SU1242761A1 - Способ определени эффективной в зкости газожидкостного потока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к способам определени  эффективной в зкости газожидкостного потока, основанным на электрических измерени х при электромагнитном способе возбуждени  с посто нной амплитудой и периодом колебаний виброэлемента поперек потока однопол рными импульсами тока. Цель изобретени  - расширение диапазона измерени  и области применени . Согласно способу плоскость в.иброэлемента располагают в потоке под углом к направлению его движени . Выбирают фиксированную амплитуду и направление протекани  тока, обеспечивающие перемещение виброэлемента против потока при максимальном расходе тока, затем линейно уменьшают ток. При этам наблюдают за подвижностью виброэлемента. В момент начала его движени  определ ют амплитуду тока и начинают отсчитывать фиксированный интервал времени, по окончании которого скачкообразно увеличивают ток до ранее определенной амплитуды. С этого момента измер ют интервал времени, за который виброэлемент достигает в этом направлении конечной точки перемещени . По величине этого интервала времени суд т о величине эффективной в зкости газожидкостного потока. Благодар  выбранному режиму колебаний виброэлемент чувствителен к эффективной в зкости неоднородного газожидкостного потока, что расшир ет диапазон измерений и области использовани . 3 ил. . С tg ю -4

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике непрерывного действи  определени  эффективной в зкости потока, состо щего из смеси жидкости и газа, например газонасыщенной нефти, транспортируемой по трубопроводам, при осуществлении контрол  за качеством ингибировани  таких смесей с целью снижени  потерь энергии при транспортировании,

Может быть также использован дл  измерени  эффективной в зкости взаимно нерастворимых жидкостей, осуществлени  коррекции показаний расходомеров с телом обтекани , работающих на газожидкостных потоках, с целью исключени  вли ни  на них показани  измер ющейс  эффективной в зкости смеси.

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона измерений и области применений путем использовани  специальных режимов колебаний виброэлемента .

На фиг, 1 представлено устройство дл  реализации способа; на фиг, 2 - схема действи  сил на виброэлемент; на фиг, 3 - эпюра тока в электромагнитном преобразователе при совместном действии на виброэлемент электромагнитного преобразовател  и динамического напора измер емой среды.

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

и 3.

датчики 4 и 5 положени , 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 посто нным магнитом 9, размещенным у полюса электромагнита 6,

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

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 положени . Их обмотки включены так, что при удалении посто нного магнита 9 от упора 2 и при приближении

2427612

его к упору 3 на их выходах возбуждаютс  импульсы положительной пол рности .

Электромагнит 6 питаетс  от гене5 ратора 10, который совместно с ним при движущемс  потоке формирует ток специальной формы (фиг. 3), обеспечивающий устойчивое автоколебание виброэлемента, а также В1)1рабатывает

О скачкообразно увеличивающийс  ток в электромагните 6, тормоз щий виброэлемент по истечении фиксированного времени с момента начала его движени  по потоку под действием динами15 ческого напора.

Дл  обеспечени  согласованной работы генератора 10 и электромагнита 6 с направлением силы динамического напора измер емой среды в элект2Q ромагните 6 выбирают направление и амплитуду протекани  тока, а также вход потока 7 такими, при которых зиброэлемент 8 устойчиво перемещаетс  против потока в упор 2 (фиг. 1)

25 при макс -1мальном его расходе. Дл  этого плоскость виброэлемента уста- навлшзают вдоль потока, в электромагнит 6 подают посто нный ток, а в полости 7 создают максимальный расход среды, В результате взаимодействи  магнитного пол  магнита 6 с магнитньп 4 полем посто нного магнита 9 виброэлемент 8 установитс  в крайнее положение (например, в упор 2), Затем плоскость виброэлемента 8 ус30

35

40

45

50

55

танавливают в этом положении под углом 6. к i 30 к направлению потока (фиг, 2), а на выходе генератора 10 величину тока устанавливают такой, при которой виброэлемент 8 устойчиво удерживаетс  в этом положении (т.е. в упоре 2).

Способ осуществл ют следующим образом,

Макси1У1альной амплитудой тока .(фиг. 3), поступающего с выхода генератора 10 на электромагнитный преобразователь 1, устанавливают виброэлемент 8 против потока в крайнее положение его перемещени  (т.е. в упор 2).

Затем непрерьшно и линейно уменьшают ток. По вление импульса на выходе первого датчика 4 положени  свидетельствует об удалении от него посто нного магнита 9 виброэлемента 8, а следовательно, о начале его движени .

при макс -1мальном его расходе. Дл  этого плоскость виброэлемента уста- навлшзают вдоль потока, в электромагнит 6 подают посто нный ток, а в полости 7 создают максимальный расход среды, В результате взаимодействи  магнитного пол  магнита 6 с магнитньп 4 полем посто нного магнита 9 виброэлемент 8 установитс  в крайнее положение (например, в упор 2), Затем плоскость виброэлемента 8 ус

танавливают в этом положении под углом 6. к i 30 к направлению потока (фиг, 2), а на выходе генератора 10 величину тока устанавливают такой, при которой виброэлемент 8 устойчиво удерживаетс  в этом положении (т.е. в упоре 2).

Способ осуществл ют следующим образом,

Макси1У1альной амплитудой тока .(фиг. 3), поступающего с выхода генератора 10 на электромагнитный преобразователь 1, устанавливают виброэлемент 8 против потока в крайнее положение его перемещени  (т.е. в упор 2).

Затем непрерьшно и линейно уменьшают ток. По вление импульса на выходе первого датчика 4 положени  свидетельствует об удалении от него посто нного магнита 9 виброэлемента 8, а следовательно, о начале его движени .

в этот момент 1.1 (фиг. З) опрр- дел ют величину , затем отсчитывают Ликсировар ный интервал времени i D (фиг, З), а также продолжают непрерывное и равномерное уменьшени тока.

По окончании Ликсированного интевала времени дГ (л о меньше времени полного перемещени  виброэлемента Т от упора 2 до упора 3) ток в электромагнитном преобразователе 1 скачкообразно увеличивают до ранее определенной его величины в момент начала движени  виброэлемента по потоку, и сохран ют это значение амплитуды до окончани  фиксированного интервала времени колебани  виброэлемента 8, а также определ ют .врем  сГр с момента этого скачкообразного увеличени  тока до по влени  импульса на выходе второго датчика положени  3.

Это врем  пропорционально эффективной в зкости газожидкостного потока .

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

Известно, что если пластина, установленна  под углом к направлещпо движени  потока, совершает установившеес  движение в среде и в некоторый момент времени это движение попытатьс  скачкообразно нарушить . (например, затормозить ее движение) то переход к новому установившемус  движению, соответствующему новому воздействию (заторможенному), произойдет через некоторое конечное врем . Это происходит в результате реконструкции обтекани , которое св зано с в зкими процессами в пограничном слое, образованном на по- верхности пластины при обтекании ее средой, в частности с изменением его толщины (толщина пограничного сло , при импульсном на него воздействии измен етс  пропорционально t j где Ч - кинематическа  в зкость среды .

Таким образом, плавное воздействи на пластину, при котором успевает происходить реконструкци  обтека1ш , не вызьшает про влени  в зких процессов в пограничном слое на характер55 ческогр напора описываетс  следующим изменени  состо ни  пластины (т,в, уравнением двилсени  состо ние измен етс  синхронно с,с16з

внешним воздействием). В противном dt

Мд,- f, - м,

случае преи  реконструкции ot: rcKaii .; в процессе перехода плаотчтны из одного установившегос  движени  п другое при внешнем воздействии играет

5 определенное значение. Максимальгюе вли ние времени реконструкции обте- . кани  про вл етс  при импульсных внешних воздействи х.

Это  вление используетс  по пред0 лагаемому споособу, а именно при непрерывном равномерном уменьшении тока в электромагнитном преобразователе после начала движени  виброэлемента вли ние процесса реконструкции

15 обтекани  незначительно. Его про вление не сказываетс  на характере изменени  установившегос  движени  виброэлемента,

При скачкообразном увеличении то0 ка в электромагнитном преобразователе процесс реконструкции обтекани  не успевает следовать за скачкообразно изменившимс  внешним воздействием . При этом происходит запаздыва5 ние перехода пластины из одного установившегос  движени  в другое, так как на это затрачиваетс  определенное конечное врем , пропорцнонэоть- ное в зкости среды. Это дополш тель- ное врем  затрачиваетс  на отрезке пути, начало которого соответствует моменту скачкообразного уветгичени  тока электромаг тпггным преобразователем .

Непрерывное и линейное у гепыпеиие тока в электромагнитном преобразователе па участке пути перемеп1,енп  виб розлемента, , начало которого соответствует стартовой точке (упор 2), а конец - скачкообразному увеличению тока по истечении фиксировантюго про- - межутка времени йТГ ДО a vrлитyды, при которой виброэлемент начал свое движение из упора 2 не вызовет существенного вли ни  на характер изменени  установившегос  движени  виброэлемента,

Проходимый при этом виброэлементом путь при перемещении дл  пшроко- . го диапазона изменегаш динамического напора всегда посто нньш,

Это объ сн етс  следующим образом. Перемещение виброэлемента из упора 2 в упор 3 под действием динами0

5

0

5

напора описываетс  сл ем двилсени 

Мд,- f, - м,

51

riu i - момент инерции виброзлемр.нта, включающий в себ  момент инерции присоединенной массы;

М - движущий момент, завис пшй Ле

при конкретной конструкции

пластины виброэлемента от динамического напора потока; момент реакции, удерживающий виброэлемент и завис - 1ЦИЙ от амплитуды тока, про- такающего через электромагнит;

М,,- момент сопротивлени  сил в зкого трени , завис щий от в зкостных характеристик среды потока;

момент сопротивлени  сил трени  в подшипниках, завис - Еций от конструкции опо р, в которых виброэлемент колеб- летс .

Во всех случа х изменени  параметров среды потока (в зкости, скорости , плотности) при одной и той же конструкции виброэлемента состо- -  ние его (движение) определ етс , соотношением сил, вход щи х слагаемы- ми в правую часть уравнени  (1). Из него , что перемеп;ение виброэлемента из упора 2 начинаетс  при условии, если соблюдаетс  неравен- с: ТВ о

Мде,, М,+ М

(2)

Дл  этого необходимо дл  каждого конкретного по качеству среды потока найти условие выполнени  неравенства ( 2),

Поиск этого услови  осуществл ют непрерывным линейным уменьшением тока в электромагнитном преобразова- теле с фиксированной максимальной амплитудой до нул ,

На виброэлемент, установленный в стартовой точке фиксированной ма

ксимальной амплитудой тока, действует

удерживающа  сила F Р„ „,0 противоположно ей - движуща  сила

Совместно с силой Б., в этом же

гЛ

направлении действуют тормоз ща 

сила в зкости F .  вл юща с  проек/

цией вектора в зкой силы Rj( (сопротивлени ) на это направление, а также другие внешние тормоз п1 1е силы, как например, силы трени  F в опо pax колебани .

При этом создаетс  условие

А8

- F. 4. F,

(3)

Пррг уменьшении силы тока п электромагнитном преобразователе, за счет уменьшени  в этой св зи силы происходит уменьшение суммы сил, вход щих в правую часть неравенства 3). Мину  при снижении тока условие , когда

5

0

5 о

5

Q

5

Q

,

FJ

+ F + F,

А)

ле - х - J тр на пластине возникает беско нечно

малое превьш1ение ( и Fдg ) движушей силы F,g над суммой сил, вход щих в npaB iTO часть равенства. При этом создаетс  условие, когда

FAB F + 5 + FTP. (5)

В результате по влени  бесконечно малого превьппени  uF. движущей силы над сил, удержива- в ибр о элем ей т в исходной, точке (в упоре 2), виброэлемент начинает п€;ремещатьс .

По мере дальнейшего уменьшени  удерживающей СИ.ПЫ F, (снижени  то- Kci) величина uFig растет. Это увеличивает скорость перемещени  виброэлемента.

Таким образом, приращение скорости перемещени  виброэлемента в процессе снижени  тока в злектромагйит- ном преобразователе происходит за счет увед;ичени  бесконечно малого превьш1ени  AF., вызываемого уменьшением удерживающей силы F.

При этом величина эффективной в зкости среды потока на характер прираш.ени  скорости на этом участке перемещени  виброэлемента практически не вли ет.

Это объ сн етс  двум  факторами. Плавное внешнее воздействие на виб- розлемент (пластину), наход щийс  в одном установившемс  движении, не нызьшает вли ние процесса реконструкции обтекани  на характер перехода виброэлемента (пластины) в другое установивгаеес  движение (отсутствует запаздьшание изменени  положени  виброэлемента от скорости изменений внешнего воздействи ).

Далее посто нно уменьшающа с  удерживающа  сила Fд, в каждом периоде измерени  всегда вызьшает по вление бесконечно малого превьшгени  движущей силы над суммой тормоз шJIx виброэлемент сил, т.е. величина движущей силъ1, при которой виброэлемент начинает движение из состо ни  поко , стремитс  в пределе к величине удерживающей силы F. При этом можтто прин ть, что F, т.е. Д да const. Из этог о следует, что

характер приращени  скорости перемещени  виброзле.мента определ етс  характером изменени  удерживающей силы F на участке плавного характера ее изменени . Это означает, что величина скорости перемещени  виброэлемента из состо ни  поко  преимущественно определ етс  скоростью уменьшени  удерживающей силы F (скоростью уменьшени  тока в электромагнитном преобразователе).

Принима  скорость уменьшени  тока в электромагнитном преобразователе посто нной, можно прин ть, что .величина пути, пройденного виброэлементом за фиксированный отрезок време-ни й-сГ дл  широкого диапазорш значени  параметров среды потока (скорости , в зкости,плотности), посто нна. Вследствие этого оставшийс  путь перемещени  виброэлемента также посто нный .

Однако виброэлемент этот отрезок

пути проходит за разное врем , так как скачкообразное воздействие (в данном случае торможение) на установившеес  движение (разгон) на начальном участке пути вызывает после скачкообразного электромагнитного

торможени  про вление переходного, про.цесса в пограничном слое i рекой- струкцию обтекани ). Процесс реконструкции обтекани  при этом влечет за собой затрату дополнительного времени. Это врем  пропорционально эффективной в зкости газожидкостного потока.

Предлагаемьй способ, в.отличии ОТ известного позвол ет использовать без снижени  чувствительности особенность движени  газожидкостного потока дл  расширени  диапазона измере- ни , котора  заключаетс  в том, что, например, при снижении средней плотности потока из-за увеличен1-1  газосодержани  увеличиваетс  скорость его движени . А так как динамический напор, используемый дл  перемещени  виброэлемента,  вл етс  величиной, пропорциональной квадрату скорости ( о V|.p ), то снижение средней плотности в этой зависимости значительно компенсируетс  увеличившейс  скоростью движени  смеси,

ТТозтому размещение плоскости плоского виброэлемента под углом к потоку, в отличие от известного спос оба, по427618

звол ет, использу  более узкий дина- м rчecкий диапазон измерени  параметра потока (динамического напора), определ ть эффективнуто в зкость его 5 среды с равномерной чувствительностью в широких пределах.

Таким образом, возбуждение колебаний плоского виброэлемента 8 в поперечной плоскости дв гжущегос  потоfO ка совместим действием электромагнитного преобразовател  , подключенного к генератору 10, и динамического напора измер емой средь, созданного за счет установки плоскости

(5 виброэлемента 8 под углом ftS к направлению потока, исключает неустойчивое его колебание при по влении в жидкости свободного газа, а при увеличении объема свободного газа,

2Q создающего pasin ie формы движени  смеси жидкости с газом, исключает колебаний.

Кроме того, поперечное колебание виброэлемергта обеспечивает усредне25 ние значени  эффективной в зкости- смеси по сечению трубопровода, так как из-за присутстви  свободного га . за в зкндкости в этом сечении образуетс  неравномерна  плотность смеси.

достигаетс  расширенне /диапазона измерений и области применений ВВ5ЗДУ возможности использовани  способа дл  определени  эфч|)ективной в зкости неоднородных потоков.

ф о р м у л а и 3 о б р е е н и.  

Способ определени  эффективной в зкости газожидкостного потока, основат-йш на электрических измерени х при электромагнитном способе возбуждени  с посто нными амплитудой и периодом колебаний виброэлемента , преимущественно пластига, поперек потока однопол рными импульса-

ми тока, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона -измерений и области применени , плоскость виброэлемента располагают в потоке под углом к направлению его

движени , выбирают фиксированную величину и направление протекани  тока, обеспечивающие перемещение виброэлемента против потока при максимальном расходе тока, затем линейно уменьшают ток, в момент начала вижени  виброэлемента фиксгфуют веичину тока и через заданный интерал времени скачкообразно увеличивают ток до фиксированной величины, после чего измер ют интервал времени , в течение которого виброэлемент достигает заданной конечной точки

перемещени , а по величине этого интервала времени суд т о величине эффективной в зкости газожидкостного потока.

У,

фиг. 2

Заказ 3691/38

Тираж 778 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул. Проектна , 4

Claims (1)

1. Формула изобретен и. я

   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 однополярными импульсами тока, отлич ающнйс я тем, что, с целью расширения диапазона 'измерений и области применения, плоскость виброэлемента располагают в потоке под углом к направлению его движения, выбирают фиксированную величину и направление протекания тока, обеспечивающие перемещение виброэлемента против потока при максимальном расходе тока, затем линейно уменьшают ток, в момент начала движения виброэлемента фиксируют величину тока и через заданный интервал времени скачкообразно увеличива9 •1242761 ют ток до фиксированной величины, после чего измеряют интервал времени, в течение которого виброэлемент достигает заданной конечной точки перемещения, а по величине этого интервала времени судят о величине эффективной вязкости газожидкостного потока.

   I I I I I I I I

   I'M

   Фиг. 2