Датчик уровня жидкости (варианты) - RU2643687C2

Чертежи

Описание

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Это изобретение в общем относится к устройствам управления уровнем жидкости, в частности к датчикам уровня жидкости.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Во время добычи природного газа смесь жидкостей и газов нагнетают в сепаратор, обеспечивающий разделение жидкостей от газов. Следует осуществить определение уровня жидкости в сепараторе и управление им. При падении жидкости ниже определенного уровня в сепараторе газы могут проходить в резервуары для хранения, предназначенные исключительно для жидкостей, а при превышении жидкостью определенного уровня в сепараторе жидкости могут проходить в трубы, предназначенные исключительно для газов. Следовательно, определение и управление уровнем жидкости в сепараторе необходимо для надлежащего функционирования сепаратора.

Обычно датчики уровня жидкости, используемые во время добычи природного газа, приводят в действие давлением природных газов, добываемых из буровой площадки. Эти пневматические датчики уровня жидкости приводят к выведению в атмосферу природного газа, который мог бы быть продан. Также при наличии частиц в газе и/или при содержании влаги в газе снижается уровень надежности пневматических датчиков уровня жидкости.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Приведенный в качестве примера датчик уровня жидкости содержит корпус и выступ, проходящий через корпус. В корпусе расположено множество функционально присоединенных рычагов. Первый из рычагов функционально присоединен к выступу, а второй из рычагов функционально присоединен к первому рычагу. Перемещением выступа обеспечено перемещение первого рычага, обеспечивающее открывание или закрывание переключателя вторым рычагом без контакта с переключателем при достижении жидкостью заранее установленного уровня.

В примере первый из рычагов выполнен с возможностью перемещения в первом поворотном направлении, а второй из рычагов выполнен с возможностью перемещения во втором поворотном направлении, противоположном первому поворотному направлению.

В примере датчик уровня жидкости также содержит соединение, при этом соединение присоединено с возможностью регулирования ко второму рычагу, а положение соединения влияет на заранее установленный уровень.

В примере второй рычаг определяет удлиненное отверстие, через которое соединение присоединено с возможностью регулирования, и при этом соединение выполнено с возможностью перемещения в различные положения вдоль второго рычага для контакта с первым рычагом в различных положениях вдоль первого рычага.

В примере пружина присоединена к регулируемому седлу пружины для регулирования предварительного натяга пружины, и при этом предварительный натяг пружины влияет на амплитуду перемещения выступа в ответ на изменение уровня жидкости.

В примере второй рычаг содержит элемент из черного металла для открывания или закрывания переключателя. Еще один приведенный в качестве примера датчик уровня жидкости содержит корпус и выступ, проходящий через корпус. Блок рычага присоединен к выступу и корпусу, а перемещение выступа обеспечивает открывание или закрывание переключателя блоком рычага посредством магнитного поля при достижении жидкостью заранее установленного уровня.

В примере выступ предназначен для присоединения к вытеснителю, расположенному снаружи корпуса.

В примере пружина присоединена к регулируемому седлу пружины для регулирования предварительного натяга пружины, и при этом предварительный натяг пружины влияет на амплитуду перемещения выступа в ответ на изменение уровня жидкости.

В примере блок рычага содержит элемент из черного металла для открывания или закрывания переключателя.

Еще один описанный приведенный в качестве примера датчик уровня жидкости содержит приспособление для увеличения перемещения приспособления для смещения жидкости. Приспособление для увеличения содержит приспособление для приведения переключателя в движение без контакта с переключателем при достижении жидкостью заранее установленного уровня.

В примере приспособление для увеличения содержит приспособление для регулирования приспособления для увеличения для регулирования заранее установленного уровня.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 изображает приведенный в качестве примера датчик уровня жидкости.

Фиг. 2 изображает приведенный в качестве примера блок рычага, который может быть использован для реализации приведенного в качестве примера датчика уровня жидкости по фиг. 1.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Несмотря на то что следующие приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости описаны применительно к буровым площадкам для добычи природного газа, описанные здесь приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости могут также быть использованы для управления уровнями жидкости любого другого применения.

Природный газ добывают из подземных пластов в смеси газов, жидкостей и грязи. Сепараторы зачастую используют для отделения природного газа от смеси, добытой из пластов. Сепаратор представляет собой резервуар, содержащий отдельные камеры (например, камеры сбора) для жидкостей и газов. Во многих случаях сепаратор обеспечивает возможность сбора жидкостей на дне сепаратора в камере сбора жидкости и обеспечивает возможность сбора газов в верхней части сепаратора в камере сбора газа. После отделения жидкости и газы через трубы перемещают в отдельные резервуары для хранения.

Обычно управление разгрузочным клапаном в камере сбора жидкости осуществляют для поддержания уровня жидкости между заранее установленными верхним и нижним уровнями. При падении жидкости ниже заранее установленного нижнего уровня газы могут проходить в трубы для жидкости и выходить из резервуаров для хранения жидкостей, что может приводить к угрозе загрязнения окружающей среды и штрафам, накладываемым государством. При превышении жидкостью заранее установленного верхнего уровня жидкости могут проходить в трубы для газа, что может приводить к блокированию труб или их повреждению. Следовательно, поддержание жидкости между заранее установленными уровнями в камере сбора жидкости посредством управления разгрузочным клапаном является важным аспектом управления сепаратором на буровых площадках для добычи природного газа.

Датчики уровня жидкости зачастую используют для направления команд (например, сигнал) к устройству управления о том, что жидкость достигла заранее установленного уровня. При достижении жидкостью заранее установленного верхнего уровня устройство управления выполнено с возможностью направления команды к приводу для открывания разгрузочного клапана, в результате чего обеспечивается освобождение жидкости из камеры сбора жидкости для понижения уровня жидкости. При достижении жидкостью заранее установленного нижнего уровня устройство управления выполнено с возможностью направления команды к приводу для закрывания разгрузочного клапана. Обычно, датчики уровня жидкости, используемые во время добычи природных газов, пневматически приводят в действие давлением природных газов, добываемых из буровой площадки. При эксплуатации пневматический датчик уровня жидкости направляет пневматический выходной сигнал к приводу, который обеспечивает выведение природного газа в атмосферу, что приводит к потере природного газа, который мог бы быть продан. Также уровень надежности пневматических датчиков уровня жидкости снижается при наличии частиц в газе и/или при содержании влаги в газе.

Описанные здесь приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости не требуют пневматического или электрического питания. В общем описанные здесь приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости обеспечивают открывание или закрывание переключателя (например, TopWorx® GO Switch, являющегося безрычажным концевым переключателем, или переключателя, содержащего индуктивный бесконтактный датчик) при достижении жидкостью заранее установленного уровня. Описанный здесь приведенный в качестве примера датчик уровня жидкости содержит корпус и выступ, проходящий через корпус. Выступ может быть присоединен к вытеснителю, по меньшей мере частично погруженному в жидкость или полностью погруженному на поверхности раздела двух жидкостей, имеющих различные удельные плотности. При эксплуатации вытеснитель выполнен с возможностью перемещения в ответ на изменение уровня жидкости, а перемещение вытеснителя обеспечивает перемещение выступа. Блок рычага присоединен к выступу и корпусу. Перемещение выступа обеспечивает открывание или закрывание переключателя блоком рычага без контакта с переключателем посредством магнитного поля при достижении жидкостью заранее установленного уровня.

Приведенный в качестве примера блок рычага может содержать первый рычаг и второй рычаг. Первый рычаг функционально присоединен к выступу и второму рычагу. Перемещением выступа обеспечено перемещение первого рычага, обеспечивающее открывание или закрывание переключателя вторым рычагом без контакта с переключателем посредством магнитного поля при достижении жидкостью заранее установленного уровня. Переключатель может быть подсоединен непосредственно к приводу, присоединенному к разгрузочному клапану таким образом, чтобы при закрывании переключателя обеспечивать направление переключателем сигнала к приводу для открывания или закрывания разгрузочного клапана. Следовательно, описанные здесь приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости могут быть использованы для поддержания жидкости между заранее установленными уровнями.

Описанные здесь приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости не требуют пневматической силы и не приводят к выведению природного газа в атмосферу. Дополнительно, качество природного газа, добываемого из буровых площадок, не влияет на надежность датчиков уровня жидкости, описанных здесь, а описанные здесь датчики уровня жидкости не требуют электрического питания для приведения переключателя в движение.

Фиг. 1 изображает приведенный в качестве примера датчик 100 уровня жидкости, содержащий корпус 102 и выступ 104, проходящий через корпус 102. Вытеснитель 106 присоединен к выступу 104 и при эксплуатации может быть по меньшей мере частично погружен в жидкость или полностью погружен между двумя жидкостями, имеющими различные удельные плотности. Выступ 104 расположен внутри цапфы 108, обеспечивая возможность поворота выступа 104 при перемещении вытеснителя 106 в ответ на изменение уровня жидкости. В соответствии со следующим далее более подробным описанием перемещение выступа 104 обеспечивает открывание или закрывание переключателя 202 (фиг. 2) блоком 200 рычага (фиг. 2), расположенным в корпусе 102, без контакта с переключателем 202 (например, посредством магнитного поля) при достижении жидкостью заранее установленного уровня.

Фиг. 2 изображает приведенный в качестве примера блок 200 рычага, который может быть использован для реализации приведенного в качестве примера датчика 100 уровня жидкости по фиг. 1. Средняя точка первого рычага 204 присоединена с возможностью поворота к первому ступенчатому винту 206, прикрепленному к корпусу 102, а верхняя поверхность или край 207, примыкающий к концу 209 первого рычага 204, выполнена с возможностью контакта с выступом 104. Конец 211 второго рычага 208 также присоединен с возможностью поворота к корпусу 102 через второй ступенчатый винт 213. Соединение 210, имеющее закругленную вершину 212, присоединено с возможностью регулирования ко второму рычагу 208 для контакта с верхней поверхностью 215 первого рычага 204 для обеспечения возможности перемещения второго рычага 208 в ответ на перемещение первого рычага 204. Второй рычаг 208 также определяет удлиненное отверстие 214. Крепежный элемент 216 (например, болт, ручка или любой другой подходящий крепежный элемент) вводят через отверстие 214 для ввинчивания в соединение 210 для прикрепления соединения 210 ко второму рычагу 208. Соединение 210 выполнено с возможностью перемещения вдоль отверстия 214 для контакта с первым рычагом 204 в различных положениях вдоль первого рычага 204 для изменения величины перемещения второго рычага 208 в ответ на данную величину перемещения первого выступа 204. Отметки и градуировка 218 образованы над отверстием 214 на передней поверхности 219 второго рычага 208 для обеспечения видимого ориентира положения соединения 210 вдоль отверстия 214. В соответствии со следующим более подробным описанием регулировка положения соединения 210 обеспечивает изменение чувствительности блока 200 рычага к перемещению выступа 104, что, следовательно, влияет на уровень жидкости, при котором обеспечивается открывание или закрывание переключателя 202 вторым рычагом 208.

Второй рычаг 208 также содержит пусковое устройство 220 для открывания или закрывания переключателя 202. Пусковое устройство 220 присоединено с возможностью регулирования к выступу 222, отходящему перпендикулярно от передней поверхности 219 второго рычага 208. Пусковое устройство 220 содержит резьбовой стержень 224, отходящий от металлической головки 226 из черного металла. Выступ 222 определяет отверстие (не показано) для приема резьбового стержня 224 пускового устройства 220. Стопорную гайку 228 навинчивают на резьбовой стержень 224 и затягивают напротив выступа 222 для закрепления пускового устройства 220 к выступу 222 таким образом, чтобы расположить металлическую головку 226 пускового устройства 220 под выступом 222. Переключатель 202 (например, TopWorx® GO Switch, являющийся безрычажным концевым переключателем, или переключатель, содержащий индуктивный бесконтактный датчик) расположен в корпусе 102 под головкой 226 пускового устройства 220 с ориентацией по фиг.2. Пусковое устройство 220 выполнено с возможностью перемещения к переключателю 202 или от него посредством регулирования положения стопорной гайки 228 на резьбовом стержне 224 пускового устройства 220. Переключатель 202 образует магнитное поле, образующее силы притяжения между металлической головкой 226 пускового устройства 220 и переключателем 202. В соответствии со следующим более подробным описанием регулирование расстояния между головкой 226 пускового устройства 220 и переключателем 202 обеспечивает изменение перепада уровня жидкости, необходимого для перемещения выступа 104.

Как показано на фиг. 2, выступ 104 присоединен к пружине 230 через крючок 232, отходящий от витка пружины 230. Крючок 232 расположен в пазе, расположенном по окружности, (не показано) на выступе 104, таким образом поджимая выступ 104 вниз с ориентацией по фиг. 2. Пружина 230 выполнена без возможности контакта с первым рычагом 204. Пружина 230 поджимает выступ 104 вниз с ориентацией по фиг. 2 для приложения усилия к первому рычагу 204 для противодействия силам притяжения между переключателем 202 и головкой 226 пускового устройства 220 и поддержания промежутка между головкой 226 пускового устройства 220 и переключателем 202. Пружина 230 присоединена к регулируемому седлу 234 пружины для регулирования предварительного натяга пружины 230. В соответствии со следующим более подробным описанием предварительный натяг пружины 230 также влияет на перепад уровня жидкости, необходимый для перемещения выступа 104.

Стопор 236 расположен над вторым рычагом 208 для ограничения перемещения второго рычага 208 по направлению вверх, а ступенчатый винт 206, поддерживающий первый рычаг 204, расположен под вторым рычагом 208 для ограничения перемещения второго рычага 208 по направлению вниз. Следовательно, положения стопора 236 и ступенчатого винта 206 влияют на максимальный и минимальный размеры промежутка, соответственно, между головкой 226 пускового устройства 220 и переключателем 202 во время эксплуатации приведенного в качестве примера датчика 100 уровня жидкости. В соответствии со следующим более подробным описанием пусковое устройство 220 приводит переключатель 202 в движение без контакта с переключателем посредством магнитного поля при перемещении головки 226 пускового устройства 220 ближе к переключателю 202 или дальше от него.

Обычно при эксплуатации вытеснитель 106 выполнен с возможностью перемещения в ответ на изменение уровня жидкости и обеспечения перемещения выступа 104. Перемещение выступа 104 обеспечивает открывание или закрывание переключателя 202 блоком 200 рычага посредством магнитного поля при достижении жидкостью заранее установленного уровня. Следовательно, для приведения переключателя 202 в движение не требуется физический контакт между блоком 200 рычага и переключателем 202.

Более конкретно, геометрия выступа 104 и блока 200 рычага увеличивает перемещение вытеснителя 106 и передает перемещение пусковому устройству 220 для открывания или закрывания переключателя 202. Например, повышением уровня жидкости увеличена выталкивающая сила, воздействующая на вытеснитель 106, в результате чего обеспечивается перемещение конца выступа 104, расположенного снаружи корпуса 102, по направлению вверх при превышении силой, воздействующей на выступ 104, сил притяжения между пусковым устройством 220 и переключателем 202. В результате обеспечивается перемещение конца выступа 104, расположенного внутри корпуса 102, по направлению вниз с ориентацией по фиг. 2. Перемещение конца выступа 104, расположенного внутри корпуса 102, по направлению вниз приводит к перемещению первого рычага 204 по направлению против часовой стрелки в соответствии с изображением на фиг. 2. Перемещение первого рычага 204 против часовой стрелки приводит к повороту второго рычага 208 в направлении по часовой стрелке. Положение соединения 210 вдоль отверстия 214 определяет величину поворота второго рычага 208 относительно величины поворота первого рычага 204. С ориентацией по фиг. 2 пусковое устройство 220 выполнено с возможностью перемещения от переключателя 202 при повороте второго рычага 208 в направлении по часовой стрелке.

В примере, изображенном на фиг. 2, переключатель 202 может быть выполнен с возможностью обычного нахождения в открытом положении и приведения в действие с переведением в закрытое положение при перемещении пускового устройства 220 от переключателя 202. Следовательно, при достижении жидкостью заранее установленного верхнего уровня и после перемещения пускового устройства 220 на определенное расстояние от переключателя 202 силы притяжения между пусковым устройством 220 и переключателем 202 обеспечат приведение в действие переключателя 202 с переведением в закрытое положение, таким образом направляя сигнал к приводу (не показано) для открывания разгрузочного клапана (не показано) для понижения уровня жидкости. При переведении переключателя 202 в закрытое положение магнитное поле, образованное переключателем 202, предотвращает сброс переключателя 202 до возвращения жидкости к уровню, ниже заранее установленного верхнего уровня. При продолжении повышения жидкости за пределы заранее установленного верхнего уровня второй рычаг 208 выполнен с возможностью взаимодействия со стопором 236, ограничивающим дальнейшее перемещение второго рычага 208.

Описанные здесь приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости не используют электрическое питание для приведения переключателя 202 в движение. Также описанные здесь приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости не используют пневматическую силу и, следовательно, не подвержены влиянию качества природных газов, добытых из буровых площадок. Дополнительно, описанные здесь приведенные в качестве примера датчики уровня жидкости не приводят к невыгодному выведению природного газа.

Чувствительность блока 200 рычага к перемещению выступа 104 может быть регулирована посредством перемещения соединения 210 вдоль отверстия 214 для контакта с первым рычагом 204 на различных положениях вдоль первого рычага 204. Положение соединения 210 влияет на перемещение пускового устройства 220 относительно увеличения перемещения вытеснителя 106 посредством определения поворота второго рычага 208 относительно поворота первого рычага 204. Следовательно, перепад уровня жидкости, требуемый для приведения переключателя 202 в движение, может быть увеличен посредством перемещения соединения 210 по направлению к выступу 104 и уменьшен посредством перемещения соединения 210 от выступа 104, в результате обеспечивая меньшую или большую чувствительность приведенного в качестве примера датчика 100 уровня жидкости, соответственно, к изменениям в уровне жидкости и изменению заранее установленного уровня.

Чувствительность выступа 104 к изменениям в уровне жидкости также может быть регулированной. Амплитуда перемещения выступа 104 в ответ на изменение уровня жидкости подвержена влиянию двух предшествующих эксплуатации условий: предварительный натяг пружины 230 и расстояние между пусковым устройством 220 и переключателем 202. Во-первых, предварительный натяг пружины 230 может быть регулирован посредством повышения или опускания регулируемого седла 234 пружины. Сила пружины 208, воздействующая на выступ 104, обеспечивает возможность преодоления выступом 104 сил притяжения между пусковым устройством 220 и переключателем 202. Следовательно, увеличение предварительного натяга пружины 230 уменьшает перепад уровня жидкости, требуемый для перемещения конца выступа 104, расположенного снаружи корпуса 102, по направлению вверх с ориентацией по фиг. 2.

Во-вторых, расстояние между пусковым устройством 220 и переключателем 202 может быть регулировано посредством изменения положения стопорной гайки 228 на резьбовом стержне 224 пускового устройства 220, что приводит к перемещению пускового устройства 220 ближе к переключателю 202 или дальше от него. При перемещении пускового устройства 220 ближе к переключателю 202 обеспечивается уменьшение амплитуды перемещения выступа 104 в ответ на изменение уровня жидкости, так как выступу 104 предстоит преодолеть превосходящую силу притяжения между пусковым устройством 220 и переключателем 202 для обеспечения перемещения первым рычагом 204 второго рычага 208. В обратном случае, увеличение амплитуды перемещения выступа 104 в ответ на изменение уровня жидкости будет обеспечено при перемещении пускового устройства 220 дальше от переключателя 202.

Несмотря на описанные здесь конкретные приведенные в качестве примера устройства, ими не ограничен объем защиты этого патента. Напротив, этот патент включает все устройства, находящиеся в пределах объема прилагаемых пунктов формулы изобретения этого патента.

Реферат

Предложены датчики уровня жидкости. Датчик уровня жидкости содержит корпус, выступ, проходящий через корпус, и множество функционально присоединенных рычагов, расположенных в корпусе. Причем первый из рычагов функционально присоединен к выступу, а второй из рычагов функционально присоединен к первому рычагу, при этом перемещением выступа обеспечено перемещение первого рычага, обеспечивающее открывание или закрывание переключателя вторым рычагом без контакта с переключателем при достижении жидкостью заранее установленного уровня, а также соединение, присоединенное с возможностью регулирования ко второму из указанных рычагов таким образом, что положение соединения влияет на заранее установленный уровень. Предложенное изобретение направлено на создание надежного датчика уровня жидкости, не требующего электрического питания для приведения переключателя в движение. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула