Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

RU2680417C1 - Measuring system to determine the true volume gas content - Google Patents

Measuring system to determine the true volume gas content Download PDF

Info

Publication number
RU2680417C1
RU2680417C1 RU2018113396A RU2018113396A RU2680417C1 RU 2680417 C1 RU2680417 C1 RU 2680417C1 RU 2018113396 A RU2018113396 A RU 2018113396A RU 2018113396 A RU2018113396 A RU 2018113396A RU 2680417 C1 RU2680417 C1 RU 2680417C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measuring
oil
pipeline
gas content
air
Prior art date
Application number
RU2018113396A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Оскар Соломонович Гуревич
Анатолий Иванович Гулиенко
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2018113396A priority Critical patent/RU2680417C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2680417C1 publication Critical patent/RU2680417C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/36Analysing materials by measuring the density or specific gravity, e.g. determining quantity of moisture
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/74Devices for measuring flow of a fluid or flow of a fluent solid material in suspension in another fluid
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N7/00Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N9/00Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity
    • G01N9/02Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring weight of a known volume
    • G01N9/04Investigating density or specific gravity of materials; Analysing materials by determining density or specific gravity by measuring weight of a known volume of fluids

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to measuring systems for determining the physical properties of two-phase flows, namely, measuring systems for determining the true volumetric gas content of an oil-air emulsion flow in a pipeline. Measuring system includes a horizontal cylindrical section of the pipeline, at the input of which input the pressure and temperature of an oil-air emulsion measuring equipment, an electronic computing unit, volumetric flow and a differential pressure sensor are installed, moreover, the electronic computing unit is configured to calculate the true volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion by a certain ratio, which makes it possible to calculate the true volumetric gas content by direct calculation.
EFFECT: reduction of time spent on determining the true volumetric gas content in a two-phase oil-air emulsion flow through its direct calculation in real time.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительным системам для определения физических свойств двухфазных потоков, а именно, к измерительным системам для определения истинного объемного газосодержания потока масловоз душной эмульсии в трубопроводе. Изобретение может быть использовано в системах смазки авиационного газотурбинного двигателя, а также в стационарных газотурбинных установках и других энергетических объектах. Также измерительная система может быть использована для определения содержания газа в других двухфазных газовых эмульсиях для управления различными технологическими процессами.The invention relates to measuring systems for determining the physical properties of two-phase flows, namely, measuring systems for determining the true volumetric gas content of an oil emulsion oil emulsion stream in a pipeline. The invention can be used in the lubrication systems of an aircraft gas turbine engine, as well as in stationary gas turbine units and other power facilities. Also, the measuring system can be used to determine the gas content in other two-phase gas emulsions to control various technological processes.

Величина объемного содержания газа в масловоздушной эмульсии необходима для расчета ее плотности, используемой при решении задач, касающихся определения параметров газожидкостных сред. Как правило, требуется долговременное непрерывное измерение в реальном времени значения истинного объемного газосодержания двухфазного потока на различных режимах работы оборудования.The volumetric gas content in the oil-air emulsion is necessary to calculate its density, used in solving problems related to determining the parameters of gas-liquid media. As a rule, a long-term continuous real-time measurement of the true volumetric gas content of a two-phase flow is required at various operating modes of the equipment.

Работа измерительных систем для определения содержания газа в потоке газовой эмульсии основана на различных физических принципах. Измерительные системы позволяют определить истинное газосодержание в сечении трубопровода, в локальной пробе или в объеме участка трубопровода.The operation of measuring systems for determining the gas content in a gas emulsion stream is based on various physical principles. Measuring systems make it possible to determine the true gas content in a pipeline section, in a local sample or in the volume of a pipeline section.

Известна измерительная система для определения истинного объемного газосодержания потока газовой эмульсии, включающая генератор, возбуждающий акустические колебания в газожидкостной среде (RU 2115116, 1998). Недостатком данной измерительной системы является изменение гидродинамического режима потока и сложность ее реализации в трубопроводах маленького диаметра, например, в топливной или масляной системе двигателей.A known measuring system for determining the true volumetric gas content of a gas emulsion stream, including a generator that excites acoustic vibrations in a gas-liquid medium (RU 2115116, 1998). The disadvantage of this measuring system is the change in the hydrodynamic flow regime and the complexity of its implementation in pipelines of small diameter, for example, in the fuel or oil system of engines.

Известна система для измерения истинного объемного газосодержания в сечении трубопровода, содержащая источник и детектор ионизирующего излучения (SU 1022002, 1983), однако ее использование ограничено требованиями техники безопасности. Данная система может применяться только в отношении газовых эмульсий, не содержащих не чувствительные к инфракрасному излучению азот, кислород, гелий, аргон, криптон, ксенон.A known system for measuring the true volumetric gas content in the cross section of the pipeline containing a source and a detector of ionizing radiation (SU 1022002, 1983), but its use is limited by safety requirements. This system can be used only for gas emulsions that do not contain nitrogen, oxygen, helium, argon, krypton, xenon, which are not sensitive to infrared radiation.

Известна измерительная система для определения объемного газосодержания в газожидкостной среде в трубопроводе, включающая измерительный горизонтальный цилиндрический участок трубопровода, датчики температуры, давления и скорости потока между двумя сечениями участка и электронный вычислительный блок, выполненный с возможностью расчета объемного газосодержания по уравнению состояния идеального газа, принимая двухфазную газожидкостную систему как смесь идеального сжимаемого газа и несжимаемой жидкости (US 6847898, 2005). Недостатком известного технического решения является низкая точность определения термодинамических характеристик эмульсии, таких как скорость звука, показатель адиабаты и др. В частности, расчет скорости звука в водовоздушной эмульсии без учета сжимаемости жидкой фазы составляет 330 м/с, а с учетом сжимаемости - 25 м/с, что подтверждается экспериментальным ее измерением.A known measuring system for determining the volumetric gas content in a gas-liquid medium in the pipeline, including a horizontal measuring cylindrical section of the pipeline, temperature, pressure and flow sensors between the two sections of the section and an electronic computing unit configured to calculate the volumetric gas content according to the equation of state of an ideal gas, taking a two-phase gas-liquid system as a mixture of ideal compressible gas and incompressible fluid (US 6847898, 2005). A disadvantage of the known technical solution is the low accuracy of determining the thermodynamic characteristics of an emulsion, such as the speed of sound, adiabatic index, etc. In particular, the calculation of the speed of sound in a water-air emulsion without considering the compressibility of the liquid phase is 330 m / s, and taking into account compressibility it is 25 m / c, which is confirmed by its experimental measurement.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является измерительная система для определения истинного объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии в трубопроводе (RU 152854, 2015), включающая измерительный горизонтальный цилиндрический участок трубопровода, на входе которого установлено средство измерения давления и температуры масловоздушной эмульсии, и электронный вычислительный блок, электрически подключенный к средству измерения давления и температуры.The closest analogue to the claimed invention is a measuring system for determining the true volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion stream in a pipeline (RU 152854, 2015), including a horizontal measuring cylindrical section of the pipeline, at the inlet of which there is a means for measuring the pressure and temperature of the oil-air emulsion, and an electronic computing unit electrically connected to a means of measuring pressure and temperature.

Недостатком известного технического решения является необходимость использования метода последовательных приближений при решении двух нелинейных уравнений с двумя неизвестными для расчета объемного газосодержания. Указанный метод требует существенных затрат времени на определение величины истинного объемного газосодержания и может не обеспечить получения достоверного результата.A disadvantage of the known technical solution is the need to use the method of successive approximations in solving two nonlinear equations with two unknowns for calculating the volumetric gas content. This method requires a significant investment of time to determine the true volumetric gas content and may not provide reliable results.

Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, заключается в сокращении затрат времени на определение истинного объемного газосодержания в потоке двухфазной масловоздушной эмульсии.The technical problem to which the invention is directed is to reduce the time required to determine the true volumetric gas content in the flow of a two-phase oil-air emulsion.

Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в определении величины истинного объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии посредством прямого вычисления в реальном времени.The technical result achieved by the implementation of the present invention is to determine the true volumetric gas content of the flow of a two-phase oil-air emulsion through direct calculation in real time.

Технический результат достигается за счет того, что измерительная система для определения истинного объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии в трубопроводе включает измерительный горизонтальный цилиндрический участок трубопровода, на входе которого установлено средство измерения давления Рэм и температуры Тэм масловоздушной эмульсии, и электронный вычислительный блок, электрически подключенный к средству измерения давления Рэм и температуры Тэм, причем измерительная система дополнительно включает устройство для измерения объемного расхода, установленное на входе измерительного участка, и датчик перепада давления, установленный между входом и выходом измерительного участка, при этом электрические выходы устройства для измерения объемного расхода и датчика перепада давления подключены к электронному вычислительному блоку, а электронный вычислительный блок выполнен с возможностью расчета истинного объемного газосодержания двухфазной масловоздушной эмульсии по следующему соотношению:The technical result is achieved due to the fact that the measuring system for determining the true volumetric gas content of the flow of a two-phase oil-air emulsion in the pipeline includes a horizontal measuring cylindrical section of the pipeline, at the inlet of which there is a means for measuring the pressure P em and temperature T em of the oil-air emulsion, and an electronic computing unit, electrically connected to a means of measuring pressure P em and temperature T em , and the measuring system further includes a device for measuring volumetric flow installed at the inlet of the measuring section, and a differential pressure sensor installed between the input and output of the measuring section, while the electrical outputs of the device for measuring volumetric flow and differential pressure sensor are connected to an electronic computing unit, and the electronic computing unit is made with the ability to calculate the true volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion according to the following ratio:

αэм=(ρжт.трΔРизм/Q2 изм)/(ρжг), um α = (ρ w -K t.tr MOD? P / Q 2 MOD) / (ρ wg)

где:Where:

αэм - истинное объемное газосодержание;α em - true volumetric gas content;

ρж - плотность масла в масловоздушной эмульсии при измеренных Тэм и Рэм;ρ W - the density of the oil in the oil-air emulsion at the measured T em and R em ;

Кт.тр - коэффициент, учитывающий потери давления в трубопроводе, м4;To ttr - coefficient taking into account the pressure loss in the pipeline, m 4 ;

ΔРизм - измеренный перепад давления в потоке масловоздушной эмульсии между входом и выходом измерительного участка;ΔР ISM - the measured pressure drop in the flow of oil-air emulsion between the input and output of the measuring section;

Qизм - измеренный объемный расход масловоздушной эмульсии;Q ISM - the measured volumetric flow rate of the air-oil emulsion;

ρг - плотность воздуха в масловоздушной эмульсии при измеренных Тэм и Рэм,ρ g - the density of air in the oil-air emulsion when measured T em and R em

причем:moreover:

Figure 00000001
Figure 00000001

где:Where:

Fтp - площадь проходного сечения измерительного участка трубопровода;F TP - the area of the bore of the measuring section of the pipeline;

λтp - коэффициент потерь на трение измерительного участка трубопровода;λ tp - coefficient of friction loss of the measuring section of the pipeline;

lтp - длина измерительного участка трубопровода;l tp is the length of the measuring section of the pipeline;

dтp - диаметр измерительного участка трубопровода;d tp is the diameter of the measuring section of the pipeline;

ζм - суммарный коэффициент местных потерь давления на измерительном участке трубопровода.ζ m - the total coefficient of local pressure loss in the measuring section of the pipeline.

Указанные существенные признаки обеспечивают решение поставленной технической проблемы с достижением заявленного технического результата, так как дополнение измерительной системы устройством для измерения объемного расхода, установленным на входе измерительного участка, подключенным электрическим выходом к электронному вычислительному блоку, и датчиком перепада давления, установленным между входом и выходом измерительного участка, также подключенным электрическим выходом к электронному вычислительному блоку, и выполнение электронного вычислительного блока с возможностью расчета истинного объемного газосодержания двухфазной масловоздушной эмульсии по определенному соотношению позволяет определять величину истинного объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии посредством прямого вычисления в реальном времени.These essential features provide a solution to the technical problem with the achievement of the claimed technical result, since the addition of the measuring system to a device for measuring volumetric flow installed at the inlet of the measuring section, connected by an electrical output to the electronic computing unit, and a differential pressure sensor installed between the input and output of the measuring plot, also connected by an electrical output to the electronic computing unit, and the execution of elec ronnogo computing unit to calculate the true void fraction biphasic oil-air emulsion by a certain ratio allows one to measure the true void fraction biphasic emulsion oil-air stream by direct calculation in real time.

Настоящее изобретение поясняется следующим подробным описанием измерительной системы для определения истинного объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии в трубопроводе со ссылкой на фигуру, где показана схема измерительной системы.The present invention is illustrated by the following detailed description of a measuring system for determining the true volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion flow in a pipeline with reference to the figure, which shows a diagram of the measuring system.

Измерительная система для определения истинного объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии в трубопроводе включает измерительный горизонтальный цилиндрический участок 1 трубопровода, на входе 2 которого установлено средство 3 измерения давления Рэм и температуры Тэм масловоздушной эмульсии, и электронный вычислительный блок 4 для расчета истинного объемного газосодержания двухфазной масловоздушной эмульсии, а также плотности масла и воздуха, электрически подключенный к средству 3 измерения давления Рэм и температуры Тэм. Измерительная система дополнительно включает устройство 5 для измерения объемного расхода, установленное на входе 2 измерительного участка 1, и датчик 6 перепада давления, установленный между входом 2 и выходом 7 измерительного участка 1. Электрические выходы устройства 5 для измерения объемного расхода и датчика 6 перепада давления подключены к электронному вычислительному блоку 4, а электронный вычислительный блок 4 выполнен с возможностью расчета истинного объемного газосодержания двухфазной масловоздушной эмульсии по следующему соотношению:A measuring system for determining the true volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion flow in a pipeline includes a horizontal measuring cylindrical section 1 of the pipeline, at the input 2 of which there is a means 3 for measuring pressure P em and temperature T em of an oil-air emulsion, and an electronic computing unit 4 for calculating the true volumetric gas content of two-phase emulsion oil-air, oil and air density, and electrically connected to the pressure measurement means 3 um and R Temperature T um. The measuring system further includes a device 5 for measuring the volumetric flow rate installed at the input 2 of the measuring section 1, and a differential pressure sensor 6 installed between the input 2 and the output 7 of the measuring section 1. The electrical outputs of the device 5 for measuring the volumetric flow rate and the differential pressure sensor 6 are connected to the electronic computing unit 4, and the electronic computing unit 4 is configured to calculate the true volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion according to the following wearing:

Figure 00000002
Figure 00000002

где:Where:

αэм - истинное объемное газосодержание;α em - true volumetric gas content;

ρж - плотность масла в масловоздушной эмульсии при измеренных Тэм и Рэм;ρ W - the density of the oil in the oil-air emulsion at the measured T em and R em ;

Кт.тр - коэффициент, учитывающий потери давления в трубопроводе, м4;To ttr - coefficient taking into account the pressure loss in the pipeline, m 4 ;

ΔРизм - измеренный перепад давления в потоке масловоздушной эмульсии между входом и выходом измерительного участка;ΔР ISM - the measured pressure drop in the flow of oil-air emulsion between the input and output of the measuring section;

Qизм - измеренный объемный расход масловоздушной эмульсии;Q ISM - the measured volumetric flow rate of the air-oil emulsion;

ρг - плотность воздуха в масловоздушной эмульсии при измеренных Тэм и Рэм,ρ g - the density of air in the oil-air emulsion when measured T em and R em

причем:moreover:

Figure 00000003
Figure 00000003

где:Where:

Fтp - площадь проходного сечения измерительного участка трубопровода;F TP - the area of the bore of the measuring section of the pipeline;

λтp - коэффициент потерь на трение измерительного участка трубопровода;λ tp - coefficient of friction loss of the measuring section of the pipeline;

lтp - длина измерительного участка трубопровода;l tp is the length of the measuring section of the pipeline;

dтp - диаметр измерительного участка трубопровода;d tp is the diameter of the measuring section of the pipeline;

ζм - суммарный коэффициент местных потерь давления на измерительном участке трубопровода.ζ m - the total coefficient of local pressure loss in the measuring section of the pipeline.

Средство 3 измерения давления Рэм и температуры Тэм масловоздушной эмульсии может быть выполнено в виде отдельных датчиков давления и температуры или в виде комбинированного датчика давления и температуры.The means 3 for measuring pressure P em and temperature T em of an oil-air emulsion can be made in the form of separate pressure and temperature sensors or in the form of a combined pressure and temperature sensor.

Устройство 5 для измерения объемного расхода установлено на входе 2 измерительного участка 1. Датчик 6 перепада давления входами подключен к входу 2 и выходу 7 измерительного участка 1. Средство 3 измерения давления и температуры установлено на входе 2 измерительного участка 1, в сечении, в котором определяют истинное объемное газосодержание потока двухфазной масловоздушной эмульсии. Течение масловоздушной эмульсии в трубопроводе обеспечивает источник 8 давления, который не является элементом измерительной системы.A device 5 for measuring the volumetric flow rate is installed at the input 2 of the measuring section 1. The differential pressure sensor 6 with inputs is connected to the input 2 and the output 7 of the measuring section 1. The means 3 for measuring pressure and temperature are installed at the input 2 of the measuring section 1, in the cross section in which true volumetric gas content of the two-phase oil-air emulsion flow. The flow of oil-air emulsion in the pipeline provides a pressure source 8, which is not an element of the measuring system.

Средство 3 измерения давления Рэм и температуры Тэм, устройство 5 для измерения объемного расхода и датчик 6 перепада давления могут быть смонтированы с помощью штуцеров на внутренней поверхности измерительного участка 1 трубопровода с целью минимизации влияния их положения на течение потока в трубопроводе.The means 3 for measuring pressure P em and temperature T em , a device 5 for measuring volumetric flow and a differential pressure sensor 6 can be mounted using fittings on the inner surface of the measuring section 1 of the pipeline in order to minimize the influence of their position on the flow in the pipeline.

В качестве устройства 5 для измерения объемного расхода может быть использован известный из уровня техники датчик объемного расхода или электроприводной насос-измеритель объемного расхода (RU 2540204, 2015), в контроллере которого содержится алгоритм определения объемного расхода по предварительно полученной экспериментальной зависимости объемного расхода через насос от частоты вращения насоса и перепада давления на нем.As a device 5 for measuring the volumetric flow rate, a volumetric flow sensor or an electric volumetric flow meter pump (RU 2540204, 2015) can be used, the controller of which contains an algorithm for determining the volumetric flow rate based on a previously obtained experimental dependence of the volumetric flow rate through the pump on pump speed and pressure drop across it.

В частности, длина измерительного участка 1 может составлять не менее семи размеров его диаметра. Для повышения точности измерения перепада давлений длину участка 1 целесообразно выбирать максимально возможной.In particular, the length of the measuring section 1 may be at least seven dimensions of its diameter. To improve the accuracy of measuring the differential pressure, the length of the section 1, it is advisable to choose the maximum possible.

Устройство 5 для измерения объемного расхода и датчики 3, 6 выполнены с возможностью формирования электрических измерительных сигналов, соответствующих параметрам потока двухфазной масловоздушной эмульсии, а электронный вычислительный блок 4 может включать алгоритмы обработки результатов измерений, например, алгоритмы осреднения значения параметра на заданном интервале и компенсации инерционности каналов измерения в виде известного уравнения:The device 5 for measuring the volumetric flow rate and sensors 3, 6 are configured to generate electrical measuring signals corresponding to the flow parameters of a two-phase oil-air emulsion, and the electronic computing unit 4 may include algorithms for processing measurement results, for example, algorithms for averaging the parameter value over a given interval and for inertia compensation measurement channels in the form of a well-known equation:

Хкоризмизмизм/dt, Armature X = X + τ MOD MOD MOD dx / dt,

где:Where:

Хкор - скорректированное значение параметра;X cor - the adjusted value of the parameter;

Хизм - измеренное значение параметра;X ISM - the measured value of the parameter;

τизм - постоянная времени средства измерения;τ ISM - time constant of the measuring instrument;

изм/dt - величина производной измеряемого параметра.DX rev / dt - the value of the derivative of the measured parameter.

В память вычислительного блока 4 вводятся характеристики измерительного участка 1 трубопровода: длина lтp, диаметр dтp, коэффициент λтp потерь на трение, суммарный коэффициент ζм местных потерь давления, а также коэффициенты аналитических выражений или двумерные таблицы зависимостей плотности ρж масла и плотности ρг воздуха от давления Рэм и температуры Тэм в масловоздушной эмульсии для получения вычисленных текущих значений этих величин:The computing unit 4 memory entered the measuring site characteristics 1 pipeline: length l TP diameter d TP, coefficient λ TP friction losses, the total coefficient ζ m local pressure loss, as well as coefficients of analytical expressions or two-dimensional tables dependencies density ρ w oil and density ρ g of air from pressure P em and temperature T em in an oil-air emulsion to obtain calculated current values of these quantities:

ρж=f1эмэм);ρ W = f 1 (P em , T em );

ρг=f2эмэм),ρ g = f 2 (P em , T em ),

где:Where:

f1эмэм) - функция, выражающая зависимость ρж от Рэм и Тэм;f 1 (R em , T em ) is a function expressing the dependence of ρ W on R em and T em ;

f2эмэм) - функция, выражающая зависимость ρг от Рэм и Тэм.f 2 (R em , T em ) is a function expressing the dependence of ρ g from R em and T em .

Величины коэффициентов λтp и ζм могут определяться по известным соотношениям (см., например, И.Е. Идельчик, «Справочник по гидравлическим сопротивлениям», 3-е издание, Москва, «Машиностроение», 1992, с. 10-11, 29-32). В частности, коэффициент λтp может определяться с учетом числа Рейнольдса (Re) как:The values of the coefficients λ tp and ζ m can be determined by known relations (see, for example, I.E. Idelchik, "Handbook of hydraulic resistance", 3rd edition, Moscow, "Engineering", 1992, pp. 10-11, 29-32). In particular, the coefficient λ tp can be determined taking into account the Reynolds number (Re) as:

λтp=64/Re.λ mp = 64 / Re.

Измерительная система для определения истинного объемного газосодержания работает следующим образом.The measuring system for determining the true volumetric gas content is as follows.

Вычислительный блок 4 считывает информацию с устройства 5 для измерения объемного расхода, средства 3 измерения давления и температуры, и датчика 6 перепада давления. Производится обработка полученной информации, например, в части компенсации инерционности средств измерения и осреднения результатов на заданном интервале времени, рассчитываются величины плотности масла и воздуха по заложенным в память электронного вычислительного блока 4 данным, и определяется значение истинного объемного газосодержания αэм по соотношению (1).The computing unit 4 reads information from the device 5 for measuring the volumetric flow rate, means 3 for measuring pressure and temperature, and the differential pressure sensor 6. The obtained information is processed, for example, in terms of compensating for the inertia of measuring instruments and averaging the results over a given time interval, the density of oil and air is calculated from the data stored in the memory of electronic computing unit 4, and the true volumetric gas content α em is determined by the relation (1) .

Далее с устройства 5 для измерения объемного расхода, средства 3 измерения давления и температуры, и датчика 6 перепада давления считываются новые значения параметров, и определяется новое значение αэм.Next, from the device 5 for measuring the volumetric flow rate, means 3 for measuring pressure and temperature, and the differential pressure sensor 6, new parameter values are read and a new value of α em is determined.

Как известно, характер течения в трубопроводах микропузырьковых газожидкостных сред, к которым относится и двухфазная масловоздушная эмульсия, ничем не отличается от характера течения однофазной жидкости (см., например, статью Б.В. Бошенятова «Гидродинамика микропузырьковых газожидкостных сред», известия ТПУ, 2005, т. 308, №6, с. 160). Следовательно, величина массового расхода может быть определена из формулы Дарси-Вейсбаха для расчета потерь давления из-за трения эмульсии о стенки трубопровода, которая после перехода от объемного расхода к массовому и учета потерь давления на местных сопротивлениях в трубопроводе имеет следующий вид:As is known, the nature of the flow in pipelines of microbubble gas-liquid media, which include a two-phase oil-air emulsion, is no different from the nature of the flow of a single-phase fluid (see, for example, the article by B.V. Boshenyatov “Hydrodynamics of microbubble gas-liquid media,” TPU news, 2005 , t. 308, No. 6, p. 160). Consequently, the mass flow rate can be determined from the Darcy-Weisbach formula for calculating pressure losses due to friction of the emulsion on the pipe wall, which, after switching from volume flow to mass flow and taking into account pressure losses at local resistances in the pipeline, has the following form:

Figure 00000004
Figure 00000004

где:Where:

Рэм.н и Рэм.к - величина давления соответственно на входе 2 и выходе 7 измерительного участка 1;P em.n and P em.k - pressure value at the input 2 and output 7 of the measuring section 1, respectively;

Gтp - величина массового расхода;G TP - the mass flow rate;

ρэм - плотность эмульсии на входе в участок 1 трубопровода;ρ em is the density of the emulsion at the inlet to section 1 of the pipeline;

Fтp - площадь проходного сечения измерительного участка 1 трубопровода, равная:F TP - the flow area of the measuring section 1 of the pipeline, equal to:

Fтр=πd2 тp/4.F mp = πd 2 mp / 4.

Соотношение (2) показывает, что величина Gтp может быть рассчитана по измеренной величине перепада ΔРизм давления в участке 1 трубопровода, равной разности величин давлений на его входе 2 и выходе 7, и характеристикам измерительного участка 1 (геометрическим данным и коэффициентам потерь).Equation (2) shows that the magnitude G TP can be calculated from the measured differential? P MOD pressure in the portion 1 of the pipeline, equal to the difference of pressure values at its input 2 and the output 7, and the characteristics measuring section 1 (geometric data and the loss factor).

Величина Gтp может быть также определена по измеренной величине объемного расхода Qизм и плотности ρэм эмульсии по соотношению:G TP size can also be determined from the measured volumetric flow Q and density ρ edited um emulsion by the relation:

Figure 00000005
Figure 00000005

Так как величина массового расхода одинакова для потока эмульсии в трубопроводе, то подставляя соотношение (3) в соотношение (2) получим следующее равенство:Since the mass flow rate is the same for the emulsion flow in the pipeline, substituting relation (3) into relation (2) we obtain the following equality:

Figure 00000006
Figure 00000006

откуда соотношение для расчета плотности эмульсии имеет вид:whence the ratio for calculating the density of the emulsion has the form:

Figure 00000007
Figure 00000007

причемmoreover

Figure 00000008
Figure 00000008

В соотношение (4) входят только известные характеристики трубопровода и измеренные значения перепада ΔРизм давления и объемного расхода Qизм.Relation (4) includes only the known characteristics of the pipeline and the measured values of the differential ΔP pressure measurement and volume flow rate Q measurement .

Подставляя в соотношение (4) известное выражение для плотности эмульсии:Substituting the known expression for the emulsion density into relation (4):

ρэм=(1-αэмжэмρг,ρ em = (1-α em ) ρ w + α em ρ g ,

получим соотношение:we get the ratio:

ρжт.трΔРизм/Qизмэмжг),ρ w -K t.tr MOD? P / Q = α edited umfg)

из которого получаем выражение для расчета величины объемного газосодержания:from which we obtain the expression for calculating the volumetric gas content:

αэм=(ρж- Кт.трΔРизм/Q2 изм)/(ρжг). um α = (ρ w - K t.tr MOD? P / Q 2 MOD) / (ρ wg).

Таким образом, используя измеренные объемный расход Qизм эмульсии и перепад ΔРизм давления в участке 1 трубопровода длиной lтр и диаметром dтр, а также рассчитанные текущие значения плотности ρж масла и плотности ρг воздуха можно рассчитать величину истинного объемного газосодержания αэм потока двухфазной масловоздушной эмульсии по соотношению (1).Thus, using the measured volumetric flow rate Q ISM emulsions and the differential pressure ΔP ISM pressure in section 1 of the pipeline with a length of l tr and a diameter of d tr , as well as the calculated current values of the density ρ l of oil and density ρ g of air, the true volumetric gas content α em flow can be calculated two-phase oil-air emulsion according to the ratio (1).

Соотношение (1) позволяет рассчитать величину истинного объемного газосодержания αэм прямым вычислением, что подтверждает решение заявленной технической проблемы с достижением технического результата - сокращение затрат времени на определение величины истинного объемного газосодержания в потоке двухфазной масловоздушной эмульсии посредством ее прямого вычисления в реальном времени.Relation (1) allows us to calculate the true volumetric gas content α em by direct calculation, which confirms the solution of the claimed technical problem with the achievement of the technical result — reducing the time spent on determining the true volumetric gas content in the flow of a two-phase oil-air emulsion through its direct calculation in real time.

Решение проблемы определения объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии особенно актуально для систем смазки газотурбинных двигателей (ГТД). В опорах ГТД образуется устойчивая масловоздушная эмульсия, которая откачивается насосами в маслобак (Гулиенко А.И. и др. Особенности рабочего процесса в масляной полости опор ротора газотурбинного двигателя // VI Международная НТК «Проблемы химмотологии: от эксперимента к математическим моделям высокого уровня». Сборник избранных докладов. - М.: «Граница», 2016, - с. 38-46). Информация о содержании воздуха в масловоздушной эмульсии позволяет достоверно рассчитать потери давления в тракте откачки, величину гидравлической мощности откачивающих насосов и другие параметры, на основании которых определяются диаметр трубопроводов, мощность электропривода для вращения насосов и др.The solution to the problem of determining the volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion flow is especially important for lubrication systems of gas turbine engines (GTE). A stable oil-air emulsion is formed in the bearings of the gas turbine engine, which is pumped into the oil tank by pumps (Gulienko A.I. et al. Features of the working process in the oil cavity of the supports of the rotor of a gas turbine engine // VI International NTK "Problems of chemical chemistry: from experiment to high-level mathematical models." Collection of selected reports. - M.: “Border”, 2016, - p. 38-46). Information on the air content in the oil-air emulsion allows you to reliably calculate the pressure loss in the pumping path, the hydraulic power of the pumping pumps and other parameters, based on which the diameter of the pipelines, the power of the electric drive for pump rotation, etc. are determined.

Предложенная измерительная система позволяет определять текущее мгновенное значение истинного объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии в трубопроводе на установившихся и переходных режимах, например, в тракте откачки масловоздушной эмульсии из опор роторов ГТД.The proposed measuring system makes it possible to determine the current instantaneous value of the true volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion flow in a pipeline at steady-state and transient conditions, for example, in the pumping path of an oil-air emulsion from the supports of a gas turbine rotor.

В качестве дополнительного технического результата при осуществлении заявленной измерительной системы также повышается точность и достоверность определения величины истинного объемного газосодержания αэм, поскольку прямое вычисление с учетом потерь давления на трение в отличие от метода последовательных вычислений гарантирует сходимость процесса расчета, например, при скачках давления в трубопроводе.As an additional technical result in the implementation of the claimed measurement system, the accuracy and reliability of determining the true volumetric gas content of α em also increases, since direct calculation, taking into account friction pressure losses, unlike the sequential calculation method, guarantees the convergence of the calculation process, for example, when pressure drops in the pipeline .

Claims (16)

Измерительная система для определения истинного объемного газосодержания потока двухфазной масловоздушной эмульсии в трубопроводе, включающая измерительный горизонтальный цилиндрический участок трубопровода, на входе которого установлено средство измерения давления Рэм и температуры Тэм масловоздушной эмульсии, и электронный вычислительный блок, электрически подключенный к средству измерения давления Рэм и температуры Тэм, отличающаяся тем, что дополнительно включает устройство для измерения объемного расхода, установленное на входе измерительного участка, и датчик перепада давления, установленный между входом и выходом измерительного участка, при этом электрические выходы устройства для измерения объемного расхода и датчика перепада давления подключены к электронному вычислительному блоку, а электронный вычислительный блок выполнен с возможностью расчета истинного объемного газосодержания двухфазной масловоздушной эмульсии по следующему соотношению:A measuring system for determining the true volumetric gas content of a two-phase oil-air emulsion flow in a pipeline, including a horizontal measuring cylindrical section of the pipeline, at the input of which there is a means for measuring pressure P em and temperature T em of an oil-air emulsion, and an electronic computing unit electrically connected to a pressure measuring instrument P em and temperature T em , characterized in that it further includes a device for measuring volumetric flow installed at the inlet of the measuring section, and a differential pressure sensor installed between the input and output of the measuring section, while the electrical outputs of the device for measuring the volumetric flow rate and the differential pressure sensor are connected to the electronic computing unit, and the electronic computing unit is configured to calculate the true volumetric gas content of the two-phase oil-air emulsions in the following ratio: αэм = (ρж - Кт.трΔPизм/Q2 изм)/(ρж - ρг), um α = (ρ w - K t.tr edited ΔP / Q 2 MOD) / (ρ f - ρ g) где:Where: αэм - истинное объемное газосодержание;α em - true volumetric gas content; ρж - плотность масла в масловоздушной эмульсии при измеренных Тэм и Рэм;ρ W - the density of the oil in the oil-air emulsion at the measured T em and R em ; Кт.тр - коэффициент, учитывающий потери давления в трубопроводе, м4;To ttr - coefficient taking into account the pressure loss in the pipeline, m 4 ; ΔРизм - измеренный перепад давления в потоке масловоздушной эмульсии между входом и выходом измерительного участка;ΔР ISM - the measured pressure drop in the flow of oil-air emulsion between the input and output of the measuring section; Qизм - измеренный объемный расход масловоздушной эмульсии;Q ISM - the measured volumetric flow rate of the air-oil emulsion; ρг - плотность воздуха в масловоздушной эмульсии при измеренных Тэм и Рэм, причем:ρ g - air density in the oil-air emulsion at the measured T em and R em , and:
Figure 00000009
Figure 00000009
где:Where: Fтp - площадь проходного сечения измерительного участка трубопровода;F TP - the area of the bore of the measuring section of the pipeline; λтр - коэффициент потерь на трение измерительного участка трубопровода;λ Tr - coefficient of friction loss of the measuring section of the pipeline; lтр - длина измерительного участка трубопровода;l Tr - the length of the measuring section of the pipeline; dтр - диаметр измерительного участка трубопровода;d Tr - the diameter of the measuring section of the pipeline; ζм - суммарный коэффициент местных потерь давления на измерительном участке трубопровода.ζ m - the total coefficient of local pressure loss in the measuring section of the pipeline.
RU2018113396A 2018-04-13 2018-04-13 Measuring system to determine the true volume gas content RU2680417C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113396A RU2680417C1 (en) 2018-04-13 2018-04-13 Measuring system to determine the true volume gas content

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018113396A RU2680417C1 (en) 2018-04-13 2018-04-13 Measuring system to determine the true volume gas content

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2680417C1 true RU2680417C1 (en) 2019-02-21

Family

ID=65479238

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018113396A RU2680417C1 (en) 2018-04-13 2018-04-13 Measuring system to determine the true volume gas content

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2680417C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4096745A (en) * 1976-02-13 1978-06-27 Ilya Yakovlevich Rivkin Method and apparatus for measuring mass flow rate of individual components of two-phase gas-liquid medium
SU1022002A1 (en) * 1982-01-11 1983-06-07 Особое Конструкторское Бюро Технической Кибернетики Ленинградского Ордена Ленина Политехнического Института Им.М.И.Калинина Method of measuring actual capacitive gas content in gas-liquid flows
RU2115116C1 (en) * 1994-07-08 1998-07-10 Уракаев Иван Михайлович Method controlling composition of gas mixtures and liquid media
US6847898B1 (en) * 2003-08-21 2005-01-25 Appleton Papers Inc. Real time determination of gas solubility and related parameters in manufacturing processes
RU152854U1 (en) * 2015-02-18 2015-06-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) DEVICE FOR MEASURING A TRUE VOLUME GAS CONTENT OF A GAS-LIQUID MIXTURE IN A PIPELINE NETWORK

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4096745A (en) * 1976-02-13 1978-06-27 Ilya Yakovlevich Rivkin Method and apparatus for measuring mass flow rate of individual components of two-phase gas-liquid medium
SU1022002A1 (en) * 1982-01-11 1983-06-07 Особое Конструкторское Бюро Технической Кибернетики Ленинградского Ордена Ленина Политехнического Института Им.М.И.Калинина Method of measuring actual capacitive gas content in gas-liquid flows
RU2115116C1 (en) * 1994-07-08 1998-07-10 Уракаев Иван Михайлович Method controlling composition of gas mixtures and liquid media
US6847898B1 (en) * 2003-08-21 2005-01-25 Appleton Papers Inc. Real time determination of gas solubility and related parameters in manufacturing processes
RU152854U1 (en) * 2015-02-18 2015-06-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) DEVICE FOR MEASURING A TRUE VOLUME GAS CONTENT OF A GAS-LIQUID MIXTURE IN A PIPELINE NETWORK

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2790260B2 (en) Apparatus and method for measuring the flow of a two or three phase fluid using one or more momentum and one volume flow meter
Zhou et al. Investigation of hydraulic transients of two entrapped air pockets in a water pipeline
Chorążewski et al. Thermophysical properties of Normafluid (ISO 4113) over wide pressure and temperature ranges
US5001924A (en) Volumetric measurement of tank volume
US20220373376A1 (en) Estimating flow rate at a pump
MX2013013690A (en) Method and apparatus for determining and controlling a static fluid pressure through a vibrating meter.
JP2011515689A (en) Real-time measurement system for instantaneous fluid flow
Rosa et al. Analysis of slug tracking model for gas–liquid flows in a pipe
Mohtar et al. Describing uncertainties encountered during laboratory turbocharger compressor tests
Chaiko et al. Models for analysis of water hammer in piping with entrapped air
Ferrari et al. Optimization of an algorithm for the measurement of unsteady flow-rates in high-pressure pipelines and application of a newly designed flowmeter to volumetric pump analysis
JP4980073B2 (en) Unsteady flow meter
Rundo et al. Lumped parameter and three-dimensional computational fluid dynamics simulation of a variable displacement vane pump for engine lubrication
Guo et al. Thermal diffusion response to gas–liquid slug flow and its application in measurement
RU2680417C1 (en) Measuring system to determine the true volume gas content
Calcatelli et al. The IMGC-CNR flowmeter for automatic measurements of low-range gas flows
RU2680416C1 (en) Method for determining true volume gas content
RU2661777C1 (en) Method for measuring the production rate of a gas well
Manring Measuring pump efficiency: uncertainty considerations
Svete et al. Development of a liquid-flow pulsator
Barbarelli et al. Zero-dimensional model and pressure data analysis of a variable-displacement lubricating vane pump
Muhammed et al. Vibration modeling and experimental results of two-phase twin-screw pump
Stuppioni et al. Experimental and numerical characterization of the under-vane pressure in balanced vane pumps
Donovan Jr et al. Experimental correlations to predict fluid resistance for simple pulsatile laminar flow of incompressible fluids in rigid tubes
EP3322962B1 (en) Method for the measurement of an unsteady liquid flow rate, in particular of a high pressure liquid flow

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804