Способ контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения сплошности и режима течения потока жидкости в трубопроводе при эксплуатации различных гидродинамических систем. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства за счет регистрации ультразвуковых колебаний, распространяющихся в стенке трубопровода. Изобретение позволяет определять концентрацию газовой фазы в газожидкостном потоке и режим его течения путем прозвучивания трубопровода ультразвуковыми колебаниями. При этом измеряют отдельно амплитуды ультразвуковых сигналов, прошедших через поток и в стенке трубопровода, а затем по их величинам судят о режиме течения и газосодержания потока. Использование в устройстве для осуществления способа двух формирователей стробирующих импульсов, блока задержки, двух аналоговых ключей и второго детектора позволяет отделять друг от друга методом временной селекции импульсы, прошедшие через контролируемую среду и по стенке трубопровода. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1610428 (51}5 С 01 1 1 29/02

f „!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ю

° °

° Ф

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИФИ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4468030/25-28 (22) 29.07.88(46) 30.11.90. Бюл. Н 44 (71) Харьковский авиационный институт им. Н.Е.Жуковского (72) Е.С.Чистяков и А.Н.Бутенко (53) 620.179 ° 16 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 440585, кл. G 01 N 29/О2, 1975.

Авторское свидетельство СССР

N 838552, кл. G Ol N 29/02, 1981. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ СПЛОШНОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ В ТРУБОПРОВОДЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники и может быть использовано для определения сплошности и режима течения потока жидкости в трубопроводе при эксплуатации различных гидродинамических систем. Целью изобретения является расширение функциональных возг

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для определения сплошности и режима течения потока жидкости в трубопроводе при эксплуатации различных гидродинамических систем.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей способа и устройства за счет регистрации ультразвуковых колебаний,распространяющихся в стенке трубопровода.

На фиг..1 изображена структурная схема устройства для реализации способа контроля сплошности потока жидможностей способа и устройства эа . счет регистрации ультразвуковых колебаний, распространяющихся в степке трубопровода. Изобретение позволяет определять концентрацию газовой фазы в гаэожидкостном потоке и режим его течения путем проэвучивания трубопровода ультразвуковыми колебаниями,При этом измеряют отдельно амплитуды ультразвуковых сигналов, прошедших через поток и в стенке трубопровода„ а затем по их величинам судят о режиме течения и гаэосодержания потока.

Использование в устройстве для осуществления способа двух формирователей стробирующих импульсов, блока задержки, двух аналоговь х ключей и второго детектора позволяет отделять друг от друга методом временной селек ции импульсы, прошедшие через контролируемую среду и по стенке трубо- провода. 2 с.п. ф-лы, 3 ил. кости в трубопроводе; на фиг.2— >РАЙ временные диаграммы его работы; на фиг.З вЂ” зависимость амплитуды уль- р траэвукового импульса, прошедшего по стенке трубопровода, от концентрации газовой фазы Ь, Устройство содержит установленные на противоположных сторонах тру- «р бопровода 1 ультразвуковые (УЗ) передающий и приемный преобразователи

2 и 3 соответственно, генератор 4 электрических колебаний, выход которого подключен к передающему преобразователю 2, усилитель 5, вход которого подключен к приемному преоб1610428 разователю 3, последовательно соединенные первый детектор 6 и регистратор 7, последовательно соединенные блок 8 задержки первый формироваЭ

5 тель 9 стробирующих импульсов и пер1 вый аналоговый ключ 10, выход которого подкл>1>чен к входу первого детектора б, и последовательно соединенные

1 вторые формирователь 11 стробирующих импульсов, вход которого подключен к второму выходу генератора 4 электрических колебаний, аналоговый ключ

12 и детектор 13, выход которого подключен к второму входу регистрато- 15 ра 7, вторые входы первого и второго аналоговых ключей 10 и 12 объедп-:ены и подключены к выходу усилителя 5, а вход блока 8 задержки подключен к выходу вгорого формирователя 11 стро — 20 бирующих импульсов, Позициями 14-21 обозначены выходы сигналов с блоков устройства контроля сплошности потока жидкости в трубопровоце. 25

Устройство работает следуюшим образом.

Генератор 4 электрических колебаний периодически генерирует .высокочастотные радиоимпульсы с фиксирован- 30 ной амплитудой, которые передающим преобразователем 2 преобразуются в ультразвуковые импульсы 14. Этими импульсами ирозвучивают трубопровод 1 с контролируемой средой. Сигнал на

35 выходе приемного преобразователя 3 в общем, случае представляет собой сумму двух импульсов." импульса Иl, прошедшего через исследуемую жидкость (r озиция 16), и импул>са U2> прошедшего по стенке трубопровода (позиция 15) . Амплитуда импульсa Ul зависит от концентрации газовых пузырьков >3 потоке. Амплитуда же импульса U2 зависит от плошади .внутренней поверхности трубопровода,контактирующеи с жидкостью, т.е. от режима течения. Так, например, при снарядном режиме течения, когда внутрен,няя поверхность трубопровода в зоне

>О контроля контактирует с газовой проб- кой, практически вся ультразвуковая энергия, излученная преобразователем 2 в стенку трубопровода, попадает на приемный преобразователь 3. При пузырьковом режиме течения, когда вся

55 внутренняя поверхность трубопровода контактирует с жидкостью, часть ультразвуковой энергии, распространяющейся по стенке трубопровода, излучается в жидкость, .и поэтому на приемный преобразователь 3 сигнал при-, ходит максимально ослабленным.При расслоенном режиме течения амплитуда импульса Б2 зависит от объемного га1

V гаъа зосодержания ф. = — — — — в объеме "Р мерного участка трубопровода V p. На фиг.3 показан образец эксперимейтально полученной зависимости амплитуды импульса U2 от 1> для трубопровода

1>) = 40 мм на частоте Г = 2,0 мГц.

По изменению амплитуд импульсов

Ul и U2 прошедших через исследуемую жидкость и по стенке трубопровода, можно определить не только концентрацию газовой фазы в потоке жидкости, но и режим течения — пузырьковый, расслоенный и др.

Прием и выделение ультразвуковых импульсов Ul и U2 осуществляют следующим образом.

При прозвучивании металлических трубопроводов импульс U2 всегда к приходит к приемному преобразователю

3 раньше импульса Иl, т.к. практически для всех жидкостей скорость звука в них в 2-3 раза меньше скорости звука в металлах. Однако из-за э >фек>ов послезвучания и реверберации исключить взаимное наложение во времени импульсов U2 и Ul путем уменьшения длительности излучаемого импульса практически не удается,Дпя селекции импульсов Ul и U2 результирующий сигнал 17 с выхода приемного преобразователя 3 после усиления в усилителе 5 подают на вторые входы аналоговых ключей 10 и 12 ° Импульсом 18 с выхода формирователя 11 стробирующих импульсов открывается аналоговый ключ 12.

Длительность стробирующего импульса 18 выбирается такой, чтобы на детектор 13 подавалась лишь та часть приемного импульса U2 (позиция 19), на которую не накладывается импульс Jl После детектирования импульс постоянного тока подается на регистратор 7. Для селекции импульса Ul на первый вход аналогового ключа 10 формирователя 9 стробирующих импульсов подается импульс 20, длительность которого и время .задержки относительно прихода импульса. U2 выбирают таким образом, чтобы на детектор 6 подава1610428

5 лась та часть импульса Ul (позиция

21), на которую не накладывается импульс U2 После детектирования им- пульс постоянного тока подается на первый вход двухканального регистратора 7. Время задержки стробирующего импульса регулируется блоком 8 задержки. Для определения характера нарушения сплошности потока жидкости измеряют амплитуды видеоимпульсов, соответствующих ультразвуковым HM пульсам Ul и U2, прошедшим через контролируемую среду и пб стенке трубопровода. По измене«ию их значения во времени судят о концентра Ъ ции Газовой фазы и режиме течения.

При этом руководствуются характерными особенностями изменения сигналов

Ul и У2, присущими каждому режиму течения.

1, Пузырьковый режим течения.

Амплитуда импульса Ul меняется от максимального значения до 0 в зависимости от концентрации пузырьков °

Амплитуда импульса U2 во времени не меняется и равна минимальному значе"ию " 2л,ич

2. Расслоен»ый режим течения.

Амплитуда импульса Ul = 0 ° Ампли- 30 туда импульса U2 ме»яется в пределах от максимального U2д,1 с до минимального U2 ч я значений в зависимости от концентрации газовой Фазы К (фиг.3).

3 ° Снарядный режим течения, На время прохождения газовой пробKH амплитуды = " " = U2 Mi1KF

4. Дисперсно-кольцевой режим течения.

Амплитуда импульса Ul = 0; U2

П2мин

Для выделения импульсов U l и U2 необходимо длитель»ости стробирующих импульсов 18 и 20 и их задержку отно- 5 сительно друг друга жестко привязать к временному положению принимаемого ультразвукового импульса 17. Это осуществляется с помощью органов регулировки, которыми снабжены соответствующие блоки устройства и двухлучевого осциллографа, развертка которого запускается импульсами от генератора 4 электрических колебаний. Один вход вертикального отклонения подключается к выходу усилителя 5, второй вход последовательно подключают к блокам 9 и 11, формирующим стробируюшие импул ь сы.

После уста;-:огки греобразователей

2 и 3 на трубопровод, не 3QIIosii е«ный жидкостью, по развертке осциллографа определяется временное положение заднего фронта импульс" U2 прошедшего по сте»ке трубопровода, П1» заполнении трубопровода исследуемой жидкостью по экрану осциллографа выявляют начальный участок радпопмпульса U2, «а который не накладывается радиоимпульс Ul. Подключив второй вход осциллографа к выходу формирогателя 11.„ регулировкой длительности импульсов устанавливают такую цли— тельность стробпрующего импульса,чтобы его задний фронт совпал с концом этого участка.

Затем второй вход осциллографа падключ",åòe» к выходу формирователя 9, и регулировкой времен« задержки в блоке 8 совмещают пе1..едний фронт второго стробируюцего импульса 20 с око»ча«»ем радиоимпульса 112, прошедшего по сте«ке трубопровода. ГегулироЕ3.iñé длительности импульca в форMHDoE.ателе 9 устанавливают такую длитель«ость с-,робирующего импульса 20, чтобы его задний фронт совпадал с зад«им фро«том радиоимпугп-са 17.

После выпал»ения указан«ых регулпровок устройство готово к контролю сплошности потока жидкости в данном трубопроводе. При уста«овке преобразователей на трубопровод другого диаметра »астройку измерительного устройства »еобходимо произвести заново.

Формулаиэобретения

1, Способ контроля сплош«ости потока жидкости в трубопроводе,заключающийся в проэвучивапии трубопровода - контролируемой : сре,дой уль-.раэгуковыми импульсами « регистрации амплитуды прошедших через среду импульсов, по величине которой судят о сплош«ости потока, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расши— ре»ия функциональных возможностей, допол«ительно осущестгляют прием ультравуковых импульсов„ прошедших по сте«ке трубопровода, измеряют их амплитуду, а о ко«це«траци» газовой фазы в потоке и о режиме течения судят по измеренным параметрам.

2. устпойство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе, содержащее установленные на противоl6l0428 положных сторонах трубопровода ультразвуковые передающий и приемный преобразователи, генератор электрических колебаний, выхо)т, которого 17одключен к передающему преобразователю, усилитель, вход которого подключен к приемному преобразователю, и последовательно соецинеппые первый детектор и реги тратор„ о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что„ с целью расширения функцйональных возмо.-...настей,оно снабжено последовательно соединенными блоком задержки, первым формирователем стробируюших импульсов и первым аналоговым ключом, выход котоl, рого подключен к входу первого детектора, и последовательно соединенными вторыми формирователем строби руюших импульсов, вход которого подключен к второму выходу генератора электрических колебаний, аналоговым ключом и детектором, выход которого подключен к второму входу регистратора, вторые входы первого и второго аналоговых ключей объединены и подключены к выходу усилителя, а вход блока задержки подключен к выходу второго формирователя стробирующих импульсов.

16 (0428

1S

1О

Составитель В.Белозеров

Редактор И.Циткнна Техред М.Дндык Корректор И,Шароши

Заказ 3736 Тираж 503 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям прн ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 10i