专利名称：室内原油流变性测试自动取样装置的制作方法
技术领域：
本发明是一种室内原油流变性测试自动取样装置。涉及其它类不包括的测试 和管道系统技术领域。
背景技术：
我国的原油多为"高含蜡、高凝点、高粘度"原油，在原油管道的设计、投 产、运行和优化输送过程中，都需要进行原油表观粘度、凝点、粘温曲线、屈服 值、触变性等原油流变性测试，为各类方案的制定提供工艺计算参数。然而准确
进行原油的流变性测试就要考察以下影响因素(1)同一原油管道输送多个产区 原油的混兑比例；(2)加热输送管道的热处理温度；(3)不同输量条件下的管输 剪切条件；(4)添加降凝剂输送工艺的加剂量。研究上述因素对原油流变性的影 响的方法之一就是室内进行原油模拟处理，在模拟过程完毕后取样进行原油流变 性测试。因此室内原油流变性测试实验中的取样环节，是决定测试油样流变性参 数是否精确的关键。
目前在室内原油流变性模拟测试中采用人工手动取样的方式，即当室内原油 模拟罐中的原油在模拟过程中需要取样测试倾点或(和)粘度时，手动打开模拟 罐取样闽使油样从模拟罐中流入处于保温环境中的取样器皿(例如烧杯)内，而 后手持取样器皿向测试仪器样品杯中倾倒规定数量的测试油样，然后进行测试。 这个过程中存在以下问题 一是取样和倾倒过程中无法定量控制对油样的剪切强 度，即无法保证整个过程中对油样的剪切与模拟罐内一致，因而会影响测试结果 的真实性和重复性；二是取样过程缓慢，中间衔接环节多，油样温度易受外界环 境影响。在取样和倾倒测试油样过程中，油样脱离了原有的模拟温度环境，室温 条件成为了主导因素，这对于对温度和所经受的热历史极其敏感的原油及其流变 性测试来说非常不利。三是个体差异影响较大，不同人取样测试导致不同的测量 误差，致使实验结果出现异常时，无法判断何种因素造成这类影响。总之，室内 原油流变性测试实验中的取样环节，是决定油样流变性测试参数是否准确的关键 环节之一，而上述手动取样测试环节中由于取样方式自身原因产生的诸多不确定 因素都有可能因引起测试结果出现误差而使漫长而复杂的实验油样模拟过程前功 尽弃，从而导致整个实验失败。
发明内容
本发明的目的是发明一种用于室内原油流变性测试实验的实用、迅速、准确 的室内原油流变性测试自动取样装置。
本发明专用于现有室内原油流变测试实验的循环水套原油模拟罐l,在循环
水套原油模拟罐1的底部开孔并焊接孔套18,同时模拟罐密封盖2开孔，以使本
发明可以与循环水套原油模拟罐l进行装配。如图l所示，本发明主要由取样简
4、联接法兰5、步进电动机6、固定螺栓7、步进电动螺杆8、丝杠内简9、联接 杆10、活塞ll、油样进油嘴12、油样出油嘴13、油嘴开关装置14和开关体15 组成。取样简4底部与开关体15以螺紋进行联接，开关体15置入孔套18中再通 过油样出油嘴13在循环水套原油模拟罐1外通过螺紋联接并固定;取样简4的上 部穿过模拟罐密封盖2的开孔后通过带有排气口的联接法兰5与模拟罐密封盖2 固定；步进电动机6的步进电动螺杆8通过固定螺栓7与丝杠内简9相连，丝杠 内简9通过联接杆10与活塞11联接，这样，步进电动螺杆8、固定螺栓7、丝杠 内简9、联接杆10就构成了本装置的传动机构；该传动机构置入取样简4，控制 该传动机构的步进电动机6与联接法兰5联接并固定；取样简4的底部设有自力 式弹簧和钢珠组成的油嘴开关装置14，该油嘴开关装置14在模拟罐内罐3 —侧 有油样进油嘴12,在循环水套原油模拟罐1的外部有油样出油嘴13,控制油样的 进、出。
其中
取样简4的形状如图7所示，它是一圆管，其一端在端口的内径略大，另 一端 有内螺紋；
联接法兰5的形状如图5、图6所示，其形状是在一短管两端有法兰盘， 一端 为固定步进电动机6的方形法兰，另 一端为与模拟罐密封盖2连接的圆形法兰，在 联接法兰5的中部有排气孔；
步进电动螺杆8的形状如图1所示，它就是一螺杆；
丝杠内简9的形状如图8、图9所示，它是在一圆管的下端封口并固连一实 心杆，在杆上有与联接杆10连接的横孔，在丝杠内简9的上开口端有与步进电动螺 杆8配合的内螺紋；
联接杆10的形状如图IO所示，它是两端有叉的短杆，且在叉上有连接孔；
活塞11的形状如图11所示，它是在活塞的一侧有活塞杆且杆头为插入联接杆10叉的扁头，且在扁头上有连接孔；
油样出油嘴13的形状如图2、图3所示，它的截面成"碗"形，上端外周成六
边形，"碗"内上部有内螺紋，下部有小孔。
油嘴开关装置14的结构如图2、图3所示，它是在圆柱形开关体15的中心 竖向开一个变径孔，同时开关体15的上部横向开一个变径孔，两孔中心轴线垂 直相交。在横向变径孔内安装进油弹簧16和进油钢珠17后在进油弹簧16后端装 封堵块21;在竖向变径孔下部安装出油钢珠19和出油弹簧20后，由开关体15 底部的外螺紋与在模拟罐1外的油样出油嘴13通过螺紋联接并固定;油嘴开关装 置14由孔套18与循环水套原油模拟罐1固连(见图1)。
工作原理
本发明工作时，首先通过步进电动机6控制步进电动螺杆8的行程将活塞11 置于取样简4的最底部，以使活塞11提升时在取样简4下部空间处于真空状态， 此时，油样进油嘴12和油样出油嘴13的油嘴开关装置14受到弹簧力的作用，封 闭油样进油嘴12和油样出油嘴13。当从模拟罐1中向取样简4内吸入油样时， 控制步进电动机6以一定速提起活塞11到设定位置，此过程中，油嘴开关装置 14的进油钢珠17及进油弹簧16受到大气压的作用压缩并移动，油样通过油样进 油嘴12进入取样简4,而油嘴开关装置14的出油钢珠19及出油弹簧20伸涨，油 样出油嘴13处于关闭状态。吸进油样完毕时，油嘴开关装置14的进油钢珠17 及进油弹簧16受到弹簧力的作用，油样进油嘴12关闭。当要排出油样时，控制 步进电动机6以一定速下降活塞ll，此过程中，油嘴开关装置14里的出油钢珠 19及出油弹簧20受到活塞压力的作用使弹簧压缩并移动，油样通过油样出油嘴 13排出取样简4，而油样进油嘴12仍处于关闭状态。排出油样完毕时，油嘴开关 装置14的出油钢珠19及出油弹簧20受到弹簧力的作用，油样出油嘴13关闭。
可见，本发明结构较为简单，用于室内原油流变性测试实验时，实验人员通过 向步进电动机6发送取样时间、取样量等指令，控制自动取样装置完成取样过程， 克服了人工手动取样方式带来的计量误差过大，导致测试数据不精确的弊端；取 样过程与测试之间衔接紧密，可以保证整个取样过程中温度无波动、对油样的剪切 与罐内剪切一致，从而实现了室内原油流变性模拟和测试过程的无缝连接；也避 免了人为因素的影响，一致性好，进一步提高了相关实验和研究的精度和重复性。
图1室内原油流变性测试自动取样装置构成示意2油嘴开关装置结构及进油状态图 图3油嘴开关装置结构及出油状态图 图4循环水套原油模拟罐结构示意图
图5联接法兰正剖视图 图6联接法兰俯视图 图7取样简正剖视图 图8丝杠内简正剖视图 图9丝杠内简俯视图
图io联接杆正剖视图
图11活塞正剖视图 其中l一循环水套原油模拟罐
3—模拟罐内罐
5—联接法兰
7—固定螺栓
9一丝杠内简
11 —活塞
13—油样出油嘴
15—开关体
17—进油钢珠
19一出油钢珠
21—封堵块
2—模拟罐密封盖 4一取样简 6—步进电动机 8—步进电动螺杆 IO—联接杆 12—油样进油嘴 14一油嘴开关装置 16—进油弹簧 18—孔套 20—出油弹簧
具体实施例方式
实施例。以本例来说明本发明的具体实施方式
并对本发明作进一步的说明。 本例是一实验样机，其构成如图l所示。本装置是在循环水套原油模拟罐l的底 部开孔并焊接孔套18,同时模拟罐密封盖2开孔，以使本装置与循环水套原油模 拟罐l进行装配。本装置主要由取样简4、联接法兰5、步进电动机6、固定螺栓 7、步进电动螺杆8、丝杠内简9、联接杆IO、活塞ll、油样进油嘴12、油样出 油嘴13、油嘴开关装置14和开关体15组成。取样简4底部与开关体15以螺紋 进行联接，开关体15置入孔套18中再通过油样出油嘴13在循环水套原油模拟罐 1外通过螺紋联接并固定；取样简4的上部穿过模拟罐密封盖2的开孔后通过带有排气口的联接法兰5与模拟罐密封盖2固定；步进电动机6的步进电动螺杆8 通过固定螺栓7与丝杠内简9相连，丝杠内简9通过联接杆10与活塞11联接； 这样，步进电动螺杆8、固定螺栓7、丝杠内简9、联接杆10就构成了本装置的 传动机构；该传动机构置入取样简4，控制该传动机构的步进电动机6与联接法 兰5联接并固定;取样简4的底部设有自力式弹簧和钢珠组成的油嘴开关装置14， 该油嘴开关装置14在模拟罐内罐3 —侧有油样进油嘴12，在循环水套原油模拟 罐1的外部有油样出油嘴13，控制油样的进、出。
其中油嘴开关装置14的结构如图2、图3所示，通过孔套18固定于循环水 套原油模拟罐1的底部(见图1)。油嘴开关装置14是在圆柱形开关体15的中心 竖向开一个变径孔，同时开关体15的上部横向开一个变径孔，两孔中心轴线垂 直相交。在横向变径孔内安装进油弹簧16和进油钢珠17后在进油弹簧16后端装 封堵块21;在竖向变径孔下部安装出油钢珠19和出油弹簧20后，由开关体15 底部的外螺紋与在模拟罐1外的油样出油嘴13通过螺紋联接并固定。
其主要尺寸本例配套的循环水套原油模拟罐1是实验室常用的用于原油流 变性测试实验的油样模拟处理装置，其外形尺寸为高190mm，内罐直径为①108顯， 外罐直径为①l"誦，密封盖2开孔直径为①"ram，模拟罐l底部开孔直径为①18mm; 步进电动机6选二相步进电动机FL57STH76-04A;取样简4为cD25隱、长167 , 的钢管，管内径20mm，上口有长4. 5咖、直径①23ram的口 ；联接法兰5是一①24鹏 管段两端有法兰，高度73 mm，法兰下部的管外径23咖，与取样简4配合；丝杠内 简9截面成音叉状，即上为①16咖开口管，下封口后固连①4. 6mm短杆，全长102. 5 mm，短杆长9 mm，其上有一①3隱连接孔，丝杠内简9上口壁厚加厚，成①19mm、 高4 mm的凸环台，其上有与取样简4连接的孔；联接杆10是两端开叉的①12mm、 长50. 4mm钢柱，叉口宽5mm、长9mm，两叉部有横穿的①3腿连接孔；活塞11是① 20mm、长20mm的塞再连31mm长的杆，杆头为宽4. 6mm、长9mm的扁头，杆头有① 3mm的连接孔；油嘴开关装置14的开关体15为长38mm、上端①25mm、下端①16腿， 中心孔为①7mm，在出油钢珠19的上口孔径为①5mm且与出油钢珠19成球面接触， 在距开关体15上端7 mra、下端21 mm的上下IO腿部位安装进油弹簧16和进油 钢珠17，它是一①7mm的与中心孔垂直交叉的横孔，但在另 一端为05,的油样进 油嘴12。
本实验样机经多次用于室内原油流变性测试实验，克服了人工手动取样方 式带来的计量误差过大，导致测试数据不精确的弊端；取样过程与测试之间衔接紧密，可以保证整个取样过程中温度无波动、对油样的剪切与罐内剪切一致，从而 实现了室内原油流变性模拟和测试过程的无缝连接；也避免了人为因素的影响， 一致性好，进一步提高了相关实验和研究的精度和重复性。是一种实用、取样迅 速、数据准确的室内原油流变性测试自动取样装置。
权利要求
1. 一种室内原油流变性测试自动取样装置，包括循环水套原油模拟罐(1)，在循环水套原油模拟罐(1)的底部开孔并焊接孔套(18)，模拟罐密封盖(2)开孔，其特征是它由取样筒(4)、联接法兰(5)、步进电动机(6)、固定螺栓(7)、步进电动螺杆(8)、丝杠内筒(9)、联接杆(10)、活塞(11)、油样进油嘴(12)、油样出油嘴(13)、油嘴开关装置(14)和开关体(15)组成，取样筒(4)底部与开关体(15)以螺纹进行联接，开关体(15)置入孔套(18)中再通过油样出油嘴(13)在模拟罐(1)外通过螺纹联接并固定；取样筒(4)的上部穿过模拟罐密封盖(2)的开孔后通过带有排气口的联接法兰(5)与模拟罐密封盖(2)固定；步进电动机(6)的步进电动螺杆(8)通过固定螺栓(7)与丝杠内筒(9)相连，丝杠内筒(9)通过联接杆(10)与活塞(11)联接，步进电动螺杆(8)、固定螺栓(7)、丝杠内筒(9)、联接杆(10)构成了本装置的传动机构；该传动机构置入取样筒(4)，控制该传动机构的步进电动机(6)与联接法兰(5)联接并固定；取样筒(4)的底部设有自力式弹簧和钢珠组成的油嘴开关装置(14)。
2. 根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述 油嘴开关装置(14)是在圆柱形开关体(15)的中心竖向开一个变径孔，同时开关体 (15)的上部横向开一个变径孔，两孔中心轴线垂直相交；在横向变径孔内安装进 油弹簧(16)和进油钢珠(17)后在进油弹簧(16)后端装封堵块(21);在竖向变径 孔下部安装出油钢珠(19)和出油弹簧(20)后，由开关体(15)底部的外螺紋与 在模拟罐(1)外的油样出油嘴(13)通过螺紋联接并固定。
3. 根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所 述取样简(4)的形状是一圆管，其一端在端口的内径略大，另 一端有内螺紋。
4. 根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述 联接法兰(5)的形状是在一短管两端有法兰盘，一端为固定步进电动机(6)的方形 法兰,另一端为与模拟罐密封盖(2)连接的圆形法兰,在联接法兰(5)的中部有排气 孔。
5. 根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述 丝杠内简(9)的形状是在一圆管的下端封口并固连一实心杆，在杆上有与联接杆 (IO)连接的横孔，在丝杠内简(9)的上开口端有与步进电动螺杆(S)配合的内螺紋。
6. 根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述 联接杆(10)的形状是两端有叉的短杆，且在叉上有连接孔。
7. 根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述活塞(11)的形状是在活塞的一侧有活塞杆且杆头为插入联接杆(10)叉的扁头，并在扁头上有连接孔。
8.根据权利要求1所述的室内原油流变性测试自动取样装置，其特征是所述 油样出油嘴(13)的截面成"碗"形，上端外周成六边形，"碗"内上部有内螺紋, 下部有小孔。
全文摘要
本发明是一种室内原油流变性测试自动取样装置。它是取样筒(4)底部与开关体(15)以螺纹进行联接，开关体(15)置入孔套(18)中再通过油样出油嘴(13)在模拟罐(1)外通过螺纹联接并固定；取样筒(4)的上部穿过模拟罐密封盖(2)的开孔后通过带有排气口的联接法兰(5)与模拟罐密封盖(2)固定；步进电动机(6)的步进电动螺杆(8)通过固定螺栓(7)与丝杠内筒(9)相连，丝杠内筒(9)通过联接杆(10)与活塞(11)联接，步进电动螺杆(8)、固定螺栓(7)、丝杠内筒(9)、联接杆(10)构成了本装置的传动机构；该传动机构置入取样筒(4)，控制该传动机构的步进电动机(6)与联接法兰(5)联接并固定；取样筒(4)的底部设有自力式弹簧和钢珠组成的油嘴开关装置(14)。
文档编号G01N1/14GK101419137SQ20071017632
公开日2009年4月29日 申请日期2007年10月25日 优先权日2007年10月25日
发明者张立新, 李建廷, 梁静华, 祁惠爽, 青 苗, 竹 赵 申请人:中国石油天然气股份有限公司