Устройство для измерения оптических характеристик многофазного потока исследуемого вещества Советский патент 1984 года по МПК G01N21/05 

О 01

00. SI

Изобретение относится к измерителной технике и может быть использовано для измерения оптических характеристик высокотурбулентного или пульсирующего многофазного потока исследуемого вещества.

Известно устройство для измерения оптических характеристик многофазного потока, в котором для защиты от загрязнения оптических деталей применяются защитные перегородки 13

К недостаткам данного устройства относится то, что для высокоскоростных потоков не удается создать систему перегородки, препятствующую загрязнению прозрачных деталей устройства.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее корпус с входными штуцерами, трубопровод с исследуемым потоком, -источник излучения, расположенные по ходу излучения линзы, герметично вмонтированные в корпус, смотровые трубы, расположенные по обе стороны трубопровода, приемник излучения и регулятор расхода защитного газа, который подается в смотровые трубы устройства перед линзами, причем размеры смотровых труб взаимосвязаны с размерами канала соотношением ,lt3 , Е vlOci, где о1к - гидравлический диаметр канала, сЗ и - диаметр и длина смотровых труб соответственно 2.

Однако известное устройство не позволяет проводить измерения в пульсирующих или высокотурбулентных потоках ввиду невозможности изменения расхода защитного газа, соответствующего серии быстрочередующихся возмущений. Инерционность системы регулирования расхода, обусловленная в основном наличием протяженных магистралей и механических узлов, приводит к тому, что на высокочастотные пульсации система регулирования не откликается, что ведет к загрязнению линз устройства. При низкочастотных колебаниях система защитного газа завышает расход газа, что снижает достоверность измерений.

Цель изобретения - повышение точ ности измерений в пульсирующих пото ках.

Поставленная цель достигается тем что устройство для измерения оптических характеристик многофазного потока исследуемого вещества, содержащее корпус с входными штуцерами, трубопровод с исследуемым потоком, источник излучения, расположенные по ххэду излучения линзы, герметично вмотированные в корпус, смотровые трубы расположенные по обе стороны трубопровода, и приемник излучения, снабжено дренажными трубками, один торец

которых расположен на одной оси с осью входного штуцера и герметично соединен с корпусом, а другой торец соединен с трубопроводом перед смотровыми трубами по ходу исследуемого потока На фиксированном расстоянии х от торца смотровых труб, определяемом из соотношений

o, f

где -, - длина смотровой трубы; 2 - длина дренажной трубы.

При этом дренажные трубы выполнены с диаметром, большим диаметра сморовых труб не более чем в два раза.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

На схеме показаны трубопровод 1, смотровые трубы 2 с полированными изнутри стенками, фокусирующая линза 3 корпус 4, дренажная трубка 5, выполненная с микттмальной длиной благодаря отсутствию прямых углов при сгибах, штуцер б для подвода защитного газа и приемник 7 излучения. Диаметр дренажной трубки 5 больше диаметра смотровых труб 2 в полтора раза. При диаметре дренажной трубки 5 меньшем, чем диаметр смотровой трубы 2, не обеспечивается существенное изменение расхода в смотровой трубе 2 при изменении перепада давлений на дренажной трубке 5 из-за нарастания пульсационной составляющей давления в потоке.

Если диаметр дренажной трубки 5 больше диаметра смотровой трубы 2 более чем в два раза, то уменьшается достоверность из-за существенного возмущения в потоке, вносимого защитным газом. Диаметр штуцера 6 больше диаметра дренажной трубки 5.

Устройство работает следующим образом.

Измерения оптических характеристик начинают с подачи защитного газа в корпус 4, оптический прозрачный газ проходит через каналы смотровых труб 2 и дренажных трубок 5, при этом линзы очищаются от загрязнений благодаря установке торца дренажной трубки над линзами 3. Необходимый минимальный расход газа при этом соответствует постоянному значению степени ослабления прошедшего через поток излучения на стационарном режиме без пульсаций. При возникновении пульсаций, например, вследствие существенного увеличения скорости течения потока изменяется расход в дренажной трубке из-за появления пульсационной составляющей давления в потоке. Расход защитного газа в дренажной трубке 5 и, смотровой трубе 2 также становится пульсирующим. Однако вследствие того, что пульсации вначале воспринимаются дренажной трубкой 5, установленной перед смотровой трубой 2, появляется сдвиг фаз в пульсационных расходах в дренажной трубке 5 и смотровой трубе 2. В основном это обусловлено выбором расстояния X между торцами дренажной трубки 5 и смотровой 2 в соответствии с неравенством X г i / при котором за счет меньшей скорости распространения возмущений по двухфазному пото ку относительно однофазного время прохождения возмущений по потоку на расстоянии X и по смотровой трубе длиной С к линзе 3 оказывается большим времени прохождения возмущения по защитному газу в канале дренажной трубки 5 длиной 1-2 По этой причине при возрастании пульсационного давления на торце дренажной трубки 5 происходит уменьшение расхода по дренажной трубке из-за умень шения перепада давления в ней, но увеличение расхода в смотровых трубах 2 из-за -увеличения давления в корпусе устройства. Однако при расстояниях X между торцами смотровой трубы 2 и дренажной трубки 5 больших чем диаметр канала, нарушается корр ляция между пульсациями, а при расстоянии меньшем, чем 0,1, возмущени вносимые расходом газа через дренаж ную трубку 5, уменьшают достоверность измерения. Наилучшие результа ты по обеспечению режима саморегули рования достигаются выбором типа защитного газа, в котором скорость распространения возмущений наибольшая, например гелия. Расстояние между торцами смотров и дренажной труб и их длинами выбра из условия.обеспечения отдува потоком защитного газа частицей линзы корпуса. Причем защита обеспечивается от мощной, но с малым периодом существования в потоке флуктуации скорости потока. Так как время жизни такой пульса ции ограничено, то необходимо, чтоб за это время уменьшился расход защи ного газа только в дренажной трубке но увеличился в смотровой трубе. Увеличение расхода в смотровой труб происходит путем увеличения давлени в корпусе устройства при импульсном повышении давления на торце дренажной трубы при появлении флуктуации скорости. Первое неравенство требуе выполнения дренажной трубки длиной 2 I меньшей длины смотровой трубы, суммированной с расстоянием между их торцами. При этом за время возмущений возмущакяцее воздействие достигает корпуса по дренажной трубе, а не по смотровой. Давление в корпусе над линзой првылается, что вызывает увеличение расхода в смотровой трубе. Такое положение обосновывается и тем, что скорость распространения возмущений в потоке с частицами на длине X значительно меньше скорости в чистом газе. Второе неравенство : обусловлено тем, что при расстоянии между торцами труб х меньшем, чем 0,1 длины смотровой трубы, ЗсЦЦИТНЫЙ газ возмущает поток в месте измерения. С другой стороны, для расстояния X большем, чем длина смотровой трубы, увеличивается вероятность возникновения пульсации только на этом промежутке канала. При этом скоростной импульс взаимодействует с защитным газом, истекающим из смотровой трубы, и не влияет на расход через , дренажную трубку, что влечет за собой осаждение частиц на линзы и уменьшение точности замера. Диаметр дренажной трубки выполнен большим, чем диаметр смотровых труб, с целью создания значительного усиления эффекта увеличения расхода через смотровые трубы при блокировании расхода через дренаж высокоскоростной пульсацией. Однако увеличение диаметра дренажной трубки более чем в два раза, ведущее к увеличению расхода защитного газа, не уменьшает степень очистки линз, а увеличивает возмущения во всем потоке. Устройство не требует сложных дорогойтоящих приспособлений и механизмов для обеспечения высокой эффективности. Оно позволяет контролировать и организовывать с большой эффективностью рабочий процесс в аппаратах, использующих в качестве топлива или добавки многофазную среду. Как известно, в большинстве случаев как nt oцесс тепломассообмена, так и гидродинамические явления, такие, например, как осаждение или псевдоожижение, зависят от размера частиц. Предлагаемое устройство характеризуется надежностью и увеличенным сроком службы измерительных оптических устройств.

Коллимированное

UJflyuBHUt

Защитный газ

Защитный

10д

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МНОГОФАЗНОГО ПОТОКА ИССЛЕДУЕМОГО ВЕЩЕСТВА, содержащее корпус с входными штуцереили, трубопровод с исследуемым потоком, источник излучения, расположенные по ходу излучения линзы, герметично вмонтированйые в корпус, смотровые трубы. расположенные по ове стороны трубопровода, и приемник излучения, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений в пульсирующих потоках, оно снабжено дренажными трубками, один торец которых расположен на одной оси с осью входного штуцера и герметично соединен с корпусом, а другой торец соединен с трубопроводом перед смотровыми трубами по ходу исследуемого потока на фиксированном расстоянии х от торца смотровых труб, определяемом из соотнесений o, VH где €,- длина смотровой трубы tjj длина дренажной трубы. 2. Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что дренажные трубы выполнены с диаметром, большим диг1метрэ смотровых труб не более чем в два раза.