RU2653577C2 - Способ и устройство определения давления растворенных газов в жидкости - Google Patents
Способ и устройство определения давления растворенных газов в жидкости Download PDFInfo
- Publication number
- RU2653577C2 RU2653577C2 RU2016126348A RU2016126348A RU2653577C2 RU 2653577 C2 RU2653577 C2 RU 2653577C2 RU 2016126348 A RU2016126348 A RU 2016126348A RU 2016126348 A RU2016126348 A RU 2016126348A RU 2653577 C2 RU2653577 C2 RU 2653577C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- liquid
- cylindrical body
- cavitation bubble
- cylinder
- Prior art date
Links
- 239000007789 gas Substances 0.000 title claims abstract description 57
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 24
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 9
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004519 grease Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N7/00—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour
- G01N7/14—Analysing materials by measuring the pressure or volume of a gas or vapour by allowing the material to emit a gas or vapour, e.g. water vapour, and measuring a pressure or volume difference
Landscapes
- 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)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения физико-химических свойств жидкостей. Предлагается способ определения давления растворенных газов в жидкости посредством измерения давления газа в стационарном кавитационном пузырьке. Стационарный кавитационный пузырек возникает в жидкости с растворенным газом в расширяющейся области потока при движении цилиндрического тела вдоль стенки с малым зазором. Проведенные эксперименты показали, что стационарный кавитационный пузырек возникает на некотором угловом расстоянии по окружности цилиндра за линией минимального зазора между цилиндром и движущейся стенкой и прилегает к поверхности цилиндра. Для измерения давления в кавитационном пузырьке в цилиндре имеется отверстие диаметром 0.5 мм, через которое определяется давление в стационарном кавитационном пузырьке. При этом отверстие в цилиндре должно быть смещено за линию минимального зазора. Проведенные эксперименты показали, что давление в кавитационном пузырьке не зависит от величины зазора и характеризует давление растворенных газов в жидкости. Технический результат – повышение точности получаемых данных. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к классу устройств для определения физико-химических свойств жидкостей, а именно для определения давления растворенных газов в жидкости, и может быть использовано для оценки мощности газовыделения при разработке нефтяных месторождений. Знание давления растворенных газов позволяет сделать прогноз электрической прочности трансформаторного масла, используемого на электроподстанциях. Изобретение может быть использовано в широких областях техники, где применяется смазка.
Уровень техники
Давление растворенных газов определяется концентрацией растворенных газов в жидкости и зависит от свойства жидкости адсорбировать газы, а также температуры и внешнего давления. Из уровня техники известны различные способы определения концентрации газа в жидкости, однако не выявлено источников информации, описывающих способ измерения давления растворенных газов посредством измерения давления непосредственно в газовых пузырьках. Из физики известно, что газовая кавитация - образование пузырьков, которая возникает, если давление в жидкости становиться меньше давления растворенных газов [Р. Кнэпп, Дж. Дейли, Ф. Хэммит. Кавитация. Мир, Москва, 1974, с. 687].
В частности, известен способ, представленный в RU 2488092, согласно которому концентрация газа в жидкости определяется методом дегазации пробы жидкости и замера количества выделенного газа химическим индикатором. Концентрация газа в пробе жидкости определяется по формуле на основании всего выделенного из пробы жидкости газа с учетом остаточной доли газа в дегазированной пробе жидкости. Точность данного метода определяется путем сравнения выделенного газа при дегазации жидкости и остаточного, зависит от степени дегазации образца и становиться абсолютной только при очень глубокой дегазации. В данном методе дегазация жидкости проводится уменьшением давления над образцом специальными средствами, что является недостатком.
В другом решении, представленном в RU 2181882, для определения концентрации газа в жидкости также используется метод дегазации жидкости посредством определенного устройства и замера выделившегося газа. Недостатком данного устройства является низкая точность, поскольку объем выделившегося газа зависит от степени дегазации исследуемой жидкости.
Известен также способ определения концентрации газа в жидкости RU №2243536, в котором в мерной емкости создают разряжение с регистрацией температуры и давления. Для разделения газа и жидкости используют вибрацию с регистрацией температуры и давления выделившегося газа. По данным температуры и давления газа и жидкости проводят вычисления газосодержания жидкости. Здесь также необходимо процедура принудительной дегазации жидкости с регистрацией температуры и давления.
Более сложная схема определения количества газов в жидкости представлена в RU 2499247, которая может использоваться для прямых геохимических методов поисков нефти и газа. Устройство содержит мерный и дополнительный сосуды, газоанализатор и пневмоклапаны для переключения режимов работы с «дополнительным объемом» и без. Недостатком данного способа является сложность устройства и дороговизна проведения анализа.
Наиболее близкий способ описан в RU 2256895 по определению ядер кавитации жидкости, включающий регистрацию критического давления кавитации в трубе с пережатием перекачиваемой жидкость в кавитационном режиме. При этом устанавливают кавитационный режим с запиранием расхода и в зоне разрежения, измеряют величину критического давления кавитации. Недостатком данного способа определения критического давления кавитации является большой расход жидкости, громоздкость конструкции и недостаточная точность, поскольку всегда есть пульсации давления при скорости потока, влияющие на давление в зоне кавитации.
Раскрытие изобретения
Задачей заявляемой группы изобретений является разработка технологии (устройства и способа), существенно упрощающей процедуру определения давления растворенных газов в жидкости путем непосредственного измерения давления в жидкости, при котором происходит газовая кавитация, т.е. давление растворенных газов. Устройство также позволяет проводить измерение давления растворенных газов для частично дегазированной жидкости, что наиболее важно для образцов пластовой нефти и трансформаторного масла, электрическая прочность которой зависит от наличия в ней растворенного воздуха.
Техническим результатом изобретения является возможность определения давления растворенных газов в жидкости в малых объемах жидкости, при минимальных временных затратах с получением высокой точности результатов.
Поставленная задача решается тем, что устройство определения давления растворенных газов в жидкости посредством измерения давления газа в стационарном кавитационном пузырьке, включает цилиндрическую емкость, выполненную с возможностью вращения относительно своей оси; цилиндрическое тело, расположенное в цилиндрической емкости неподвижно с эксцентриситетом, снабженное каналом для измерения давления в кавитационном пузырьке, при этом входное отверстие канала размещено на боковой поверхности цилиндрического тела; датчик давления, размещенный в канале или за его пределами с возможностью измерения давления в кавитационном пузырьке через упомянутый канал; при этом цилиндрическое тело установлено на расстоянии 0,1-0,15 мм от стенки цилиндрической емкости, а входное отверстие расположено на угловом расстоянии 3-70 от образующей цилиндрического тела, расположенной на минимальном расстоянии от стенки цилиндрической емкости, и перед упомянутой образующей по ходу вращения цилиндрической емкости.
Цилиндрическое тело расположено с зазором относительно дна емкости для исключения трения между дном емкости и нижней поверхностью цилиндрического тела. Цилиндрическое тело может быть зафиксировано на кронштейне. В одном из вариантов исполнения канал имеет радиально расположенный участок, а датчик давления размещен в канале на упомянутом участке. В другом варианте выполнения датчик давления размещен на выходе из сквозного канала, например, с противоположной стороны от его входного отверстия. Цилиндрическое тело и цилиндрическая емкость выполнены с диаметрами, соотношение которых лежит в пределах интервала значений от 1:10 до 1:12. Входное отверстие выполнено соизмеримым с размерами кавитационного пузырька. В частности, входное отверстие может быть выполнено диаметром около 0,5 мм.
Поставленная задача решается также тем, что способ определения давления растворенных газов в жидкости с помощью описанного выше устройства характеризуется тем, что жидкость размещают в емкости с обеспечением покрытия верхней поверхности цилиндрического тела, приводят во вращение цилиндрическую емкость со скоростью, обеспечивающей возникновение стационарных кавитационных пузырьков на боковой поверхности цилиндрического тела с последующим измерением давления в кавитационном пузырьке, закрывающем входное отверстие канала, при этом вывод о величине давления растворенных газов в жидкости делают по полученному значению давления в пузырьке. Для образования кавитационных пузырьков на боковой поверхности цилиндрического тела цилиндрическую емкость вращают со скоростью от 0,1 см/с до 1 см/с. Исследованию может быть подвергнута жидкость с вязкостью не менее 60сСт.
Таким образом, поставленная задача решается посредством создания условий для возникновения стационарного кавитационного пузырька, в котором измеряется давление. Установлено, что при движении цилиндрического тела вдоль стенки с малым зазором, в расширяющейся области жидкости на поверхности цилиндрического тела возникает падение давления, величина которого зависит от величины зазора и скорости. При уменьшении этого давления до давления растворенных газов на поверхности цилиндрического тела возникает кавитация в виде цепочки газовых пузырьков. Показано, что давление на поверхности цилиндрического тела в области кавитации соответствует давлению растворенных газов. Таким образом, предлагаемые способ и устройство определения давления растворимых газов в жидкости по сравнению с прототипом измерения давления дает возможность оперативно и наиболее точно проводить анализ для небольших образцов жидкости. Эффективность данного способа проверена экспериментально на модельной установке и подтвердила высокую точность и надежность определения давления растворенных газов в жидкости.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлена схема устройства для непосредственного измерения давления в стационарном кавитационном пузырьке. Позициями на фиг. 1 обозначены: 1 - вращающаяся цилиндрическая емкость с исследуемой жидкостью (сосуд); 2 - цилиндрическое тело (цилиндр) с отверстием 3 для измерения давления в кавитационном пузырьке; 3 - входное отверстие; 4 - кронштейн для крепления цилиндра 2, например, в виде П-образной стойки (балки); 5 - датчик давления; 6 - моторчик постоянного тока.
На фиг. 2 представлена фотография входного отверстия цилиндрического тела (цилиндра) диаметром 0.5 мм, отмеченное стрелкой, через которое проводилось измерение давления в прилегающих к цилиндру кавитационных пузырьках.
На фиг 3. представлен график давления в области кавитации при уменьшении зазора Н между цилиндром и стенкой движущейся цилиндрической емкости. При возникновении кавитации, область 7, давление в кавитационном пузырьке практически не зависит от величины зазора и характеризует давление растворенных газов исследуемой жидкости. Позициями на фиг. 3 обозначены: 7 - область без кавитации, 8 - давление в кавитационном пузырьке; а - кавитационные пузырьки при зазоре Н=0.15 мм, б - кавитационные пузырьки при зазоре Н=0.1 мм.
Осуществление изобретения
Было изготовлен опытный образец заявляемого устройства с конкретными параметрами, которые не ограничивают заявляемое изобретение.
Была использована цилиндрическая емкость 1 диаметром 100 мм и глубиной 50 мм, приводимая во вращение с помощью моторчика постоянного тока (см. фиг. 1). В эту емкость с жесткой фиксацией через П-образную балку (или кронштейн) 4 был вставлен цилиндр 2 диаметром 8 мм и длиной 12 мм с параллельным расположением осей (цилиндра и емкости). Зазор между нижней поверхностью цилиндра 2 и дном емкости 1 составил 0.1-0.15 мм. В теле цилиндра 2 на половине его высоты было выполнено радиальное отверстие (канал) диаметром 0.5 мм, для измерения давления датчиком давления 5, которое оказывает жидкость на цилиндр. В качестве датчика давления был использован датчик MPXV1070.
Величина зазора Н между стенкой вращающейся емкостью 1 и образующей цилиндра 2 должна быть не менее 0.1 мм. Линейная скорость V взаимного перемещения цилиндра вдоль поверхности емкости лежит в диапазоне от 0.1 см/с до 1 см/с и задается моторчиком постоянного тока. Изменение скорости в этом диапазоне не влияет на давление в возникшем кавитационном пузырьке. Поскольку кавитационный пузырек возникает в расширяющейся области потока и занимает пространство 3-7 градусов за линией минимального зазора, то и входное отверстие в цилиндре для измерения давления должно находиться в этом диапазоне.
Для проведения измерения в емкость 1 заливают исследуемую жидкость так, чтобы цилиндр 2 был погружен в нее. С помощью моторчика постоянного тока приводят во вращение емкость 1 и датчиком давления измеряют давление в кавитационном пузырьке. Время измерения составляет около 1 минуты.
В качестве исследуемой жидкости было использовано силиконовое масло с вязкостью 1000 сСт. Результаты измерений давления растворенного газа в силиконовом масле представлены на графике фиг. 3, ошибка измерения давления таким датчиком не превышает 1 мм рт.ст.
Устройство также позволяет быстро провести анализ состояния трансформаторного масла на наличие растворенного в нем газа и определить необходимость проведения регламентных работ по его дегазации. Малое время анализа здесь играет большое значение ввиду адсорбции газа из воздуха и изменения при этом электрической прочности трансформаторного масла.
Таким образом, заявляемые способ и устройство измерения давления в стационарном кавитационном пузырьке позволяет непосредственно определять давление растворенных газов в жидкости за небольшой период времени.
Claims (10)
1. Устройство определения давления растворенных газов в жидкости посредством измерения давления газа в стационарном кавитационном пузырьке, включающее цилиндрическую емкость, выполненную с возможностью вращения относительно своей оси; цилиндрическое тело, расположенное в цилиндрической емкости неподвижно с эксцентриситетом, снабженное каналом для измерения давления в кавитационном пузырьке, входное отверстие которого размещено на боковой поверхности цилиндрического тела; датчик давления, размещенный в канале или за его пределами с возможностью измерения давления в кавитационном пузырьке через упомянутый канал; при этом цилиндрическое тело установлено на расстоянии 0,1-0,15 мм от стенки цилиндрической емкости, а входное отверстие расположено на угловом расстоянии 3-7° от образующей цилиндрического тела, расположенной на минимальном расстоянии от стенки цилиндрической емкости, и перед упомянутой образующей по ходу вращения цилиндрической емкости.
2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что цилиндрическое тело расположено с зазором относительно дна емкости для исключения трения между дном емкости и нижней поверхностью цилиндрического тела.
3. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что цилиндрическое тело зафиксировано на кронштейне.
4. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что канал имеет радиально расположенный участок, а датчик давления размещен в канале на упомянутом участке.
5. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что цилиндрическое тело и цилиндрическая емкость выполнены с соотношением диаметров, выбранных из интервала значений от 1:10 до 1:12.
6. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что входное отверстие выполнено соизмеримым с размерами кавитационного пузырька.
7. Устройство по п. 6, характеризующееся тем, что входное отверстие выполнено диаметром около 0,5 мм.
8. Способ определения давления растворенных газов в жидкости с помощью устройства по п. 1, характеризующееся тем, что жидкость размещают в емкости с обеспечением покрытия верхней поверхности цилиндрического тела, приводят во вращение цилиндрическую емкость со скоростью, обеспечивающей возникновение кавитационных пузырьков на боковой поверхности цилиндрического тела с последующим измерением давления в кавитацонном пузырьке датчиком давления через канал, при этом вывод о величине давления растворенных газов в жидкости делают по полученному значению давления в пузырьке.
9. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что скорость вращения емкости составляет от 0,1 см/с до 1 см/с.
10. Способ по п. 8, характеризующийся тем, что используют жидкость с вязкостью не менее 60 сСт.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126348A RU2653577C2 (ru) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Способ и устройство определения давления растворенных газов в жидкости |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126348A RU2653577C2 (ru) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Способ и устройство определения давления растворенных газов в жидкости |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2653577C2 true RU2653577C2 (ru) | 2018-05-11 |
Family
ID=62152738
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016126348A RU2653577C2 (ru) | 2016-06-30 | 2016-06-30 | Способ и устройство определения давления растворенных газов в жидкости |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2653577C2 (ru) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU128658A1 (ru) * | 1959-04-11 | 1959-11-30 | М.А. Пешкин | Способ определени давлени насыщенного пара жидкости |
SU1441262A1 (ru) * | 1987-06-05 | 1988-11-30 | Войсковая Часть 11284 | Устройство дл определени концентрации газа,растворенного в жидкости |
US5033286A (en) * | 1990-06-18 | 1991-07-23 | Westinghouse Electric Corp. | On-line instrument for measuring effective partial pressure of dissolved gases in a liquid |
SU1693459A1 (ru) * | 1989-01-19 | 1991-11-23 | Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского | Способ определени объемного содержани газа в жидкости |
RU2243536C1 (ru) * | 2003-09-24 | 2004-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Способ определения газосодержания в жидкости |
RU2256895C1 (ru) * | 2003-10-27 | 2005-07-20 | Институт проблем транспорта энергоресурсов | Способ определения концентрации ядер кавитации жидкости |
-
2016
- 2016-06-30 RU RU2016126348A patent/RU2653577C2/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU128658A1 (ru) * | 1959-04-11 | 1959-11-30 | М.А. Пешкин | Способ определени давлени насыщенного пара жидкости |
SU1441262A1 (ru) * | 1987-06-05 | 1988-11-30 | Войсковая Часть 11284 | Устройство дл определени концентрации газа,растворенного в жидкости |
SU1693459A1 (ru) * | 1989-01-19 | 1991-11-23 | Военная академия им.Ф.Э.Дзержинского | Способ определени объемного содержани газа в жидкости |
US5033286A (en) * | 1990-06-18 | 1991-07-23 | Westinghouse Electric Corp. | On-line instrument for measuring effective partial pressure of dissolved gases in a liquid |
RU2243536C1 (ru) * | 2003-09-24 | 2004-12-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Способ определения газосодержания в жидкости |
RU2256895C1 (ru) * | 2003-10-27 | 2005-07-20 | Институт проблем транспорта энергоресурсов | Способ определения концентрации ядер кавитации жидкости |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9513272B2 (en) | Method and apparatus for measuring drilling fluid properties | |
CN100373150C (zh) | 一种液体中的气体溶解度测试仪 | |
Vrana et al. | Modelling and field application of the Chemcatcher passive sampler calibration data for the monitoring of hydrophobic organic pollutants in water | |
CN101692093B (zh) | 水中阴离子表面活性剂的自动分析仪和自动分析方法 | |
US8443661B1 (en) | High pressure and high temperature linear swell measurement method | |
CN107314950B (zh) | 一种测定二氧化碳在多孔介质中扩散系数的方法 | |
CN106501151A (zh) | 一种基于渗吸和离子扩散特性的页岩孔径测量装置及方法 | |
CN103940727A (zh) | 一种模拟地面管线高温高压流动腐蚀测试装置 | |
RU2653577C2 (ru) | Способ и устройство определения давления растворенных газов в жидкости | |
RU2629884C1 (ru) | Установка для оценки эффективности агентов снижения гидравлического сопротивления | |
CN114965231A (zh) | 一种适用于金属管柱材质腐蚀的实验装置 | |
CN113137223A (zh) | 一种钻井液化学渗透压差测试装置 | |
Laeven et al. | An improved injection device for quantitative cross-correlation high-performance liquid chromatography at ultra-trace levels | |
CN205333579U (zh) | 水岩层分析*** | |
CN115290531A (zh) | 一种凝析气藏液相损害评价的装置及方法 | |
RU2181882C1 (ru) | Устройство для определения концентрации газа в жидкости | |
WO2013152163A1 (en) | Method and apparatus for detecting the presence of water in a current of liquid hydrocarbons | |
SU1797012A1 (en) | Corrosion rate measuring transducer | |
CN208476964U (zh) | 岩心夹持器和岩心电阻率测定装置 | |
RU2391654C1 (ru) | Проточная ионометрическая ячейка | |
RU2750249C1 (ru) | Анализатор нефти | |
Akor | Liquid holdup in vertical air/water multiphase flow with surfactant | |
RU174494U1 (ru) | Вискозиметр | |
RU82335U1 (ru) | Универсальное устройство поверки газоаналитических приборов на местах их установки в рабочей зоне объектов по ухо | |
RU2499247C1 (ru) | Устройство для определения количества газов в жидкости |