Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения различных режимов течения жидкости в трубопроводах. Цель изобретения - повышение точности контроля за счет различения большего числа режимов и устранения температурной погрешности. С помощью трех акустических преобразователей 1,2 и 4, установленных на поверхности трубопровода 3, излучают и принимают сигналы . По зарегистрированной амплитуде сигнала судят о концентрации газа в жидкости при пузырьковом режиме. Для других режимов работы регистрируют длительности импульсов, образованных моментами отражения сигналов от внутренних первой и второй поверхности трубопровода. По различным сочетаниям значений временных интервалов, полученных преобразователями 1 и 4, и амплитуд сигнала с преобразователя 2 определяюттот или иной режим течения жидкости. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 N 29/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4738391/28 (22) 19.09.89 (46) 15.12.91. Бюл. М 46 (71) Харьковский авиационный институт им.

Н.Е.Жуковского (72) Е,С.Чистяков и Ю,И.Дышлевой (53) 620.179.16(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1610428, кл. G 01 N 29/02, 1988. (54.) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ

СПЛОШНОСТИ ПОТОКА ЖИДКОСТИ В

ТРУБОПРОВОДЕ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для . определения различных режимов течения жидкости в трубопроводах. Цель изобретения — повышение точности контроля за счет

„„. Ж„„1698742 А1 различения большего числа режимов и устранения температурной погрешности. С помощью трех акустических преобразователей 1,2 и 4, установленных на поверхности трубопровода 3, излучают и принимают сигналы. По зарегистрированной амплитуде сигнала судят о концентрации газа в жидкости при пузырьковом режиме. Для других режимов работы регистрируют длительности импульсов, образованных моментами отражения сигналов от внутренних первой и второй поверхности трубопровода. По различным сочетаниям значений временных интервалов, полученных преобразователями 1 и 4, и амплитуд сигнала с преобразователя 2 определяют тот или иной режим течения жидкости. 2 ил, 1698742

Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для определения сплошности потока жидкости в трубопроводе при эксплуатации различных гидродинами iecKpx систем, Цель изобретения — повышение точности контроля за счет различения большего числа режимов течения жидкости в трубопроводе и устранения температурной погрешностии.

На фиг,1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 — эпюры напряжений в различных точках устройства.

Устройство состоит из приемоизлучающего акустического преобразователя 1 и преобразователя 2, установленных на противополо>кных сторонах Tpiубопровода 3 с контролируемой жидкостью. Они устанавливаются так, чтобы линия, проходящая через их оси, была перпендикулярна к поверхности раздела "жидкость-газ" при расслоенном режиме течения. На трубопроводее установлен также приемоизлучающий акустический преобразователь 4. Преобразователь 2 через последовательно включенные усилитель 5 v. детектор 6 соединен с регистратором 7, Преобразователи 1 и 4 через коммутатор 8 подключены входами к генератору 9 электрических колебаний, а выходами — ко входам схемы 10 ИЛИ, выход которой через усилитель-формирователь 11, триггер 12, блок 13 задержки и триггер 14 соединен с измерителем 15 временных интервалов.

Второй выход генератора 9 электрических колебаний синхронизирующий соединен со вторыми входами коммутатора 8, триггера

12, схемы 16 ИЛИ, измерителя 15 временных интервалов и через последовательно соединенные блок 17 задержки, дифференцирующую цепь 18, схему 16 ИЛИ вЂ” со вторым входом триггера 14. Выход усилителя-формировагеля 11 соединен с третьим входом схемы 16 ИЛИ.

Устройство работает следующим образом, Генератор 9 электрических колебаний периодически вырабатывает радиоимпульсы с фиксированной амплитудой (см. эпюру

U 1 на фиг.2) и синхроимпульсы (эпюра 2).

Радиоимпульсы подводятся к коммутатору

8, который под воздействием синхроимпульсов обеспечивает поочередное подклю чейие генератора 9 к преобраэбвателям 1 и

4. Синхроимпульсы подводятся также к блоку 17 задержки, вторым входам измерителя

15 временных интервалов, триггера 12 и через схему 16 ИЛИ ко второму входутриггера

14 и используются для сброса показаний г

4О

55 вой импульс 1, отраженный от ближней внутренней стенки трубопровода 3 (при любом режиме течения), а также импульс 2, отраженный от дальней внутренней стенки трубопровода (однородный или пузырьковый режим течения), или импульс 3, отраженный от границ раздела фаз (расслоенный или кольцевой режимы течения). Эти импульсы на эпюрах U3 и U4 (фиг.2) обозначены соответственно цифрами 1, 2 и 3. На эпюре 03 для расслоенного режима течения показаны отраженные импульсы, принимаемые преобразователем 1, а на эпюре U4— импульсы, принимаемые преобразователем

4. При снарядном и обращенно-кольцевом режимах течения оба преобразователя 1 и 4 будут принимать только импульсы 1.

Импульсы 1 и 2, отраженные от внутренних стенок трубопровода, используются для определения скорости звука в контролируемой среде, необходимой для определения измерителя 15 и перевода триггеров 12 и 14 в исходное состояние, Радиоимпульсы с частотой заполнения

F = 1 — 3,G мГц поочередно возбуждают в

5 .преобразователях 1 и 4 ультразвуковые колебания, которые через стенку трубопровода 3 излучаются в контролируемую среду..

Для исключения влияния на скорость и затухание звука пузырьков резонансного размера частота заполнения радиоимпульсов выбирается значительно выше резонансных частот пузырьков, присутствующих в потоке жидкости. Если трубопровод 3 полностью заполнен жидкостью, то излученные преобразователем 1 ультразвуковые импульсы принимаются преобразователем 2 и после преобразования их в электрические импульсы усиливаются в усилителе 5, детектируются детектором 6 и подаются на регистратор 7. При поялении в жидкости пузырьков газа (пузырьковый режим течения потока) амплитуда А принятых преобразователем 2 ультразвуковых колебаний падает пропорционально обьемной концентрации а пузырьков газа, По изменению показаний регистратора 7 определяется концентрация пузырьков газа при пузырьковом режиме течения. Для диагностики других режимов течения используются преобразователи 1 и 4, которые обеспечивают излучение и прием ультразвуковых импульсов, отраженных от внутренних стенок трубопровода и границ раздела фаз. При этом идентификация режимов течения и определение концентрации газовой фазы в потоке осуществляется следующим образом.

В зависимости от режима течения преобразователи 1 и 4 принимают ультразвуко1698742 расстояния от внутренней стенки трубопровода до границы раздела фаз.

Для этого в усилителе-формирователе

11 импульсы U3 и U4 усиливаются, детектируются, формируются в прямоугольные видеоимпульсы и дифференцируются.

Сформированные усилителем-формирователем короткие импульсы положительной полярности (см.эпюру 05), полученные путем дифференцирования переднего фронта видеоимпульсов, подаются на вход триггера

12 и через схему 16 ИЛИ на вход триггера

14, Триггеры 12 и 14 в совокупности со схемой 16 ИЛИ, дифференцирующей цепью 18 и блоками 13 и 17 задержки предназначены для формирования измерительных импульсов с длительностью, зависящей от режима течения. Осуществляется это следующим образом.

При подаче коротких импульсов 1 (эпюра U5) на входы триггеров 12 и 14 триггер 12 и ереб расы ва ется в "1" состоя нив (зп юра

U6), а триггер 14 остается в исходном состоянии "0". Передним фронтом перепада напряжения на выходе триггера 12 запускается блок 13 задержки, формирующий прямоугольный видеоимпульс длительностью, несколько превышающей длительность короткого импульса 1 (эпюра

U7), Положительный импульс, полученный путем дифференцирования заднего фронта видеоимпульса U7, подается на входтриггера 14, вызывая перевод его в "1" состояние (см:эпюра 8), При подаче на входы триггеров 12 и 14 импульсов 2 и 3, а также импульсов, многократно отраженных от внутренних стенок трубопровода и границ раздела фаз, триггер 12 остается в "1" состоянии, а триггер 14 импульсом 2 или 3 возвращается в исходное состояние "0" (эпюра U8). В таком состоянии триггеры остаются до формирования генератором 9 очередного радиоимпульса.

В данном устройстве триггер 12 выполняет роль электронного ключа для триггера

14, пропускающего на первый вход триггера

14 только импульс 1 и блокирующего подачу на его вход других импульсов. Это обеспечивает работу триггера 14 таким образом, что на его выходе формируются импульсы постоянного тока, длительность которых раВНа T1 = 1пр2 — тз ИЛИ T2 = тпр2 — ТЗ, Гдв тпр1 и тдр2 — вРемена пРобега УльтРазвУковыми колебаниями расстояния, равного удвоен30

40 ному внутреннему диаметру d> трубопра- 55 вода или удвоенному расстоянию 2d ат. внутренней стенки трубопровода да границы раздела фаз соответственно; Гз — время задержки в блоке задержки.

Измерение длительностей импульсов производится измерителем 15 временных интервалов, а скорость звука и растояние d определяются из известных соотношений

2 бви

Сзв . +

Т1+<3 а = Сзв

По вычисленному расстоянию d определяют обьемы жидкой и газовой фаз в трубопроводе или концентрацию а газовой фазы в потоке. Преобразователь 4 при расслоенном режиме течения в зависимости от концентрации а принимает или отраженные импульсы 1 и 2 от внутренних стенок трубопровода (при а < 50-",ь), или только импульс 1 (при a > 50 Д). В последнем случае триггер

14 возвращается в исходное состояние до формирования генератором 9 очередного радиоимпульса, что позволяет увеличить время для отсчета показаний на измерителе

15 временных интервалов. Возврат триггера 14 в исходное состояние осуществляется импульсом, сформированным блоком 17 задержки и дифференцирующей цепочкой 18.

При подаче на вход блока 17 задержки синхроимпульса U2 блок формирует прямоугольный выдеаимпульс с длительностью, несколько превышающей время пробега

Ьр1 (эпюра 9). После дифференцирования видеоимпульса дифференцирующей цепочкой 18 положительный импульс (эпюра 10) через схему 16 ИЛИ подается на вход триггера 14, вызывая его опрокидывание. При этом на ега выходе формируется импульс (см. эпюру U8 штриховая линия) с длительНОСтЬЮ 1лрЗ, КОтарая СВИдЕтЕЛЬСтауЕт, Чта В месте установки преобразователя 4 на внутренней стенке трубопровода образовалась газовая фаза, характерная для снарядного и обращенно-кольцевого режимов течения.

Таким образом, по анализу длительностей импульсов, формируемых триггером 14 в процессе измерения, и амплитуд А2 импульсов, принимаемых преобразователем

2, можно идентифицировать режим течения в потоке и определять концентрацию газовой фазы. B таблице приведены значения этих параметров, характерные для каждого режима течения.

При обращенно-кольцевом и на время прохождения газовой пробки при снарядном режимах преобразователи 1 и 4 будут принимать только импульсы 1, а триггер 14 сформирует импульсы одинаковой длительности, равной Тз. Дополнительная идентификация этих режимов течения производится по характеру изменения измеряемых параметров во времени. При снарядном режиме течения наблюдается скачкообразный характер изменения параметров на время прохождения газовой пробки. При обращенно-кольцевом режиме течения значения измеряемых параметров постоянны во времени.

Определение режимов течения и концентрации газовой фазы при пузырьковом расслоенном и кольцевом режимах течения позволяет оперативно управлять гидродинамическими и тепломассообменными процессами при эксплуатации различных гидравлических систем и обеспечить безаварийность и надежность их работы.

Формула изобретения

Устройство для контроля сплошности потока жидкости в трубопроводе, содержащее генератор электрических колебаний, первый и второй акустические преобразова. тели, установленные на трубопроводе про-. тивоположно один к другому, подключен. ный к выходу второго акустического.преобразователя усилитель, первый блок задержки и последовательно соединенные детектор и регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными коммутатором, вход которого связан с выходом генератора электрических колебаний, третьим акустическим и реобраэователем, 5 установленным на поверхности трубопровода, первой схемой ИЛИ, второй вход которой подключен к выходу первого акустического преобразователя, усилителем-формирователем, первым триггером, 10 вторым блоком задержки, вторым триггером и измерителем временных интервалов, последовательно соединенными дифференцирующей цепью, вход которой связан с выходом первого блока задержки, и второй

15 схемой ИЛИ, выход которой подключен к второму входу второго триггера, а второй вход- к выходу усилителя-ограничителя, выход усилителя соединен с входом детектора, синхронизирующий выход генератора элек20 трических колебаний подключен к третьему . входу второй схемы ИЛИ, к входу первого блока задержки и к управляющим входам коммутатора, измерителя временных интервалов и первого триггера, а второй выход

25 Коммутатора связан с входом первого акустического преобразователя.

1698742

Составитель Л.Кондрыкинская

Редактор А.Долинич Техред М,Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 4390 TMp3)K Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101