DE3447656C2

DE3447656C2 -

Info

Publication number: DE3447656C2
Application number: DE3447656A
Authority: DE
Inventors: Marcel Arnaudeau; Philipe Paris Fr Rousset
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1983-12-30
Filing date: 1984-12-28
Publication date: 1989-02-16
Also published as: IT1179901B; JPH0560046B2; NL192543B; GB8432800D0; IT8468289A0; NO845289L; US4817439A; NO159881C; NO159881B; NL192543C; NL8403966A; AU573669B2; JPS60227127A; ES8701378A1; BE901408A; ES539531A0; WO1990007100A1; AU3724685A; GB2152213B; GB2152213A

Description

Aus DE-A-27 50 715 ist eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung bekannt, bei der ein eine flüssige und eine gasförmige Phase enthaltendes Zweiphasenfluid einen schleifenförmigen Kanal durchströmt, wobei in der Schleife auftretende Zentrifugalkräfte zu einer koaxialen Schichtung der Strömung mit einer äußeren flüssigen Schicht und einer inneren gasförmigen Schicht führen. In der auf diese Weise separierten Strömung lassen sich durch Druck- und Dichtemessungen Durchsatzparameter der beiden Phasen bestimmen.

Da bei der bekannten Vorrichtung die die Trennung der beiden Phasen bewirkenden Zentrifugalkräfte durch die Strömung des Fluids selbst hervorgerufen werden, ist die Genauigkeit der Messung von der Strömungsgeschwindigkeit abhängig. Für geringe Strömungsgeschwindigkeiten ist die Vorrichtung unbrauchbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine genaue Messung von Durchsatzparametern eines Zweiphasenfluids unabhängig von der Strömungsgeschwindigkeit zu ermöglichen.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 angegeben. Danach wird das Fluid nicht durch seine eigene Strömungsgeschwindigkeit, sondern durch einen davon unabhängig angetriebene, von dem Fluid durchströmten Rotor in seine beiden Phasen getrennt, und die Messung von Dicke und Strömungsgeschwindigkeit der äußeren flüssigen Schicht erfolgt hinter dem Rotorauslaß.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachstehend wird eine besondere Ausführungsform der Erfindung als nicht erschöpfendes Beispiel anhand der Zeichnung beschrieben, in welcher wie folgt zeigt:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung im Achsschnitt,

Fig. 2 eine Ansicht, ebenfalls im Achsschnitt, jedoch in größerem Maßstab, des Meßbereiches dieser Vorrichtung,

Fig. 3 eine Ansicht im Schnitt entlang der Strecke III-III aus Fig. 2,

Fig. 4 die Veränderung der Dicke der Flüssigkeitsschicht einer koaxialen Zweiphasenströmung je nach Mengenverhältnis von gasförmiger zur flüssigen Phase bei verschiedenen Drehzahlen und konstanter Flüssigkeitsdurchflußmenge,

Fig. 5 die Veränderung dieser selben Dicke je nach Mengenverhältnis bei verschiedenen Durchflußmengen der flüssigen Phase und konstanter Drehzahl,

Fig. 6 die Veränderung der Geschwindigkeit der flüssigen Phase je nach Mengenverhältnis bei verschiedenen Durchflußmengen der flüssigen Phase und konstanter Drehzahl,

Fig. 7 die Veränderung der Geschwindigkeit der flüssigen Phase je nach Mengenverhältnis bei verschiedenen Drehzahlen und konstanter Flüssigkeitsdurchflußmenge.

Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellte Meßvorrichtung enthält einen festen röhrenförmigen Außenbehälter 1, in dessen Innerem koaxial ein röhrenförmiger Innenbehälter 2 angebracht ist, welcher durch einen Motor 3 mit veränderlicher Drehzahl über eine Welle 4 in Drehbewegung gebracht werden kann.

Am Eingang der Vorrichtung ist eine von einer Pumpe 6 gespeiste Vorrichtung zur Flüssigkeitseinspritzung 5 vorgesehen. Die Meßkammer 7 befindet sich gleich im Abfluß des Innenbehälters 2, auf die Meßkammer folgt ein Durchflußregler 8 jeglichen bekannten Typs, der sich seinerseits vor dem Ausgang 9 der Vorrichtung befindet.

Die jeweiligen Meßwandler eines Doppler-Senders 10 und eines entsprechenden Empfängers 11 sind in der Meßkammer 7 entlang einer Mantellinie des röhrenförmigen Außenbehälters 1 angeordnet.

Eine Gammastrahlungsquelle 12 und die entsprechenden Empfänger 13 sind in derselben, zur Welle 4 senkrechten Ebene angeordnet.

Die Ein- und Ausgänge der Meßmittel 10, 11, 12 und 13 sind an eine Verarbeitungseinheit 14 angeschlossen, die ebenfalls den Betrieb der Pumpe 6 und des Motors 3 mit veränderlicher Drehzahl steuert.

Im Betrieb löst der Motor 3 durch den Antrieb des röhrenförmigen Behälters 2 die Drehbewegung des in die Vorrichtung dringenden Zweiphasenfluids aus, so daß dieses am Ausgang des Behälters in Form einer inneren röhrenförmigen Gasströmung 15 und einer äußeren röhrenförmigen Flüssigkeitsströmung 16 auftritt. Die Gasströmung hat eine Achsgeschwindigkeit V _G, und die Flüssigkeitsströmung hat eine Achsgeschwindigkeit V _L:

Die Geschwindigkeit V _L wird direkt vom Doppler- System 10, 11 ermittelt, wohingegen die Dicke e der flüssigen Schicht von der Verarbeitungseinheit 14 mit Hilfe der von den Empfängern 13 gelieferten Signale ermittelt wird. Die Gammastrahlung wird tatsächlich im wesentlichen von der flüssigen Phase absorbiert, so daß diese Signale für die Dicke e repräsentativ sind.

Bekanntermaßen sind bei einer gegebenen Geometrie der Vorrichtung, bei einer gegebenen Drehgeschwindigkeit des Behälters 2 und bei einer bestimmten zweiphasigen Durchflußmenge und einem bestimmten Mengenverhältnis die Dicke e der Flüssigkeitsschicht sowie die Geschwindigkeiten V _G und V _L einer jeden Phase definiert.

Daher können die Volumen und Massen der Durchflußmengen sowie die tatsächlichen Mengenverhältnisse unter Berücksichtigung der Gleitgeschwindigkeiten der Phasen anhand der Dicken der Schichten und ihrer Geschwindigkeiten durch Vergleich mit vorher bestimmten Modellen ermittelt werden.

Fig. 4 bis 7 zeigen Beispiele derartiger Beziehungen von Dicke e und Geschwindigkeit V _L einerseits zu dem Mengenverhältnis (GOR ) andererseits.

Tatsächlich wurde die Dicke der Flüssigkeitsschicht in diesen Schaubildern auf die dimensionslose Größe gebracht, wobei Re der Innenradius des Behälters 1 und Ri der Außenradius der Welle 4 ist.

Aus diesen Kurven ist ersichtlich, daß man, wenn man die Dicke e der Flüssigkeitsschicht und ihre Achsgeschwindigkeit V _L sowie die Drehzahl ω des Motors 3 kennt, daraus zuerst das Mengenverhältnis GOR und dann die Flüssigkeitsmenge Q _L ableiten kann, mit welcher sich dann die Gasmenge errechnen läßt.

Für den Fall, daß das Mengenverhältnis zu groß ist, das heißt, daß die Dicke e zu klein ist, um eine gültige Messung mit Hilfe der Empfänger 13 durchführen zu können, dann kann die Verarbeitungseinheit 14 den Betrieb der Pumpe 6 steuern, das heißt, die Durchflußmenge Q _L erhöhen, wodurch die Dicke e, wie sich aus Fig. 5 ergibt, vergrößert wird. Die Einheit 14 kann ebenfalls eine Reduzierung der Drehgeschwindigkeit steuern, was auf die Dicke e, wie sich aus Fig. 4 ergibt, die gleiche Auswirkung hat. Aus den so erhaltenen neuen Werten e und V _L kann man das Mengenverhältnis und die geänderte Flüssigkeitsmenge ableiten, und da der Unterschied der Drehgeschwindigkeiten oder der Flüssigkeitsmenge vor und nach der Änderung bekannt ist, kann man die Dicke e und die Geschwindigkeit V _L vor der Änderung ableiten.

In der Praxis werden die Messungen mit einer definierten Häufigkeit durchgeführt, und jede bedeutende Abweichung der momentanen Meßwerte von den mittleren, früher ermittelten Meßwerten bewirkt das Auslösen der Pumpe 6, wodurch die Flüssigkeitsdurchflußmenge erhöht oder die Drehzahl des Motors 3 geändert wird, so daß eine genaue Messung erfolgt.

Claims

1. Zweiphasen-Strömungsmeßgerät mit einer Einrichtung (2), die durch Zentrifugalkrafteinwirkung eine koaxial geschichtete Strömung des Zweiphasen-Fluids mit einer äußeren flüssigen Schicht und einer inneren gasförmigen Schicht erzeugt, sowie Einrichtungen (10 . . . 13) zur Messung von Durchsatzparametern, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung der koaxial geschichteten Strömung einen in einem stationären rohrförmigen Gehäuse (1) gelagerten rohrförmigen, von dem Fluid durchströmten und unabhängig von diesem angetriebenen Rotor (2) aufweist und daß in dem Gehäuse (1) hinter dem Auslaß des Rotors (2) eine Einrichtung (12, 13) zur Messung der Dicke (e) der flüssigen Schicht und eine Einrichtung (10, 11) zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit (V _L) der flüssigen Schicht angeordnet sind.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Dickenmessung eine Gammastrahlungsquelle (12) und eine Anzahl von dieser gegenüber angeordneten Gammastrahlungsempfängern (13) aufweist.

3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (10, 11) zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit nach dem Dopplereffekt arbeitet.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (5, 6) zur Zuführung einer zusätzlichen geregelten Flüssigkeitsmenge, insbesondere Wasser, am Zulauf des Rotors (2).

5. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) von einem Elektromotor (3) mit steuerbarer Drehzahl angetrieben ist.