管路更换装置及流量计组件的制作方法

本实用新型涉及气液两相流体流量测量技术领域，具体而言，涉及一种管路更换装置及流量计组件。

背景技术：

气液两相流是指管道内流动的流体有两个不同的相，分别是气相和液相，气体或液体单独流动时流动规律基本相同，都遵从流体的连续性方程和伯努利方程，但是当它们共同存在并同时流动时，由于两相流体的介质特性存在较大的差异，使得气液两相的流动与单相流相比更为复杂，近几十年来，随着石油天然气工程、化学工程、冶金工程、核反应工程、航空航天工程等领域的迅速发展，对气液两相流流量的测量技术的要求也越来越高。

现有技术中对气液两相流的测量方法主要包括两种：分离法和非分离法，传统的分离法通常用于计量站，设备庞大，成本高，因此实际应用中主要使用非分离法，非分离法是指不需要对两相流进行任何程度的分离，由测量系统直接测量两相流量，其中，差压式节流装置是工业界及学术界公认的在两相流的各种流态下都能稳定工作的一种节流装置，是非分离测量装置的首选。差压式节流装置一般采用文丘里管，根据文丘里效应，利用入口段和喉管段的压差计算出流体的流量，然而差压式节流装置作为单相仪表用于两相流测量时，由于液相的引入而存在读数的虚高现象，为了克服虚高现象带来的误差，可在文丘里管的收缩段和喉管段上分别环形设置多个流体出口，并在多个流体出口外套设环形气室，通过压差变送器连通两个环形气室，即可测出收缩段和喉管段的压力差值，进而计算出气液两相流的流量。

然而，本申请发明人发现，文丘里管的流量测量范围与喉径比(d/D－其中d为喉管直径，D为入口段直径)密切相关，喉径比一旦确定，文丘里管的测量范围也随之确定，然而在实践中，待测量的气液两相流体在其生命周期内，流量往往会发生很大变化(例如海上钻井平台、石油油井等)，或者需要利用一台流量计测量不同管路中的两相流流量，使用现有技术中的流量计均无法满足上述要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种管路更换装置及流量计组件，以缓解现有的流量计在使用过程中，由于虚高现象容易引起误差，并且由于喉径比无法调节，从而导致测量范围小的技术问题。

本实用新型提供一种管路更换装置，包括：转轴，设置在转轴两端、且与所述转轴同轴设置的转盘，以及设置在两个所述转盘中间的多个喉径比不同的文丘里管；多个所述文丘里管的轴心距离所述转轴轴心的距离相等；两个所述转盘上对应多个所述文丘里管开设有多个通孔；多个所述文丘里管中喉管位置设置有流体出口，且所述流体出口外侧套设有第一环形测压腔。

其中，两个所述转盘上均设置有环形凹槽，所述环形凹槽与多个所述文丘里管分别设置在所述转盘的两侧，且所述环形凹槽与所述转盘同心设置，所述环形凹槽的宽度分别大于每个所述通孔的孔径。

具体地，所述转盘与所述文丘里管为可拆卸连接。

进一步地，所述转盘上设置有配重块。

实际应用时，所述文丘里管的管壁外径各处均相等，管壁内径沿两相流体流动方向先逐渐减小、再逐渐增加。

相对于现有技术，本实用新型提供的管路更换装置具有以下优势：

本实用新型提供的管路更换装置中，包括：转轴，设置在转轴两端、且与转轴同轴设置的转盘，以及设置在两个转盘中间的多个喉径比不同的文丘里管；多个文丘里管的轴心距离转轴轴心的距离相等；两个转盘上对应多个文丘里管开设有多个通孔；多个文丘里管中喉管位置设置有流体出口，且流体出口外侧套设有第一环形测压腔。由此分析可知，使用本实用新型提供的管路更换装置，首先根据当前的气液两相流的流量选择合适的文丘里管，并将本实用新型提供的管路更换装置接入待测量的管路中，当气液两相流的流量发生变化，超出了目前的文丘里管的测量范围时，转动转轴，从而带动转盘转动，将能够适应当前流量的喉径比的文丘里管换入管路中，由于多个文丘里管的轴心距离转轴的轴心的距离相等，因此在两个文丘里管起始与终止处的内径相等的情况下，更换后的文丘里管也能够与待测量的管路配合，并且由于转盘上对应文丘里管位置开设有通孔，因此在转盘转动过程中，转盘盘面对管路能够起到暂时密封的作用，避免气液两相流体泄露；由于文丘里管喉管位置设置流体出口，且流体出口外侧套设有第一环形测压腔，当气液两相流从流体出口处射入第一环形测压腔后，随着环境参数改变(第一环形测压腔内的气液比例与喉管内不同)，气液分离，从而缓解了液相流体对差压节流装置带来的读数虚高现象(气液分离后，气体聚集到第一环形测压腔顶部，液体聚集到第一环形测压腔底部，液体不容易进入压差变送器内)，因此使用本实用新型提供的管路更换装置，能够缓解现有的流量计在使用过程中，由于虚高现象容易引起误差，并且由于喉径比无法调节，从而导致测量范围小的技术问题。

本实用新型还提供一种流量计，包括：依次设置的入口段、本实用新型提供的管路更换装置以及出口段；所述入口段上设置有所述流体出口，且所述流体出口外套设有第二环形测压腔；所述入口段上设置有压差变送器，且所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔与所述压差变送器通过软管连通。

实际应用时，所述入口段的所述流体出口和所述喉管上的所述流体出口均为多个，且多个所述流体出口分别均匀环绕设置在所述入口段上和所述喉管上。

其中，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔的顶端均设置有测压口，所述测压口和所述软管连接，且所述测压口与多个所述流体出口构成的平面之间留有距离。

具体地，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔的底部均设置有排污口。

实际应用时，所述转轴能够双向转动，且任一方向的转动角度不超过180度。

所述流量计组件与上述管路更换装置相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例提供的管路更换装置的立体结构示意图；

图2为本实施例提供的管路更换装置的主视示意图；

图3为本实施例提供的流量计组件的立体结构示意图；

图4为本实施例提供的流量计组件的剖视示意图；

图5为图4中A部分局部放大图；

图6为图5中B－B方向剖视示意图；

图7为多个不同喉径比的文丘里管的对比图。

图标：10－转轴；20－转盘；21－通孔；22－环形凹槽；30－文丘里管；31－收缩段；32－喉管；321－流体出口；33－扩张段；34－第一环形测压腔；40－入口段；41－第二环形测压腔；42－压差变送器；50－出口段；60－软管；70－测压口；80－排污口。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型实施例提供一种管路更换装置，如图1、图2、图6和图7所示，包括：转轴10，设置在转轴10两端、且与转轴10同轴设置的转盘20，以及设置在两个转盘20中间的多个喉径比不同的文丘里管30；多个文丘里管30的轴心距离转轴10的轴心的距离相等；两个转盘20上对应多个文丘里管30开设有多个通孔21；多个文丘里管30中喉管32位置设置有流体出口321，且流体出口321外侧套设有第一环形测压腔34。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的管路更换装置具有以下优势：

本实用新型实施例提供的管路更换装置中，如图1、图2、图6和图7所示，包括：转轴10，设置在转轴10两端、且与转轴10同轴设置的转盘20，以及设置在两个转盘20中间的多个喉径比不同的文丘里管30；多个文丘里管30的轴心距离转轴10的轴心的距离相等；两个转盘20上对应多个文丘里管30开设有多个通孔21；多个文丘里管30中喉管32位置设置有流体出口321，且流体出口321外侧套设有第一环形测压腔34。由此分析可知，使用本实用新型实施例提供的管路更换装置，首先根据当前的气液两相流的流量选择合适的文丘里管30，并将本实用新型实施例提供的管路更换装置接入待测量的管路中(即将合适的文丘里管30与入口段40和出口段50连接)，当气液两相流的流量发生变化，超出了目前的文丘里管30的测量范围时，转动转轴10，从而带动转盘20转动，将能够适应当前流量的喉径比的文丘里管30换入管路中，由于多个文丘里管30的轴心距离转轴10的轴心的距离相等，因此在两个文丘里管30起始与终止处的内径相等的情况下，更换后的文丘里管30也能够与待测量的管路配合，并且由于转盘20上对应文丘里管30位置开设有通孔21，因此在转盘20转动过程中，转盘20盘面对管路能够起到暂时密封的作用，避免气液两相流体泄露；由于文丘里管30的喉管32位置设置流体出口321，且流体出口321外侧套设有第一环形测压腔34，当气液两相流从流体出口321处射入第一环形测压腔34后，随着环境参数改变(第一环形测压腔34内的气液比例与喉管32内不同)，气液分离，从而缓解了液相流体对差压节流装置带来的读数虚高现象(气液分离后，气体聚集到第一环形测压腔34顶部，液体聚集到第一环形测压腔34底部，液体不容易进入压差变送器42内，并且第一环形测压腔34内的压力通过流体出口321与喉管32内的压力保持一致)，因此使用本实用新型实施例提供的管路更换装置，能够缓解现有的流量计在使用过程中，由于虚高现象容易引起误差，并且由于喉径比无法调节，从而导致测量范围小的技术问题。

此处需要补充说明的是，实际应用中，可将转盘20中心处与电机的动力输出端连接，通过电机动力输出端的正反转，实现转盘20的双向转动。

此外，实际应用时，还可将两个转盘20中间的文丘里管30中的一根替换为普通圆管，且圆管的内径与入口段40或出口段50的内径相等，在无需测量气液两相流体的流量时，将圆管接入入口段40和出口段50之间，从而消除文丘里管30喉管32部分对流速的限制，使气液两相流体在无需测量流量的情况下流动更顺畅。

另外，当前使用的文丘里管30是否能准确测量当前气液两相流体的流量，可以从测量结果中估计得出，若测量结果严重偏离经验值(即当前流速下的估算流量等)，即可判断当前气液两相流体的流量已不适合使用当前使用的文丘里管30测量，需要根据测量结果和经验值的差别，选择喉径比更大或更小的文丘里管30。

其中，为了保证转盘20转动的过程中，入口段40和出口段50与转盘20的配合更紧密，如图1－图4所示，两个转盘20上均设置有环形凹槽22，环形凹槽22与多个文丘里管30分别设置在转盘20的两侧，且环形凹槽22与转盘20同心设置，环形凹槽22的宽度分别大于每个通孔21的孔径，且等于入口段40或出口段50管路的外径，在转盘20转动的过程中，环形凹槽22的内壁与入口段40或出口段50管路的外壁紧密贴合，并且由于环形凹槽22与转盘20同心设置，从而确保转盘20转动到合适位置时，入口段40或出口段50管路能够与转盘20上的通孔21相对应。

具体地，为了增大本实用新型实施例提供的管路更换装置的适用范围，转盘20与文丘里管30为可拆卸连接，在实际应用中，入口段40和出口段50管路的外径多种多样，并且能够与各种气液两相流体相适应的文丘里管30的型号也有很多种，为了满足各种使用条件，将转盘20与文丘里管30设置为可拆卸连接，例如：当入口段40管路的外径略小于环形凹槽22的宽度时，可以单独更换入口段40管路相对应的转盘20，或者发现现有的文丘里管30均无法测量目前的气液两相流体的流量，可单独将文丘里管30拆卸下，更换合适的文丘里管30。

此处需要补充说明的是，转盘20与文丘里管30的连接方式有多种，可以为螺纹连接、螺栓连接或卡接等等，任何能保证在转盘20转动的过程中文丘里管30与转盘20之间稳固配合的连接方式均可。

进一步地，为了减小转盘20转动过程中的转动惯量，转盘20上设置有配重块，在实际应用中，由于各个文丘里管30的质量各不相同，在转盘20转动的过程中，由于本实施例提供的管路更换装置整体的质心不在转轴10的中心线上，从而导致本实施例提供的管路更换装置在转动的过程中由于惯性作用，对电机的动力输出端造成径向冲击，长期使用后，容易损坏电机，为了缓解这一情况，在转盘20上设置配重块，目的在于使本实施例提供的管路更换装置整体的重心落更接近转轴10的中心线，从而减小转盘20转动时的转动惯量，延长电机的使用寿命。

实际应用时，为了延长文丘里管30的使用寿命，如图4、图7所示，文丘里管30的外管壁直径各处均相等，内管壁直径沿两相流体流动方向先逐渐减小、再逐渐增加，传统的文丘里管30一般采用组焊形式，管壁厚度处处基本一致，当文丘里管30内的流体流量很大时，流体不断冲击管壁，容易造成焊接处开裂渗漏等情况，并且由于文丘里管30的长度直径比一般较大，在自身重力的作用下，文丘里管30的中部容易发生弯折，为了缓解上述情况，将文丘里管30设置为一体结构，管壁外径处处相同，从而保证文丘里管30的强度，延长了使用寿命。

此处需要补充说明的是，此种结构的文丘里管30的加工方法有多种，例如：可使用车床先钻孔，再使用车刀扩孔，使孔径略小于喉管32直径，接着使用车刀加工出锥形内孔，即收缩段31和扩张段33的大致形状，最后使用精切车刀将文丘里管30内各部分结构加工成型，文丘里管30的加工工艺不限于此种，任何能加工出上述结构的加工工艺均可。

本实用新型实施例还提供一种流量计组件，如图3－图4所示，包括：依次设置的入口段40、本实用新型实施例提供的管路更换装置以及出口段50；入口段40上设置有流体出口321，且流体出口321外套设有第二环形测压腔41；入口段40上设置有压差变送器42，且第一环形测压腔34和第二环形测压腔41与压差变送器42通过软管60连通。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的流量计组件具有以下优势：

本实用新型实施例提供的流量计组件中，如图如图3－图4所示，包括：依次设置的入口段40、本实用新型实施例提供的管路更换装置以及出口段50；入口段40上设置有流体出口321，且流体出口321外套设有第二环形测压腔41；入口段40上设置有压差变送器42，且第一环形测压腔34和第二环形测压腔41与压差变送器42通过软管60连通。由此分析可知，使用本实用新型实施例提供的流量计组件，首先根据当前的气液两相流的流量选择合适的文丘里管30，并将本实用新型实施例提供的管路更换装置接入待测量的管路中(即将合适的文丘里管30与入口段40和出口段50连接)，当气液两相流的流量发生变化，超出了目前的文丘里管30的测量范围时，转动转轴10，从而带动转盘20转动，将能够适应当前流量的喉径比的文丘里管30换入管路中，由于多个文丘里管30的轴心距离转轴10的轴心的距离相等，因此在两个文丘里管30起始与终止处的内径相等的情况下，更换后的文丘里管30也能够与待测量的管路配合，并且由于转盘20上对应文丘里管30位置开设有通孔21，因此在转盘20转动过程中，转盘20盘面对管路能够起到暂时密封的作用，避免气液两相流体泄露；由于文丘里管30的喉管32位置、以及入口段40均设置流体出口321，且流体出口321外侧套设有第一环形测压腔34或第二环形测压腔41，当气液两相流从流体出口321处射入第一环形测压腔34或第二环形测压腔41后，随着环境参数改变(第一环形测压腔34以及第二环形测压腔41内的气液比例与喉管32内不同)，气液分离，从而缓解了液相流体对差压节流装置带来的读数虚高现象，通过压差变送器42测量第一环形测压腔34和第二环形测压腔41的压力差值，从而计算求出气液两相流体的流量，并且由于压差变送器42与第一环形测压腔34以及第二环形测压腔41之间通过软管60连接，因此在转盘20转动的过程中，由于软管60具有一定的伸缩以及延展性能，从而能够避免由于压差变送器42与第一环形测压腔34以及第二环形测压腔41之间距离和相对位置发生变化而导致管路拉断或弯折的情况发生，因此使用本实用新型实施例提供的流量计组件，能够缓解现有的流量计在使用过程中，由于虚高现象容易引起误差，并且由于喉径比无法调节，从而导致测量范围小的技术问题。

此处需要补充说明的是，与多个第一环形测压腔34连接的多根软管60的两端均设置有电磁阀，当转盘20转动时，电磁阀均关闭，当转盘20停止后，与入口段40和出口段50连通的文丘里管30对应的第一环形测压腔34上连接的软管60两端的电磁阀开启，其余软管60两端的电磁阀均关闭，从而保证了测量的准确性。

此外，电磁阀还能够由使用者人为控制开启或关闭，例如，在无需测量情况下，可人为关闭电磁阀，当需要测量流量时，再人为开启电磁阀，从而实现对气液两相流体的定时测量。

此处还需要补充说明的是，设入口段40内气液两相流体的平均速度、平均压力和截面积分别为v₁、p₁、S₁，喉管32内气液两相流体的平均速度、平均压力和截面积分别为v₂、p₂、S₂，气液两相流体的密度为ρ，流量用Q表示，应用伯努利定理和连续性方程，可得出：

S₁v₁＝S₂v₂＝Q

由此可得计算流量Q的公式：

因此在知道ρ、S₁、S₂的情况下，测出p₁－p₂(即入口段40和喉管32的压力差值)后，即可根据上式求出流量Q。

此外，软管60可选用金属软管，金属软管更不易发生弯折，从而使管内的流体流动更通畅，从而使测量结果更准确。

实际应用时，为了加快第一环形测压腔34和第二环形测压腔41内的气液动态平衡过程，如图6所示，入口段40的流体出口321和喉管32上的流体出口321均为多个，且多个流体出口321分别均匀环绕设置在入口段40上和喉管32上，采用此种设置，能够提高气液隔离效率，进而提高气液两相流体中压力测量信息稳定性。

其中，为了进一步降低液相对测压结果的干扰，如图5所示，第一环形测压腔34和第二环形测压腔41的顶端均设置有测压口70，测压口70和软管60连接，且测压口70与多个流体出口321构成的平面之间留有距离，采用此种设置，能够降低气液两相流体从流体出口321射出时，直接射入测压口70中的几率，从而进一步降低液相的引入对测压结果的干扰，使测量结果更准确。

具体地，为了在测量过程中及时将第一环形测压腔34和第二环形测压腔41内的流体排出，如图5所示，第一环形测压腔34和第二环形测压腔41的底部均设置有排污口80，在测量过程中，由于管路内的流体会由流体出口321射出，并遗留在第一环形测压腔34和第二环形测压腔41的腔室内，长期使用后，第一环形测压腔34和第二环形测压腔41的腔室内遗留有大量的流体，会严重干扰测量结果的准确性，为了缓解这一情况，在第一环形测压腔34和第二环形测压腔41的底部分别设置排污口80，排污口80处设置有电磁阀，在一次测量过程结束后，电磁阀开启，将第一环形测压腔34和第二环形测压腔41的腔室内的流体排出，从而减少对下次测量结果的干扰。

实际应用时，为了降低软管60被拉断的几率，转轴10能够双向转动，且任一方向的转动角度不超过180度，若转轴10只能单向转动，在更换多次文丘里管30后，转轴10转过的角度过大，软管60会缠在多个文丘里管30的外表面，不仅会造成软管60过度弯折，导致流体流动不畅，甚至容易造成软管60拉断，为了降低上述情况发生的几率，对转轴10的转动角度加以限制，从而延长软管60的使用寿命。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。