Способ непрерывного измерения плотности жидкостей и устройство для его осуществления

(51)4 С 01 Н ЗОБРЕТЕН ВИДЕТЕЛЬСТ ТОРСКОМ нологицес.Идиятуллин,ов,еры. - М,виде оиз 198 ЗМЕРЕНИЯОЙСТВО ДЛЯ бласт хники итоматичести жидкос мульсии ия - соке точносГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54) СПОСОБ НЕПРЕРЫВНОГО И ПЛОТНОСТИ ЖИДКОСТЕЙ И УСТР ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится контрольно-измерительной т может найти применение в а ких линиях контроля плотно тей, склонных к разделению и суспензий. Цель иэобрете ращение времени и увеличен ти измерения. Жидкость вводят в проточный измерительный сосуд, выполнен", ный в виде тела вращения и закручивают с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда. При таком течении жидкость последовательно вытесняется из сосуда, не смешиваясьво всем объеме. При отводе жидкости иэ зоны разрежения вихря ее взвешивают. Устройство содержит проточный измерительный сосуд, выполненный в тела вращения, соединенного с вес мерительной системой, Время запаздывания в измерительном сосуде уменьша" ется и уменьшается время измерения. Сосуд имеет тангенциальный патрубок ввода, соединенный с подводящим патрубком, и аксиальный патрубок отвода, соединенный с отводящим патрубком. Сосуд выполнен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, а вдоль оси поворота проточного измерительното сосуда установлены гибкие элементы. 2 с.п. Ф-лы, 3 ил., 1 табл.1260738 йплотности собираются в зоне разрежения вихря вдоль ее оси и, находясьво взвешенном состоянии, отводятсяиэ сосуда.Способ осуществляется с помощьюустройства (см. фиг. 1), содержащего проточный измерительный сосуд 1,выполненный в виде двух конусов, соединенных основаниями, вершины котоО рых направлены в противоположные стороны, подводящий патрубок тангенци - ального ввода 2 жидкости, установа ленный касательно к поверхности тела е- вращения в плоскости, перпендикуляр 5 ной к его вертикальной оси симметрии,патрубки аксиального отвода 3, установленные, на вершине конусов, неподвижные подвоцящие и отводящие (4 и 5)патрубки, горизонтальную ось поворо 2 О та 6 на шарикоподшипниковых опорах7, трубчатые гибкие элементы 8, ус(тановленные вдоль оси поворота, весоизмерительную систему 9.Способ поясняет .я кривыми зависи 25 мости показаний прибора от времени(фиг. 2), где 10 - экспериментальная кривая (осциллограмма), теоретические зависимости, 11 - при условииотсутствия перемешивания, 12 - приусловии полного перемешивания жидкости в измерительном сосуде. 5 О Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в автоматических линиях определения и контроля плотности жидкостиа также склонных к разделению эмульсий и суспензий.Цель изобретения - сокращение времени и увеличение точности измеренияплотности жидкостей,На фиг, 1 данапринципиальная схема устройства для непрерывного изме,рения плотности жидкостей; на фиг.кривые зависимости показаний приборот времени при скачкообразном изменнии плотности измеряемой жидкости,характеризующие транспортное запаздывание; на фиг. 3 - график зависимости показаний прибора от плотности (объемной концентрации) водонефтяной эмульсии.При реализации предлагаемого способа в проточном измерительном сосуде, выполненном в виде тела вращения, создается упорядоченное течени:динамически вращающейся жидкости -течение с одним плоским вихрем.При таком течении жидкость последовательно вытесняется иэ сосуда отподводящего патрубка к отводящим, нсмешиваясь во всем объеме с вновьпоступающей жидкостью. Частичное смешивание происходит лишь в зоне вводажидкости.Благодаря этому, в случае измерения плотности жидкости изменяющегося состава, уменьшается время транспортного запаздывания жидкости визмерительном сосуде, следовательно,соответственно сокращается время измерения и увеличивается точность измерения вследствие уменьшения динамической погрешности.При протекании жидкости через сосуд переменного сечения с образованием плоского вихря не возникают зоны застоя жидкости, что также приводит к уменьшению динамической погрешности и увеличению точности измерения. В динамически вращающейся жидкости благодаря подсасывающему действию вихря не происходит осаждение разделяющихся компонентов гетерогенной жидкости на дно и стенки сосуда. Компоненты жидкости, имеющие фазовую границу раздела (газовые пузырьки, капли не смешивающейся жидкости, твердые частицы), независимо от их Устройство работает следующим образом.Измеряемая жидкость подается через патрубок тангенциального ввода 2 в измерительный сосуд 1 до полного заполнения. Для этого необходимо создание напора жидкости у открытого коица этого патрубка не менее Рр яН при условии д2 Й, , где Н - высота сосуда; р - плотность жидкости;ускорение силы тяжести; Й - диаметр патрубка ввода; й, - диаметр патрубка отвода Э. При скорости подачи жидкости 715 10 м /с и ее вязкости-6менее 150 сСт жидкость в сосуде изэа тангенциального ввода закручивается с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда. При приближении к оси вихря угловые скорости вращения жидкости увеличиваются и давление уменьшается (подсасывающее действие вихря), поэтому разделяющиеся компоненты жидкости независимо от их плотности собираются в зоне пониженного давления вдоль оси вихря, находясь во взвешенном состоянии, иотводятся потоком динамически вращающейся жидкости к патрубкам 3.Благодаря этому предотвращается осаждение компонентов жидкости на дно и стенки сосуда. 5Динамическое вращение жидкости в измерительном сосуде, уменьшая смешивание, обеспечивает также ее после,довательное удаление из сосуда. За счет этого уменьшается время тран О спортного запаздывания жидкости в сосуде.При изменении плотности контролируемой жидкости нарушается равновесие между силой тяжести и уравновешиваю щей силой и измерительный сосуд, благодаря гибким элементам 8, поворачивается вокруг горизонтальной оси 6Весоизмерительная система 9 восстанавливает нарушенное равновесие и выда ет информацию в виде унифицированного электрического сигнала.Преимущества данного способа и устройства иллюстрируются приведенными ниже конкретными примерами осуще ствления устройства и способа.Был изготовлен лабораторный вариант устройства. Измерительный сосуд 1 объемом 75 10 м выполнен из листовой нержавеющей стали толщиной сте- З 0 нок 0,27 10 м, высотой 55 1(г м и максимальным диаметром 72 10 м. Подводящий 2 и отводящие патрубки 3 выполнены из тонкостенной (толщина стенок 0,3 1 О м) стальной трубки с внешними диаметрами соответственно358 10 м и ф 4 10 м. В качестве гибких элементов 8 использованы сиз ликоновые трубки длиной 20 10 м с внешним диаметром Ф 910 м и толщиз 40 ной стенок 1,5 10 м.Горизонтальная ось поворота 6, изготовленная из стальной проволоки-эдиаметром Ф 1 10 м, опирается на ;шарикоподшипниковую опору 7 диаметром ф 4 10 . Длина подвижной части от оси поворота 6 до центра тяжести измерительного сосуда составляет 100 ф 10 м. П р и м е р 1. Проводилось срав нение экспериментального времени транспортного запаздывания с теоретически возможными. Оценку экспериментального времени транспортного за" паздывания производили следующим об- р разом.Через измерительный сосуд плотно- мера, предварительно полностью заполненный насыщенным раствором поваренной соли ИаС 1, начинали прокачивать дистиллированную воду. Температура раствора и воды составлялао20 + 0,1 С, скорость прокачки Г15 10 м /с, начальное содержание соли в сосуде было А = 23,791810 кг.Содержание соли в сосуде с течением времени определяли по показани" ям плотномера, записанным на экране низкочастотного запоминающего осциллографа С 8-1. Погрешность плотномера, предварительно отградуированного в единицах плотности с помощью стеклянного пикнометра объемом 50 10 м, не превышала + 0,17 диапазона измерений 800-1200 кг/мз.Время транспортного запаздывания оценивали как время релаксации, за которое начальное количество соли убывало в =2,72 раза.Из приведенных графиков и осцилло" грамм на фиг. 2 видно, что экспериментальное время запаздывания с=5 с, что близко к теоретически возможному,равному= 4,4 с, и отличается оттеоретически возможного, равного й = 6,7 с.Полученный результат позволяет сделать заключение, что в спи .анном способе время транспортного запаздывания жидкости в измерительном сосу" де уменьшается за счет неполного смешивания жидкости в потОке динамически вращающейся жидкости. Следовательно, соответственно сокращается и время измерения плотности жидкости.П р и м е р 2. Условия проведения опыта такие же, как и в примере 1. В качестве измеряемой жидкостирали водонефтяную эмульсию, пригоовленную из нефти плотностью /2 = = 8900 кг/м с добавлением дистиллированной воды. Эмульсия нужной концентрации готовилась с помощью лабораторной мешалки перемешиванием шес-, теренчатым насосом ФА. 5.883,013 при 3000 об./мин в течение 3 мин.Вода и нефть для приготовления эмульсии различной концентрации отбирались медицинским шприцем на 30 й 10 м с точностью + 0,1 Ж, Для уменьшения вязкости эмульсии, начиная с 30 Х, добавляется деэмульгатор "Диссольван" (653-ный раствор в метиловом спирте) из расчета 210 кг на 20010 м эмульсии.-110, кг/м 998,2 998, 1 998, 1 998, 1 998,1 998,3 998,312607Изучалась зависимость показаний плотномера от концентрации водонефтяной эмульсии.Линейность графика зависимос.и (фиг. 3) плотности от концентрации водонефтяной эмульсии во всей области концентрации доказывает отсутствие осаждения ее компонентов на дно и стенки сосуда.П р и м е р 3. Условия проведения 10 опыта такие же, как и в примере 1. В Как видно из таблицы, воспроизводимость результатов измерения плот С ности при изменении скорости прокачки от 0 до 30 10 мз /с находится в пре(делах + 2 10 кг/м, что свидетельствует о пренебрежимо малом моменте сил деформаций гибких элементов предлагаемого устройства относительно оси поворота измерительного сосуда.ФМалая погрешность + 2 10 кг/м, вносимая моментом сил деформаций гибких элементов, обеспечивает точность 30 измерения плотности данным устройством до + 0,17 формула изобретения35 1. Способ непрерывного измерения плотности жидкостей, включающий ввод жидкости в проточный измерительный сосуд, взвешивание ее и отвод, о тл и н а ю щ и й с я тем, что, с це ью сокращения времени и увеличения очности измерения, жидкость подают в сосуд, выполненный в виде тела 38 Фкачестве измеряемой жидкости брали цистиллированную воду. Изучалось влияние сил деформаций гибких элементов на показания плотно- мера при различных скоростях прокачки жидкости через измерительный сосуд. Необходимая скорость прокачки устанавливалась изменением числа оборотов электродвигателя насоса. Полученные результаты сведены в таблицу. вращения и закручивают с образованием плоского вихря вдоль оси симметрии сосуда, а процесс взвешивания производят при отводе жидкости иэ зоны разрежения вихря.2. Устройство для непрерывного измерения плотности жидкостей, содержащее проточный измерительный сосуд, выполненный в виде тела вращения и соединенный с весоизмерительной системой, подводящий и отводящий патрубки и гибкие элементы, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью сокращения времени и увеличения точности измерения, проточный измерительный сосуд снабжен тангенциальным патрубком ввода, соединенным с подводящим патрубком, и аксиальными патрубками отвода, соединенными с отводящим патрубком, причем проточный измерительный сосуд выполнен с возможностью поворота вокруг горизонтальной оси, а гибкие элементы установлены вдоль оси поворота проточного измерительного сосуда.1260738 900 0 Редактор М. Товти ираж 778 аказ 5218/3 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035,. Москва, Ж-)5, Раушская наб., д. 4/5 оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ИОЮ