Установка для изучения движения жидкости в тонкодисперсных средах

 

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалистических

Республик п>920473

{6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено 04.09.80 {2! ) 2980954/18-25 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.82. Бюллетень М14

Дата опубликования описания 15.04.82 (5!)М. Êë.

G 01 N 15/08

Гэа) дщсташшьй кандитат

СССР аа aehaM язабретеннй и открытий (53) УДК 663.63..067(088.8) I

В.И. Авилов, A.A. Геодекян и А.В. Егоров

{72) Авторы изобретения

Институт океанологии им. П.П . Ширшова (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ДВИЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ

В ТОНКОДИСПЕРСНЫХ СРЕДАХ

Изооретение относится к измерительной технике и может быть использовано для изучения характера движения жидкости в тонкодисперсных средах, например, в глинах при решении отдельных вопросов гидрогеологии.

Известна установка для изучения движения жидкости в глинистых средах, имеющая камеру для образца, магистрали для жидкости в измеритель расхо-, да tl 3.

Известное устройство характеризует. ся невысокой точностью измерения расхода жидкости при малых перепадах

15 давления, что связано с эффектами-капиллярного поднятия в измерительных трубках. Установка и исследуемый образец не изолированы от внешней среды как до начала измерений, так и после, что вызывает погрешности в интерпретации получаемых результатов, ограничивает диапазон действующих явлений.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка для изучения движения жидкости в тонкодисперсных сре. дах, содержащая камеру сжатия образ-. ца, соединенную трубопроводами с резервуаром для жидкости и двумя резервуарами для масла, соединенными с линией избыточного давления. Рас.ход жидкости определяется по скорости передвижения контакта (мениска) исследуемой жидкости и масла в стеклянной бюретке 2 ).

Недостатком этой установки является то, что при загрузке образца в камеру он контактирует с атмосферным воздухом. При этом возможно образование в образце защемленных пузырьков воздуха. Последнее обстоятельство искажает зависимость расхода от перепара давления, как основную измеряемую характеристику образца. Установка не позволяет проводить с достаточной точностью измерения при перепаде давления, меньших, чем несколько сантиметров водяного столба. Это обусловлено погрешностью манометра и влиянием эффекта капиллярного мениска.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обеспечения измере ний как в области больших, так и в области малых перепадов давлений и повышение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что установка, содержащая камеру сжатия образца, соединенную трубопроводами с резервуаром для жидкости и двумя резервуарами для масла, соединенными с линией избыточного давления, снабжена напорными емкостями, соединенными с масляными резервуарами, и вертикально установленными внутри резервуаров штуцерами, соединенными трубопроводами с камерой сжатия образца, а также тем,что она снабжена системой вакуумирования камеры и резервуаров.

Использование напорных емкостей позволяет уменьшить нижний предел создания и измерения перепадов давлений, а выполнение измерителя расхода в виде штуцеров, погруженных в маслянные емкости., соединенных с камерой образца и заполненных жидкостью так, что она образует снаружи штуцеров капли, контактирующие с маслом, по изменению размерЬв которых судят о расходе жидкости,,обеспечивает устранение влияния капиллярных сил на перепад давлений.

Предварительная дегазация камеры резервуаров и трубопроводов позволяет повысить точность измерения,так как результаты. измерений не искажаются наличием пузырьков воздуха в парах образца.

На чертеже приведена схема пред-, лагаемой установки.

Установка содержит камеру для об- разца 1 с поршнем 2 и пористыми фильтрами 3, связанную жесткими трубопроводами 4 со штуцерами 5.

Трубопроводы снабжены регуляторами обьема жидкости 6. штуцеры 4 размещены в емкостях для масла 7, соединенных гибкими трубопроводами со вспомогательными масляными емкостями 8, выполненными с возможностью перемещения по вертикальным направляющим 9 относительно емкостей 7.

Камера для образца сообщаехса также с емкостями для воды 10 и 11,причем емкость 11 выполнена с возможностью

20473 4 перемещения по вертикальной направляющей 12, и с устройством дегазации и ввода образца в камеру, состоящего из емкости 13 и эжектора 14,выполненного, например в виде сильфона.

Установка имеет систему вакуумирования, состоящую из вакуумного насоса

15 и магистралей с кранами, обозначенных стрелкой с буквой B.

10 Для варьирования давления в установке от нормального и выше служит баллон со сжатым газом 16, снабженный регулятором 17 и манометром 18, соединенный с элементами установки

)S магистралями высокого давления, обозначенными стрелкой с буквой А.

Для измерения размеров сферических капель жидкости предназначен оптический измеритель линейных размер0 ров 1g, например катетометр. Одна из масляных емкостей 7 связана с вакуумной системой и системой избыточного давления. Емкости 7 связаны между собой магистралью с кра ном 20, перекрывая который, можно отсекать левую пару масляных емкостей от линии избыточного давления.,Для подготовки к измерениям установка снабжена .кранами 21-26.

Установка работает следующим образом.

Перекрываются краны на магистралях высокого давления и краны 24 ,и 25. Все остальные краны открытые.

Емкость 11 заполняется водой, емкость

13 - смесью воды с образцом в виде жидкой пасты. Емкости 7.и 8 заполняются маслом, причем, емкости 8 спущены вниз так, чтобы уровень

< масла s емкостях 7 находился ниже торцовых поверхностей штуцеров 5.

После этого включается вакуумный насос, в результате чего происходит вакууиированйе установки и дегазация образца и воды в камерах 11 и 13. После проведения вакуумирования и дегазации выключается вакуумный насос и перекрываются все краны на магистрали откачки В.. Следующей

50 .операцией является заполнение всех полостей установки водой, за исключением верхних частей емкостей 10.

Для этого открывается кран 25 и вода самотеком заполняет все полости установки. При этом емкость 11, S. перемещаясь по вертикальной направляющей 12, выставляется на таком уровне, чтобы вода показалась на торцах штуцероц 5, емкости 10

20 перекрывается и правая емкость надувается от баллона 16 до нужной, величины давления, контролируемой с помощью регулятора 17 и манометра 18.

Использование предлагаемого изобретения позволяет получить новые данные о характере жидкости в тонкодисперсных средах при малых перепадах давления.

Измеритель, расхода, имеющий в качестве чувствительных элементов сферические капли воды. позволяет проводить исследование недоступной для аналогичных устройств области экстремально малых перепадов давления и расходов. Повышение точности позволяет уменьшить время измерения в области не экстремально малых параметров перепада давления и расхода.

Использование системы вакуумирования, позволит получить данные о движении жидкости в образце, не изложенные наличием в образце защемленных

„пузырьков воздуха. Возможность работать в области малых перепадов давления и расходов имеет важное теоретическое и прикладное значение для геологии нефти и газа, гидрогеологии и строительства различного рода гидросооружений.

1. Установка для изучения движения жидкости в тонкодисперсных средах, содержащая камеру сжатия образца, соединенную трубопроводами с резервуаром для жидкости и двумя резервуарами для масла, соединенными с линией избыточного давления, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности измерения расходов в области как больших, так и малых перепадов давлений, масляные резервуары снабжены напор,ными емкостями и вертикально установленными внутри резервуаров штуцерами, соединенные. трубопроводами с камерой сжатия образца.

2. Установка по п.1, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повышении точности измерений, она снабжена системой вакуумирования камеры и.резервуаров.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5 920473 расположены так, что при этом вода лишь частично их заполняет. После заполнения установки водой штуцера

g затапливаются маслом, для чего емкости 8 перемещаются по направ- s ляющим 9 вверх. После этого открываются краны по линии избыточного давления и все свободные полости заполняются газом до атмосферного давления, контроль.за этим осуществляется с помощью регулятора 17 и манометра 18. Следующая операциязаполнение камеры образцом. Для этого перекрывают кран 26 и открывают 24. Тонкодисперсный образец осаждается в эжекторе 14. Затем краны 23-25 перекрываются, а кран 26 открывается, к эжектору прикладывается нагрузка. Образец поступает в камеру 11. При этом излишки воды 29 стравливаются в приемные емкости

10, а тонкодисперсный образец собирается в камере 1, задерживаемый фильтрами 3. Перекрывая кран 21, камера 1.отсекается от системы 2З ввода образца в камеру. Образование защемленных пузырьков. воздуха в каЯ мере и магистралях при такой системе заполнения исключается, так как пос-: ле вакуумирования в установе газовая .30 фаза представлена лишь водяным паром.

Перемещая поршень 2, образец сжимается до необходимых величин пористости, проницаемости, при этом отжимаемая влага собирается в емкостях 10.После з сжатия образца краны 22 перекрываются, а 23 открывается. Затем при открытом кране 20 перемещением масляных емкостей 8 по направляющим 9. ус, танавливается необходимая разница 1в уровней масла д h s емкостях 7, затем с помощью регуляторов объема жидкости 6 на штуцерах 5 устанавливаются сферические капли одинакового размера (около 1,5 мм). Перепад уров.- 4 ней al> в емкостях 7 передается через поверхность капель на воду, содержащуюся в образце, в результате чего она начинает течь в сторону наимень" шего давления. При этом размер одной капли возрастает, а размер другой . капли уменьшается. Контроль за раз" мерами капель осуществляется измерителем 19. После того, как размеры капель заметно изменялись, они вновь выравниваются с помощью регуляторов 6.

При необходимости вести работу с большими перепадами давления кран формула изобретения

920473

1. Павилонский В.М. К вопросу о начальном градиенте напора в глинистых грунтах. Труды ВНИИ ВодГео вып.19

1968.

7. Sg. Li 7fea uring extremIy

Iow veIocity of water in cIay".Soi1

Science, 1963, 95 р. 410-413 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 2325/44 Тираж 883 Подписное

Филиал ППП ".Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4