидкости и меняется в зависимости от температуры
r = m/v = (m/v₁) · (t/50)ⁿ, (6)
где m - коэффициент динамической вязкости;
v - вязкость жидкости;
v₁ - вязкость жидкости, измеренная при температуре +50^oC;
t - температура жидкости;
n - показатель степени, зависящий от температуры.

Подставив в формулу (3) значения выражений (4) - (6), получим N_п= N_мeх+ (у · (1/d + e) х (m/(2·v₁))·(t/50)ⁿ·(Q³/f²) (7)
Давление в трубопроводе также зависит от расхода жидкости и выражается следующей зависимостью:
Р = (Z х r х Q²)/(2·f²), (8) где Z - коэффициент сопротивлений элементов трубопровода.

Подставив в выражение (2) значения зависимостей (1), (7) и (8), получим результирующую зависимость:
N=N_мех+(y·(1/d)+e)·(m/2·V₁))·(t/50)ⁿ·(Q³/f²) +
(9) Преобразовав выражение (9), выводим зависимость расхода жидкости от полной потребляемой мощности насосом в виде выражения
Q= ,
В процессе работы дополнительно измеряют температуру жидкости, а расход определяют по формуле (10).

На чертеже изображена блок-схема реализации способа.

Блок-схема содержит датчик 1 мощности, сумматор 2, второй вход которого связан с задающим элементом 3 значения механических потерь, выход сумматора 2 связан с входом усилителя 4 с регулируемым коэффициентом усиления, выход которого соединен с входом первого элемента 5 с регулируемым коэффициентом нелинейности, выход которого связан с первым входом блока 6 вычислений, датчик 7 температуры, выход которого соединен с входом второго элемента 8 с регулируемым коэффициентом нелинейности, выход которого связан с вторым входом блока 6 вычислений.

Способ реализуется следующим образом.

Датчик 1 выдает сигнал, пропорциональный потребляемой мощности приводного электродвигателя насоса, который поступает в сумматор 2, где из него вычитается сигнал с задающего элемента 3, пропорциональный механическим потерям насоса. Сигнал с выхода сумматора 2 преобразуется в усилителе 4 в соответствии с коэффициентом усиления, с выхода элемента 4 сигнал поступает в элемент 5, где изменяется по степенной зависимости. С датчика 7 сигнал, пропорциональный текущей температуре жидкости в трубопроводе, поступает на вход элемента 8, где преобразуется по степенной зависимости, с выхода элемента 8 сигнал поступает в блок 6 вычислений, где перемножается с сигналом, поступающим с выхода элемента 5. Выходной сигнал элемента 6 является выходным сигналом системы, который пропорционален расходу жидкости в трубопроводе.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ, заключающийся в измерении мощности, потребляемой приводным электродвигателем, и нахождении величины расхода с учетом измеренного значения, отличающийся тем, что с целью повышения надежности и расширения динамического диапазона, перед определением расхода определяют значения постоянных величин N_мех,z,r,y,e,m,v₁,l,d,f,n, дополнительно измеряют температуру жидкости, а значение расхода находят по формуле
Q=
где N_о - полная мощность, потребляемая насосом;
N_мех - мощность механических потерь насоса;
t - температура жидкости;
z - коэффициент сопротивлений элементов трубопровода;
r - плотность жидкости;
y - коэффициент локальных гидравлических сопротивлений;
e - коэффициент магистральных гидравлических сопротивлений;
m - коэффициент динамической вязкости;
v₁ - вязкость жидкости при t = 50^oС;
l, d, f - длина, диаметр и площадь поперечного сечения проточной части трубопровода;
n - показатель степени, зависящий от температуры.

РИСУНКИ

Рисунок 1