Способ определения эффективной вязкости газожидкостного потока

 

Изобретение относится к способам определения эффективной вязкости газожидкостного потока, основанным на электрических измерениях при электромагнитном способе возбуждения с постоянной амплитудой и периодом колебаний виброэлемента поперек потока однополярными импульсами тока. Цель изобретения - расширение диапазона измерения и области применения . Согласно способу плоскость в.иброэлемента располагают в потоке под углом к направлению его движения . Выбирают фиксированную амплитуду и направление протекания тока, обеспечивающие перемещение виброэлемента против потока при максимальном расходе тока, затем линейно уменьшают ток. При этам наблюдают за подвижностью виброэлемента. В момент начала его движения определяют амплитуду тока и начинают отсчитывать фиксированный интервал времени, по окончании которого скачкообразно увеличивают ток до ранее определенной амплитуды. С этого момента измеряют интервал времени, за который виброэлемент достигает в этом направлении конечной точки перемещения. По величине этого интервала времени судят о величине эффективной вязкости газожидкостного потока. Благодаря выбранному режиму колебаний виброэлемент чувствителен к эффективной вязкости неоднородного газожидкостного потока, что расширяет диапазон измерений и области использования . 3 ил. . С tg ю -4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (19) (11) (51) 4 G Ol N ) 1/16

OllHCAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2)) 3714334/24-25 (22) 22.03.84 (46) 07.07.86. Бюл. У 25 (71) Казахский государственный научно-исследовательский и проектный институт нефтяной промышленности (72) В.А.Филатов, В.Ф.Будников и Н.Т,)1)ахуров (53) 532.137(088.8) (56) Голубев И.Ф., Гнездилов Н.

Вязкость газов и газовых. смесей. М, Изд-во Госкомитета стандартов, 1971, с. 35.

Авторское свидетельство СССР

)) - 1122924,, кл. G 01 N 11/16, 1984, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОЙ

ВЯЗКОСТИ ГАЗО)КИДКОСТНОГО ПОТОКА (57) Изобретение относится к способам определения эффективной вязкости газожидкостного потока, основанным на электрических измерениях при электромагнитном способе возбуждения с постоянной амплитудой и периодом колебаний виброэлемента поперек потока однополярными импульсами тока, Цель изобретения — расширение диапазона измерения и области применения, Согласно способу плоскость виброэлемента располагают в потоке под углом к направлению его движения. Выбирают фиксированную амплитуду и направление протекания тока, обеспечивающие перемещение виброэлемента против потока при максимальном расходе тока, затем линейно уменьшают ток. При этим наблюдают за подвижностью виброэлемента, В момент начала его движения определяют амплитуду тока и начинают отсчитывать фиксированный интервал времени, чо окончании которого скачкообразно увеличивают ток до ранее определенной амплитуды. С этого момента измеряют интервал времени, за который виброэлемент достигает в этом направлении конечной точки перемещения.

По величине этого интервала времени судят о величине эффективной вязкости газожидкостного потока. Благодаря выбранному режиму колебаний виброэлемент чувствителен к эффективной вязкости неоднородного газожидкостного потока, что расширяет диапазон измерений и области использования. 3 ил, .

1242761

Изобретение относится к измерительной технике непрерывного дей— с твия определения эффективной вязкости потока, состоящего из смеси жидкости и газа, например гаэонасыщенной нефти, транспортируемой по трубопроводам, при осуществлении контроля за качеством ингибирования таких смесей с целью снижения потерь энергии при транспортировании °

Может быть также использован для измерения эффективной вязкости взаимно нерастворимых жидкостей, осуществления коррекции показаний расходомеров с телом обтекания, работающих на газожидкостных потоках, с целью исключения влияния на них показания измеряющейся эффективной вязкости смеси.

Целью изобретения является расширение диапазона измерений и области применений путем использования специальных режимов колебаний виброэле- мента, На фиг, l представлено устройство для реализации способа, на фиг, 2 схема действия сил на виброэлемент; на фиг. 3 — эпюра тока в электромагнитном преобразователе при совместном действии на виброэлемент электромагнитного преобразователя и динамического напора измеряемой среды.

Устройство содержит (фиг. 1) электромагнитный преобразователь 1, содержащий упоры 2 и 3, индуктивные

О датчики 4 и 5 положения, электромагнит 6, полость 7 и плоский виброэлемент 8, Один конец плоского виброэлемента 8 размещен в полости 7 плоскостью под углом к направлению потока, протекающего через эту полость, а другой конец с закрепленным на нем симметрично его оси своими полюсами постоянным магнитом 9, размещенным у полюса электромагнита 6.

Индуктивные датчики 4 и 5 размещены порознь в крайних точках колебаний постоянного магнита 9 виброэлемента 8.

Обмотка электромагнита 6 подключена к выходу генератора 10 другой выход .которого соединен с вторичным прибором 11, Входы "Старт" и "Финиш" генератора 10 соединены соответственно с индуктивными датчиками 2 и 3 положения. Их обмотки включены так, что при удалении постоянного магнита 9 от упора 2 и при приближении его к упору 3 на их выходах нозбуждаются импульсы положительнои полярности„

Электромагнит 6 питается от гене5 ратора 10, который совместно с ним при движущемся потоке формирует ток специальной формы (фиг ° 3), обеспечивающий устойчивое автоколебание виброэлемента, а также вырабатывает скачкообразно увеличивающийся ток в электромагните 6, тормозящий виброэлемент по истечении фиксированного времени с момента начала его движения по патоку под действием динами15 ческого:напора, Для обеспечения согласованной работы генератора 10 и электромагнита 6 с направлением силы динамического напора измеряемой среды в электромагните 6 выбирают направление и амплитуду протекания тока, а также вход потока 7 такими, при которых виброэлемент 8 устойчиво перемещает я против потока в упор 2 (фиг. 1) при максимальном erо расходе. Для этого плоскость виброэлемента уста— навливают вдоль потока, в электромагнит 6 подают постоянный ток, а н полости 7 создают максимальный расход среды. В результате взаимодействия магнитного поля магнита 6 с магнитньпц полем постоянного магнита

9 виброэлемент 8 установится в крайнее положение (например, в упор 2), Затем плоскость виброэлемента 8 устанавливают в этом положении под о о углом 6 с К с 30 к направлению потока (фиг, 2), а на выходе генератора 10 величину тока устанавливают такой> при которой виброэлемент 8

40 устойчиво удерживается в этом положении (т.е. в упоре 2).

Способ осуществляют следующим образом.

Максимальной амплитудой тока

45 . (фиг, 3), поступающего с выхода генератора 10 на электромагнитный преобразователь 1, устанавливаR) Y виброэлемент 8 против потока B крайнее положение его перемещения (т е, в упор 2).

Затем непрерывно и линейно уменьшают ток. Появление импульса на выходе первого датчика 4 положения свидетельствует об удалении от него постоянного магнита 9 виброэлемента 8, а следовательно, о начале его движечия.

1242761

В зтат момент ", (фиг, 3! апре деляют величину тока, затем отсчитывают фиксированный интервал времени вь (фиг. 3), а также продолжают непрерывное и равномерное уменьшение тока.

По окончании фиксированного интервала времени ьГ (а меньше времени полного перемещения виброэлемента от упора 2 до упора 3) ток в электромагнитном преобразователе 1 скачкообразно увеличивают до ранее определенной его величины в момент начала движения виброэлемента по потоку, и сохраняют это значение амплитуды до окончания фиксированного интервала времени колебания виброэлемента 8, а также определяют .время с момента этого скачкообразного увеличения тока до появления импульса на выходе второго датчика положения 3.

Это время пропорционально эффективной вязкости газожидкостного патока.

Зависимость этого интервала времени от эффективной вязкости газожидкостного потока происходит по следующим причинам.

Известно, что если пластина, установленная под углом к направлению движения потока, совершает установившееся движение в среде.и в некоторый момент времени это движение попытаться скачкообразно нарушить (например, затормозить ее движение), то переход к новому установившемуся движению> соответствующему новому воздействию (заторможенному), произойдет через некоторое конечное время. Это происходит в результате реконструкции обтекания, которое связано с вязкими процессами в пограничном слое, образованном на поверхности пластины при обтекании ее средой, в частности с изменением его толщины (толщина пограничного слоя, при импульсном на него воздействии изменяется пропорционально Qt где 1 — кинематическая вязкость среды.

Таким образом, плавное воздействие на пластину, при котором успевает происходить реконструкция обтекания, не вызывает проявления вязких процессов в пограничном слое на характер изменения состояния пластины (т.е. состояние изменяется синхронно с внешним воздействием). В противном случае B petf H pet т1)ухции «б t t к;иии в процессе перехода пластiпп,t из uqного установившегося движения в дру— гае при внешнем воздействии играет определенное значение. 1"1аксимальнас влияние времени реконструкции обтекания проявляется при импульсных внешних воздействиях.

Это явление используется па пред10 лагаемому спаосабу, а именно при непрерывном равномерном уменьшении тока в электромагнитном преобразователе после начала движения виброэлемента влияние процесса реконструкции обтекания незначительно. Его проявление не сказывается на характере изменения установившегося движения виброэлемеита, При скачкообразном увеличении то2д ка в электромагнитном преобразователе процесс реконструкции обтекания не успевает следовать за скачкообразно изменившимся внешним воздействием. При этом происходит запаздыва25 ние перехода пластины из одного установившегося движения в другое, так как па эта затрачивается определенное конечное время, пропорциональное вязкости срецы. Эта дапа пвггель30 нае время затрачивается на отрезке пути, начало котарага саатв тств -o ò моменту скачкообразного увеличения тока электромагнитным преабра.".ñ ÿëтелем, Непрерывное и линейное уменьшалиe тока в электромагнитном ITpcoGpàçàààГеле иа участке пути перейеще1И!Я виб роэлемента, начало катарага соответствует стартовой точке (упор 2), конец — скачкообразному увеличению тока по истечении фиксираваннага промежутка времени 1 до амплитуды„ при которой виброзлемент начал свое движение из упора 2 не вызовет существенного влияния на характер изменения установившегося движения вибраэлемента, Проходимый при этом Бибраэлемен том путь при перемещении для широкого диапазона изменения динамического напора всегда постоянный, Это объясняется следующим образом, Перемещение виброэлемента из упора 2 В Îp 3 пад дейcтвием Динами55 ческого напора описывается следующим уравнением движения йМ

Т вЂ” = И -11 - И -11т, (1) дв м

1 2/> 2 7 f) 1. .< — м<э>1ен1 инерции виброэлементя, включякэщий н себя момент инерции присоединенной массы;

М вЂ” движущий момент, зависящий

Ае при конкретной конструкции пластины виброэлемента от динамического напора потока;

И„, — момент реакции, удерживающий нибраэлемент и зависящий от амплитуды тока, протекающего через электромагнит;

М . — момент сопротивления сил вязХ кого трения, зависящий от вязкостных характеристик среды потока;

М вЂ” момент сопротивления сил тре т ния в подшипниках, завися;дий от конструкции опо р, в которых виброэлемент колеблется, Во всех случаях изменения параметрон среди потока (вязкости, скорости, плотности) при одной:и той же конструкции виброэлемента состояние его (движение) определяется соотношением сил, входящих спагаемыми в правую часть уравнения (1), Из него видно> что перемещение ниброэлемента из упора 2 начиня.ется при условий, если соблюдается неравенство

""д м 11х т (2)

*е,э

Для э тог о не об ходимо для к аждог о конкретного по качеству среды потока найти условие выполнения неравен.-.тва (2) .

Поиск этого условия осуществляют непрерывным линейным уменьшением

".îêà н электромагнитном преобразователе с фиксированной максимальной амттлитудой до нуля.

На виброэлемент, установленный в стартовой точке фиксированной максимальной амплитудой тока, действует удерживающая сила Г„ =- F „, а противоположно гй — движущая сила

Совместно с силой F â этом же направлении действуют тормозящая сила вязкости F„, являющаяся проекцией вектора вязкой силы R (сопротивления) на это направление, а также другие внешние тормозящие силы, как например, силы трения F в опорах колебания.

При этом создается условие

+ F + Р

При ум! нт-п>ении силь! тока н электромагнитном преобразователе, зя счет уменьшения н этой связи силы

1",„происходит уменьшение суммы сил, входящих н правую часть неравенства ,31. Минуя при снижении тока условие, когда *е = 1 м + х + тр э (4) на пластине возникает бесконечно

10 малое превышение (6 У ) движущей

Ав силы Г„над суммой сил, входящих

ФЪ в правую часть равенства, При этом создается условие, когда

+ 1 + Fòð (5)

В резупьтате появления бесконечно малого превьппения пГ движу!пей силы F е над суммой сил, удерживающих ниброэлемент в исходной точке (в упоре 2), виброэлемент начинает

20 перемещаться.

По мере дальнейшего уменьшения удерживающей силы Г!„ (снюкения тока) величина ьГ растет. Это увеличивает скорость перемещения

25 виброэ.пемента °

Таким образом, приращение скорости перемещения виброэлемента в процессе снижения тока в электромагнитном преобразователе происходит за счет увеличения бесконечно малого превышения д Г б, вызываемого умень— ше нием удерживающей c HJIH Г, При этом величина эффективной вязкости среды потока на характер приращения скорости на этом участке перемещения виброэлемента практически не влияет, Это объясняется двумя факторами„

Плавное внешнее воздействие на виб40 роэлемент (пластину), находящийся в одном установившемся движении, не вызывает влияние процесса реконструкции обтекания на характер перехода виброзлемента (пластины) н другое

45 установившееся движение (отсутствует запаздывание изменения положения виброэлемента от скорости изменений внешнего воздействия).

Далее постоянна уменьшающаяся

50 удерживающая сила F â каждом периоде измерения всегда вызывает появление бесконечно малого превьш!ения движущей силы над суммой тормозящих виброэлемент сил> т,е, величина движущей силы> при которой виброэлемент начинает движение из состояния покоя, стремится в пределе к величине удерживаю!щей силы F> . При этом мож1242761 но принять, что 1 = 1", т.е. ,и

Ь = (опзt,.,Из этого следует, что характер прирашения скорости перемещения виброэлемента определяется характером изменения удерживающей силы Гц на участке плавного характера ее изменения, Это означает, что величина скорости перемещения виброэлемента из состояния покоя преимущественно определяется скоростью уменьшения удерживающей си.пы F (скоростью уменьшения тока в электромагнитном преобразователе).

Принимая скорость уменьшения тока в электромагнитном преобразователе постоянной, можно принять, что,величина пути, пройденного виброэлементом за фиксированный отрезок време.ни ЬС для широкorо диапазона значения параметров среды потока (скорости, вязкости, плотности), постоянна.

Вследствие этого оставшийся путь перемещения виброэлемента также постоянный, Однако виброэлемент этот отрезок пути проходит за разное время, так как скачкообразное воздействие (в данном случае торможение) на установившееся движение (разгон) на начальном участке пути вызывает после скачкообразного электромагнитного торможения проявление переходного процесса в пограничном слое !реконструкцию обтекания). Процесс реконструкции обтекания при этом влечет за собой затрату дополнительного времени, Это время пропорционально эффективной вязкости газожидкостного потока.

Предлагаемый способ, в отличии от известного позволяет использовать без снижения чувствительности особенность двюкения газожидкостного потока для расширения диапазона измерения, которая заключается в том, что, например, при снижении средней плотности потока из-за увеличения газосодержания увеличивается скорость его движения. А так как динамический напор, используемый для перемещения виброэлемента, является величиной, пропорциональной квадрату скорости (р у, ), то снижение средней плотности в этой зависимости значительно компенсируется увеличившейся скоростью движения смеси. поэтому размещение плоскости плоского виброэлемента под углом к потоку, в отличие от известного способа, по= зволяет, используя более узкий динамический диапазон измерения параметра потока (динамического напора), определять эффективную вязкость еro среды с равномерной чувствительностью в широких пределах.

Таким образом„ возбуждение колебаний плоского виброэлемента 8 в поперечной плоскости движущегося потока совместным действием электромагнитного преобразователя !, подключенного к генератору 10, и динамического напора измеряемой среды, созданного за счет установки плоскости виброэлемента 8 под углом с6 к направлению потока, исключает неустойчивое его колебание при появлении в жидкости свободного газа, а при увеличении объема свободного газа, создающего разные формы движения смеси жидкости с газом, исключает срыв колебаний.

Кроме того„ поперечное колебание виброэлемента обеспечивает усреднение значения эффективной вязкости смеси по сечению трубопровода, так как из-за присутствия свобоцного га, за в жидкости в этом сечении образуется неравномерная плотность смеси.

Этим достигается расширение диапазона измерений и области применений ввиду возможности использования способа для определения эффективной вязкости неоднородных потоков.

З5 Формула из обре" ения

Способ определения эффективной вязкости газожидкостного потока, основанный на электрических измерениях при электромагнитном способе возбуждения с постоянными амплитудой и периодом колебаний виброэлемента, преимущественно пластины, поперек потока однополярньми импульса45 ми тока, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и области применения, плоскость виброэлемента располагают в потоке под углом к направлению его

50 движения, выбирают фиксированную величину и направление протекания тока, обеспечивающие перемещение виброэлемента против потока при максимальном расходе тока, затем линей55 но уменьшают ток, в момент начала двжкения виброэлемента фиксируют величину тока и через заданный интервал времени скачкообразно увеличива° 1 2427 б1

С ос тав ит ель В, К рутин

Техред О.Гортвай Редактор П.Коссей

Корр ек тор M. Демчик

Заказ 3691/38

Тираж 778

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ют ток до фиксированной величины, после чего измеряют интервал времени, в течение которого виброэлемент достигает заданной конечной точки перемещения, а по величине этого ин— тервала времени судят о величине эффективной вязкости газожидкостного потока.