FI110335B - Virtausmittausmenetelmä ja virtausmittari - Google Patents

Description

110335

VIRTAUSMITTAUSMENETELMÄ JA VIRTAUSMITTARI

Keksinnön kohteena on patenttivaatimuksen 1 johdanto-osassa määritelty mittausmenetelmä sekä patenttivaatimuksen 4 johdanto-osassa määritelty vir-5 tausmittari.

Etenkin ydinjätteiden loppusijoituspaikkoja etsittäessä on tarpeen saada tietää minkälaisia virtauksia maaperän kalliossa ja sen eri halkeamissa esiintyy. Toisin sanoen mihin päin virtaukset liikkuvat ja 10 millä nopeudella.

Ongelmia tällaisissa mittauksissa aiheuttaa virtausmäärien pienuudet ja pienet nopeudet. Tunnetussa tekniikassa virtausten suuruuksia on pyritty määrittämään erottamalla kallioon poratusta reiästä tiet-15 ty osuus ja täyttämällä se sopivalla seoksella tai liuoksella, jolloin seuraamalla tämän seoksen tai liuoksen konsentraatiomuutoksia saadaan mitatuksi virtauksia. Tällä tavalla ei kuitenkaan saada tietoa virtausten suunnasta.

20 Virtausten suuntia on pyritty määrittämään erilaisilla merkkiaineilla, joiden kulkua kallion hai- • · • keamiin voidaan tarkastella.

Ongelmana kaikissa tunnetuissa virtausmit- "* tausmenetelmissä on niiden hitaus. Koska virtausmäärät • · » :*·*: 25 ovat suuruusluokkaa millilitra tunnissa, yhden mitta- • · · uksen suoritus kestää yleensä kuukausia ja näin tulos-ten saaminen laajalta alueelta useista poratuista rei'istä on kallista ja hidasta.

#. . Keksinnön tarkoituksena on poistaa edellä * · · 30 mainitut epäkohdat. Erityisesti keksinnön tarkoitukse- • · ·;·’ na on tuoda esiin uudenlainen menetelmä ja virtausmit- • · ’ ; tari, joiden avulla voidaan mitata erittäin pieniä virtauksia suhteellisen nopeasti ja saada tieto sekä virtausten suuruudesta että suunnasta.

» φ . 35 Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta "* " viitataan vaatimusosaan.

2 110335 !

Keksinnön mukaisessa menetelmässä kallioon ; poratusta tutkittavasta reiästä erotetaan pituussuun

nassa tietty tilavuusjakso, jonka alueella virtauksia tutkitaan. Tilavuusjakso jaetaan reiän pituussuunnassa 5 sen päästä päähän ulottuviin sektoreihin, esimerkiksi neljään 90° sektoriin niin, että sektorit muodostavat tilavuusjaksossa erilliset, toisistaan erotetut tilavuudet. Tämän jälkeen sektorit yhdistetään toisiinsa virtauskanavilla, jotka sallivat vapaan virtauksen 10 sektoreiden välillä. Sen jälkeen virtauskanaviin sijoitetuilla antureilla mitataan sektoreiden väliset ! J

vesivirtaukset eli niiden suunnat ja nopeudet.

Täten keksinnön mukainen menetelmä perustuu siihen, että poratun reiän tietty osuus jaetaan pi-15 tuussuunnassa osiin eli sektoreihin ja sektoreihin tulevat virtaukset tai niistä lähtevät virtaukset keskitetään tai kerätään sopivaan virtauskanavajärjestelmään niin, että eri sektoreissa tapahtuvat virtaukset voidaan mitata.

20 Edullisesti virtauksen mittaus virtauskana- vassa tapahtuu järjestämällä virtaukseen sopiva im-pulssi, jonka liikettä seuraamalla saadaan virtauksen • · suunta ja nopeus, josta virtauskanavan poikkileikkauk- • · « · sen avulla saadaan virtausmäärät. Edullisesti impuls-25 sinä käytetään äärimmäisen pientä, esimerkiksi 1/1000° • ' suuruista lämpöpulssia, jonka liikettä seurataan. Läm- • · • »· *itt pöpulssin on oltava erittäin pieni, jotta se ei aiheu- • · · ’* ' ta vähäisiin virtauksiin turbulenssia eikä lämpö johdu vastavirtaan. Näin mittaukset voidaan tehdä hyvin pie- * ·.’·· 30 nillä virtauksilla, suuruusluokaltaan millilitra tun- ' i nissa olevilla virtauksilla.

,·’·( Keksinnön mukaisen virtausmittarin muodostaa lieriömäinen, pitkä kappale, jossa on kaksi rengas- • · *; maista ja sisäpuolisella paineella laajennettavaa tii- '!’·' 35 vistyselintä tutkittavan reiän pituussuunnassa etäi- : ·.· syydellä toisistaan niin, että reiästä saadaan erote tuksi tietty tilavuusjakso painetiiviisti. Samoin vir- 3 1Ί0335 tausmittariin kuuluu vastaavasti reiän vaippaa vasten laajennettavat jakoelimet, joiden avulla tilavuusjakso voidaan painetiiviisti jakaa ainakin kolmeen, edullisesti neljään tiivistyselimestä toiseen ulottuvaan 5 sektoriin. Sektorit on yhdistetty toisiinsa virtaus-kanavilla ja jokaiseen virtauskanavaan on sijoitettu anturit, jolloin virtausten tapahtuessa sektoreiden välillä virtausten suunnat ja nopeudet voidaan mitata.

Edullisesti virtauskanavien yhtymäkohtaan on 10 järjestetty impulssilähde, jolloin antureilla mitataan impulssin liikkeitä virtauskanavissa.

Edullisesti sektoreissa käytetään kokoojaput-kia, joiden kautta sektoreihin tulevat virtaukset kulkevat vastaaviin virtauskanaviin virtauskanavien yhty-15 essä erotetun tilavuusjakson ulkopuolella symmetrisesti virtauskanavien yhteisessä keskipisteessä, johon impulssilähde on sijoitettu.

Edullisesti impulssilähteenä käytetään lämmi-tystermistoria ja antureina mittaustermistoreita, 20 joilla lämmitystermostorin lähettämä lämpöpulssi voidaan havaita.

Koska reiän, jonka pituus voi olla jopa tu- • · hansia metrejä, eri osissa virtaukset voivat suuresti- « kin vaihdella, voi virtausmittarin yli syntyä suuria-25 kin painevaihteluita. Tämän vuoksi edullisesti lie- • · · * * ;; ’ riömäisen virtausmittarin läpi on johdettu avoin putki • " tai muu virtauskanava, joka sallii vapaan virtauksen ’·' · virtausmittarin läpi virtausmittarin eri puolella ole vien reiän osien välillä. Näin virtausmittarin yli ei • · 30 synny paine-eroja, jotka voisivat häiritä mittausta ·*”: tai vahingoittaa mittaria.

.*. Edullisesti virtausmittarin läpi kulkevaan * * * • » · avoimeen putkeen on järjestetty virtausanturit, joilla ’··' putken läpi virtaavan nesteen määrä saadaan mitatuksi.

35 Edullisesti mittaus tapahtuu sopivalla impulssiläh- teellä sen molemmilla puolilla olevilla sopivilla an- • · 4 110335 tureilla, joilla impulssin liikesuunta ja nopeus saadaan mitatuksi.

Keksinnön mukaisella mittausmenetelmällä ja virtausmittarilla on merkittäviä etuja tunnettuun tek-5 nilkkaan verrattuna. Keksinnön avulla voidaan mitata huomattavasti pienempiä virtauksia kuin aiemmin on ollut mahdollista. Samoin virtausten suunnat ja suuruudet sekä reiän pituussuunnassa alueittain että sektoreittaan saadaan mitatuiksi. Lisäksi keksinnön mukai-10 nen mittaus on huomattavasti nopeampaa kuin vastaavat tunnetun tekniikan mittaukset, jotka kestävät noin kaksi kuukautta yhdessä reiässä, kun keksinnön mukaiset paremmat ja monipuolisemmat mittaustulokset saadaan alle viikossa.

15 Seuraavassa keksintöä selostetaan yksityis kohtaisesti viittaamalla oheiseen piirustukseen, jossa kuva 1 esittää osittain aukileikattuna keksinnön mukaista virtausmittaria, kuva 2 esittää poikkileikkausta kuvan 1 mit- 20 täristä, kuva 3 esittää kuvan 1 mittarin erästä yksi-·. : tyiskohtaa ja kuva 4 esittää kuvan 1 mittarin toista yksi-’*·; tyiskohtaa.

_··: 25 Piirustuksessa esitettyyn keksinnön mukaiseen .* virtausmittariin kuuluu lieriömäisessä, putkimaisessa : '·· vaipassa, sen alapäässä ja keskialueella rengasmaiset * tiivistyselimet 5 eli sisäpuolisella paineella ulos päin laajentuvat elastiset osat. Tiivistyselimien 5 3 0 väliin kuuluu kuvan 2 poikkileikkauksen mukaisesti

• I

.···, neljä jakoelintä 6 eli tiivistyselimestä toiseen ulot tuvaa harjannetta tai seinämää, jotka jakavat tiivis- * » · tyselimien välisen tilan neljään 90° sektoriin. Ja- • · * koelimet ovat tiivistyselimiä vastaavasti sisäpuoli- ....: 35 sella paineella laajennettavissa ja puristettavissa .·, ; ulospäin tutkittavan reiän pintoja vasten.

* H

110335 5

Jokaisessa sektorissa 1 on koko sen pituudelle ulottuva virtauskanava 2, joka useiden aukkojen 11 kautta avautuu sektoriin.

Virtauskanavat 2 ulottuvat sektoreista ylem-5 män tiivistyselimen 5 ohi anturiosaan 12, jossa kuvan 3 mukaisesti virtauskanavat virtausmittarin keskiakse-lin suhteen symmetrisesti yhtyvät niin, että ne muodostavat sektoreiden välille vapaat ja olennaisesti vastuksettomat virtausyhteydet.

10 Kuvan 3 mukaisesti virtauskanavien 2 yhtymä kohtaan, niiden symmetriakeskipisteeseen on sijoitettu lämmitystermistori 3 ja jokaiseen virtauskanavaan 2 samalle etäisyydelle lämmitystermistorista on sijoitettu antureina toimivat mittaustermistorit 4.

15 Lisäksi virtausmittariin kuuluu sen päästä päähän ulottuva avoin putki 7, joka mahdollistaa vapaat virtaukset virtausmittarin eri puolilla olevien reiän osien välillä. Tähän avoimeen putkeen on sijoitettu lämmitystermistori 9 ja sen molemmille puolille 20 virtaussuunnassa sopivalle etäisyydelle anturit 8, joilla lämmitystermistorin lähettämän lämpöpulssin 10 | kulkunopeus ja -suunta voidaan mitata.

| Kuvassa 3 virtauskanavien 2 yhtymäkohdan | ylimpään kohtaan on liitetty venttiilillä suljettava j t 25 ja avattava letku 16. Letku 16 ulottuu maan pinnalle • · · ;; ·’ saakka mittauksessa ja sillä on kolme eri käyttötar- * · • *’ koitusta. Mittausjärjestelyn ylimpään kohtaan voi ke- • · · *.* ' rääntyä kaasua, joka haittaa mittausta ja se voidaan poistaa letkua 16 pitkin avaamalla siinä oleva vent- .‘‘.j 30 tiili. Toiseksi letkua 16 pitkin voidaan syöttää vettä mittausväline sopivalla paineella ja tehdä tälle vä- • · · lille vedenjohtavuustesti. Kolmanneksi letkun 16 kaut- » » · ta voidaan toteuttaa mittausvälin paineenmittaus.

* ·

Lisäksi laitteiston yläpäähän 13 kuuluu si- ·:··: 35 nänsä tunnettua tekniikkaa sisältävät prosessori, vah- vistimet, suodattimet, magnetometri, A/D-muunnin sekä venttiilit, joilla virtausmittaria käytetään ja mitta-

» I

ί j 110335 f 6 ustuloksia käsitellään sinänsä tunnetusti. Täten niitä ei tässä yhteydessä tarkemmin selosteta. Virtausmittari on maan päälle yhteydessä kaapelilla 14 ja paine-letkulla 15 maan päällisen osan käsittäessä sopivan 5 vinssin tai muun nostolaitteen virtausmittarin nostamiseksi ja laskemiseksi tutkittavaan reikään sekä sopivan mittaustietokoneen tai muun vastaavan mittaus-tietojen käsittelylaitteen.

Piirustuksessa esitettyä virtausmittaria käy-10 tetään seuraavasti.

| Virtausmittari lasketaan kaapelin 14 varassa tutkittavaan reikään halutulle tutkimuskorkeudelle eli edullisesti sellaiselle korkeudelle, jossa tiedetään olevan jonkinlaisia virtauksia kallion raoissa. Kun 15 virtausmittari on saatu halutulle syvyydelle porattuun 1 reikään, paineletkun 15 avulla tiivistyselimet 5 sa- i moin kuin jakoelimet 6 pullistetaan ja puristetaan reiän vaippaa vasten niin, että reikään muodostuu neljä sektorimaista jaksoa, jotka on tiiviisti erotettu 20 muusta reiän osasta ja myös toisistaan.

Tämän jälkeen virtaukset eri sektoreiden vä-*. : Iillä ovat mahdollisia vain virtauskanavien 2 kautta.

| Tällöin lähettämällä impulssilähteellä 3 lämpöpulssi ! virtaukseen voidaan antureilla 4 mitata lämpöpulssin • · * 25 liikesuunta ja liikenopeus ja saada tarkka tieto vir- • · · ·· ·* tausmääristä eri sektoreiden välillä. Vastaavalla ta- • · .* '· valla lämpöpulssin 10 avulla avoimessa putkessa 7 saa- » » · V ·’ daan virtaustiedot virtausmittarin ohi vaikuttavista virtauksista.

30 Koska virtaukset tällaisissa mittauksissa ·"*. ovat erittäin pieniä, jopa vain millilitra tunnissa, käytetään myös lämpöpulssina erittäin vähäisiä lämpö- « t · määriä. Näin virtauksen lämmitys on oltava niin pien- tä, että se ei aiheuta virtauksen turbulenssia eikä ·;··; 35 lämpö saa johtua vastavirtaan. Tämän vuoksi käytettä- .·. : vät lämpötilat ovat luokkaa 1 mK.

• « 7 110335

Edellä keksintöä on selostettu esimerkinomaisesti oheisen piirustuksen avulla keksinnön eri sovellusten ollessa mahdollisia patenttivaatimusten rajaaman keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• · • ·

# I

> · * f · * « > · f · * >1· • 4 · * · • 1 « » · « * 1 1 » * » · * 1 * 1 ·» * · > · * t 1 » · ‘ » t t »

I I

m >l)|l » » • ·

t > I

»

Claims (12)

110335 8

1. Virtausmittausmenetelmä nestevirtauksen mittaamiseksi maahan, kuten kallioon, poratussa reiässä, jossa reiästä tiivistetään pituussuunnassa erilleen 5 tietty tilavuusjakso, tunnettu siitä, että - tilavuusjakso jaetaan ainakin kolmeen sektoriin (1) , - sektorit yhdistetään toisiinsa virtauskana-villa (2), jotka sallivat vapaan virtauksen sektoreiden 10 välillä ja - virtauskanaviin sijoitetuilla antureilla (4) mitataan sektoreiden välisten virtausten suunnat ja nopeudet .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 15 tunnettu siitä, että virtausten suunnat ja nopeudet mitataan järjestämällä virtaukseen impulssi, jonka liikettä seurataan.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että impulssina käytetään läm- 20 pöpulssia. _ .

4. Virtausmittari nestevirtauksen mittaamisek si maahan, kuten kallioon, poratussa reiässä, jonka • *·· virtausmittarin muodostaa lieriömäinen, pitkä kappale, t i « ···! johon kuuluu rengasmaiset tiivistyselimet (5) reiän pi- * > · i '.· 25 tuussuunnassa etäisyydellä toisistaan tietyn tilavuus- • '· jakson erottamiseksi muusta reiästä, tunnettu : Γ: siitä, että virtausmittariin kuuluu jakoelimet (6) tilavuusjakson jakamiseksi ainakin kolmeen tiivistyselimestä toiseen ulottuvaan .···, 30 sektoriin (1), - sektorit toisiinsa yhdistävät virtauskanavat (2), sekä :,,,Σ - virtauskanaviin sijoitetut anturit (4) sek- toreiden välisten virtausten suuruuksien ja nopeuksien ’ 35 mittaamiseksi. 110335 9

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että virtauskanavien (2) yhtymäkohtaan kuuluu impulssilähde (3) anturien (4) seuratessa impulssilähteen lähettämän impulssin lii- 5 kesuuntaa ja nopeutta.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että tiivistyselimet (5) ja jakoelimet (6) ovat sisäpuolisella paineella reiän vaippaa vasten tiiviisti puristettavia elastisia eli- 10 miä.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että virtaus- kanavat (2) lähtevät sektoreista (1) yhtyen toisiinsa sektoreiden keskiakselin suhteen symmetrisesti.

8. Jonkin patenttivaatimuksista 4-7 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että impulssi-lähteenä (3) on lämmitystermistori, jolla virtaukseen annetaan lämpöpulssi.

9. Jonkin patenttivaatimuksista 4-8 mukainen 20 virtausmittari, tunnettu siitä, että anturina (4) on mittaustermistori.

• · ” 10. Jonkin patenttivaatimuksista 4-9 mukai- i nen virtausmittari, tunnettu siitä, että lie- * riömäisen, pitkän kappaleen läpi kulkee avoin putki : 25 (7), joka muodostaa vapaan virtausyhteyden virtausmit- * i tarin eri puolilla olevien reiän osien välille ohi ero- , ;·. tetun tilavuusjakson. * · ·

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen virtaus- | . mittari, tunnettu siitä, että avoimeen putkeen 1 r ? t · I * 30 (7) kuuluu anturit (8) ja impulssilähde (9) sen läpi ! ··’ virtaavan nesteen suunnan ja nopeuden määrittämiseksi : virtaukseen annettavan lämpöpulssin (10) avulla.

12. Jonkin patenttivaatimuksista 4-11 mukainen virtausmittari, tunnettu siitä, että ’·*·’ 35 virtauskanavien (2) yhtymäkohtaan on liitetty venttii- Iillä varustettu maan pinnalle ulottuva putki (16) ilman poistamiseksi mittausjärjestelmästä, vedenjohta- 11C335 10 vuustestin tekemiseksi mittausvälillä ja/tai mittausvä-lin paineenmittauksen suorittamiseksi. < · · I I · I · « » * ♦ t H I I • * · » · 11 110335