流调节器及优化方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及用于关于流量计量装置的流的流调节器。（如本文中所使用，对"本发 明"或"发明"的参考设及例示性实施例且不必设及所附权利要求书所涵盖的每一实施例。） 更确切地说，本发明设及用于流计量装置的流调节器，其中调节器具有供流体流经的中屯、 圆形通路区域，所述中屯、圆形通路区域被由分隔和细分纽带（subdividingligaments)限 定的用于流体流的分段式环形通路的两个或多于两个的同屯、阵列环绕。
【背景技术】
[0002] 此部分意在向读者介绍可能与本发明的各个方面相关的所属领域的各个方面。W 下论述意在提供信息W促进对本发明的更好的理解。因此，应理解，根据运一点来阅读W下 论述中的陈述，而不是作为对现有技术的认可。
[0003] 在流量测量领域中，常常必需调节流量计量装置的流上游W便流量计将W最少的 误差记录流量。弯管、阀口、过滤器和其它形式的管线组件使流速剖面变形且通过改变流向 而将非轴向流速分量或"满流"引入在流量流中。众所周知，某些类型的流量计的校准或流 量系数受剖面的变形和/或满流的存在影响。流调节器已经被采用了许多年W部分调整流 量计的变形的且满旋的流上游。到目前为止所使用的各种装置在设计上有所不同，其中性 能上产生的差异是就相对于其强加的永久性压力损耗的其调整流量的能力来说的。大多数 调节器具有单一指定的几何形状或设计参数的限定集合且不能易于适合于符合特定情形 的要求。在此所描述的本发明旨在解决现存调节器的运些和其它局限性。
[0004] 流调节器已经使用了许多年来W调整入流条件和改进流量计精确性为目标进行 尝试。到目前为止，最常见类型的流调节器为叶片类型或W管束组合件形式的"流矫直器"。 流矫直器实质上将所述流划分到与所述管道的轴线平行的长且直的大量通路中。目标为当 所述流离开调节器时，流速的任何旋转分量被减小或消除。 阳〇化]管束为稳流器的最常采用的形式，在一定程度上已经规范化，且实质上为管（总 数通常在7个与55个之间）的组合件，W六角形或圆形几何形状布置，如图IA和IB中所 说明。使用相等大小的19个管W圆形几何形状布置的管束被包含于用于差压流量计的国 际标准（IS05167)中。通常使得管束长度在两个管道的直径与=个管道的直径之间，结果 是所述管可为20个到30个管的直径长，尽管研究显示就限制满流来说，短很多的束仍可有 效。
[0006] 流调节器的管束设计的公认的不足是尽管其在去除满流上有效，但形成的轴向速 度剖面并不趋向于完全展开，即其通常趋向于比将在所关注的雷诺数处的管道的长直长度 的下游发现的剖面扁平。为了尝试克服此局限性，斯图尔特（S化art)开发了管束流调节 器，其中束内使用的管直径不断变化W便产生更接近于所要的完全展开的剖面的速度剖面 形状。就制造来说，此调节器设计的缺点（其同样适用于大多数管束设计）是当管道直径 变化时，需要的管直径可能并不可容易地用于标准大小的导管中。管束的主要优点是其具 有相对低的永久性压力损耗，具有用于在0. 65到1. 2范围内的完全素流的损耗系数。
[0007] 管束的另一缺点是其可变的设计和质量。如果构造未达到ISO标准，那么管的数 目和大小的可能的变体几乎是无限的，使得难W预测性能或联系管束的不同设计的经验。 此外，可变的制造质量意味着管对准可能变化，且在一些状况下，例如如果束在制造期间变 得绞合，那么束可产生满旋流。
[0008] 使轴向速度剖面成形W及去除满流的需要可能最先是在赞克狂anker)流调节器 的设计中被适当地解决。赞克调节器包括具有孔的薄板，该薄板与附接到所述板的下游侧 部的叶片类型的矫直器结合，其中孔经设计W产生对流的递变阻力。就产生的流动剖面和 通过此调节器实现的满流减小的水平来说，其公认为非常有效的。然而，制造是有些困难的 且其具有大于5的高的压力损耗系数。
[0009] 现今更常用的是厚板类型的调节器。在运些设计中，借助于在极其厚的板中产生 圆形通路而实现对流的递变阻力。通过变化圆形通路的数目、间距和/或大小，实现所要 的递变阻力。除厚板型号的赞克调节器之外，运种类型的调节器的实例包含由劳斯化aws) (最常见的为诺瓦（Nova)/CPA 50E变型）、斯皮尔曼（Spearman)和加拉格尔（Galla曲er) 制造的调节器，其中更厚的板使得不再需要下游叶片类型的矫直器。常见的厚板调节器在 图2A到2D中说明。
[0010] 具有圆形通路的运些厚板调节器被视为目前先进技术，但仍具有某些不足。压力 损耗系数通常在2到5范围内，大于使用管束可用的压力损耗系数。产生更高孔隙度和因 此产生更低的压力损耗的板的尝试通常导致流调节性能的降低。
[0011] 具有圆形通路的厚板调节器的设计的优化通过与所选择的圆形孔几何形状相关 联的特定问题而变得复杂。不规则数目的孔W及圆形形状的通路导致孔的相邻环之间复杂 的"分水岭"，且由于分水岭限定了与每个孔相关联的阻塞区域，因此难m十算有效孔隙度。 对于给定厚度的板，在圆形通路大小变化的状况下优化进一步变得复杂，由于此导致孔隙 度和通路的长度与其水力直径的比率两者的变化。因此，应采取W优化具有圆形通路的调 节器的步骤并不明显，如当改变使得分水岭的形状W及孔隙度和水力直径变化时。
[0012] 厚板调节器的特定优点是可非常易于实现不同大小的管道的制造和几何比例缩 放，其克服与管束类型的调节器相关联的制造和质量局限性。
[0013] 如先前所提到，发现到当孔隙度增大太多时厚板调节器的有效性下降，结果是现 今使用的大多数厚板调节器具有在50%的区域中的孔隙度。当孔隙度增大时，研究者并不 倾向于增大板厚度W补偿1/d的减小，其可部分解释减弱的性能。运导致一些设计者将拉 直的叶片添加到调节器或采用调节的两个阶段，第一阶段为拉直的叶片且第二阶段为递变 的厚板调节器。
[0014] 一些类型的流量计相较于其它流量计更易受进入的流场的情况影响。在多路径超 声波流量计的情形中，常常出现的情况是，如果满流被有效地去除，那么流量计将能够在各 种不同的设施情况中W高准确度执行。因此，由于其具有较低的压力损耗特性将管束与超 声波计一起使用是常见的。然而，此未弥补管束的=个缺点：第一，其W不利方式更改轴向 速度剖面；第二，其通常经制造W使长在2个与3个直径之间的事实；且第=，上述制造问 题可导致较差质量的调节器。因此，能够产生用于与超声波和其它类型的流量计一起使用 的低压力损耗的流调节器是在此描述的本发明的一个目的。除具有低永久性压力损耗之 夕F，调节器还应易于W可再生产的方式制造且应可W变化设计参数W便获得合乎需要的形 状的轴向速度剖面。
【发明内容】
[0015] 本发明的流调节器是基于分段式环形通路的配置，环绕圆形管道的中屯、线对称地 布置。分段式环形通路的选择允许管道的横截面区域被分成预定数目的环形环，其中通路 的宽度和间距在径向方向和切向方向两者中自由变化W获得每个环中水力直径和孔隙度 的所要值。与经由选择调节器的厚度来控制通路的长度相结合，分段式环形通路的此配置 可经优化W结合指定的总体压力损耗而生产将阻碍满流且具有所要的径向分配的阻力的 调节器。
【附图说明】
[0016] 在附图中，说明本发明的优选实施例和实践本发明的优选方法，其中：
[0017] 图IA和IB显示19个管的管束调节器的两个典型配置。
[0018] 图2A到2D显示典型的厚板调节器几何结构。
[0019] 图3为当使用圆形通路时外部环与中部环之间的复杂的分水岭几何形状的说明。
[0020] 图4A和4B显示具有圆形中屯、通道（S个环形环）的分段式环形几何形状。
[0021] 图5A显示具有分段式中屯、通道（两个环形环）的分段式环形几何形状。
[0022] 图5B显示使用替代的细分方法的分段式环形几何形状。
[0023] 图5C为细分纽带几何形状的例示性替代形式的说明。
[0024] 图6A是显示朝向所要的速度剖面的设计的汇聚的图。 阳0巧]图她是显示就通路的水力直径来说的设计的汇聚的图。
[00%] 图7为产生于最佳化实例的设计的说明。
[0027] 图8为说明最佳化过程的简化的流程图。
[002引图9A、9B和9C显示包含弧形内部拐角和凸缘的所得的几何形状。
[0029] 图IOA显示计量因数相对于用于在直的管道中和不具有流调节器的弯管的下游 的流量计A雷诺数。
[0030] 图IOB显示计量因数相对于用于在直的管道中和不具有流调节器的弯管下游的 流量计B的雷诺数。
[0031] 图IlA显示计量因数相对于用于在直的管道中和具有4D劳斯调节器到IOD计量 配置的弯管的下游的流量计A的雷诺数。
[0032] 图IlB显示计量因数相对于用于在直的管道中和具有4D劳斯调节器到IOD计量 配置的弯管的下游的流量计B的雷诺数。
[0033] 图12A显示计量因数相对于用于在直的管道中和具有4D原型调节器到IOD计量 配置的弯管的下游的流