一种气体管道整流器的制作方法

本发明涉及整流器技术领域，具体涉及到一种气体管道整流器。

背景技术：

随着数字仪表特别是超声流量计技术的快速发展，大量的超声流量计已广泛应用于天然气、石油气和煤气等气体的测量。在实际应用中，气体超声流量计的安装使用条件比较恶劣，上游和下游的直管段较短，无法在超声流量计中形成分布均匀的气体流速，影响超声流量计的计量精度。因此通常需要在流量计的前端布置较长的直管段以及气体整流器。

目前，现有技术公开了多种多孔板式整流器，通常是将不均匀的气体通过多孔板进行重新排布，以期形成均匀分布的气体流速。这些气体整流器由于部件的长度尺寸较大，可以一定作用下改善气体流速的分布，但都无法做到前后直管段长度不影响超声流量计计量精度的要求。

传统的气体整流器分为板状和片状两种，这两种整流器广泛用于气体的导流、消除旋涡和调整速度分布；但目前的气体整流器大多是针对圆形或方形管道进行设计的轴向整流器，针对环腔或方腔管道这种一个或多个的径向进气方式，决定了进入腔道的气体在周向上从一开始就是不均匀的，若各进气口气动参数有差别，气流在周向上甚至会有较大的畸变。因此若在径向方向上无气体整流器，且管道轴向长度较短时，很难保证腔道出口气体气动参数的均匀。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种气体管道整流器。

为达上述目的，本发明的一个实施例中提供了一种气体管道整流器，包括壳体以及依次设置在壳体内的第一整流板、第二整流板和第三整流板；

第一整流板与壳体前端之间为前预留段，第一整流板与第二整流板之间为第一缓冲段；第二整流板与第三整流板之间为第二缓冲段；第三整流板与壳体尾端之间为后预留段；

第一整流板上具有蜂窝状的第一整流孔，第二整流板上具有蜂窝状的第二整流孔，第三整流板上具有蜂窝状的第三整流孔；

前预留段的长度为s1，第一缓冲段的长度为s2，第二缓冲段的长度为s3，后预留段的长度为s4；第一整流孔的孔径为r1、长度为d1，第二整流孔的孔径为r2、长度为d2，第三整流孔的孔径为r3、长度为d3；

k＝1.3～3。

优选的，第一整流孔、第二整流孔和第三整流孔的壁厚为0.1mm。

优选的，第一整流孔、第二整流孔和第三整流孔为正六边形孔。

优选的，前预留段s1的长度为2mm。

优选的，后预留段s4的长度为2mm。

优选的，s2为7mm，r1为4.8mm，d为50mm，d1为9.5mm，k值为1.3125。

优选的，s3为10mm，r2为3.2mm，d为50mm，d3为12.5mm，k值为2.7188。

综上所述，本发明具有以下优点：

本发明的整流器壳体内设有多个整流板，通过优化整流板之间的间距以及孔径大小，使得整流器的整流效果显著升高，能够在气体管道内产生更加稳定的气流，并且同一截面的气流分布均匀，能够提高流量计的检测精度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的正面剖视图；

图2为本发明一个实施例中实验结果；

图3为本发明一个实施例中实验结果。

其中，1、壳体；2、第一整流板；3、第二整流板；4、第三整流板；5、第一整流孔；6、第二整流孔；7、第三整流孔。

具体实施方式

参考图1，本发明公开了一种气体管道整流器，包括壳体以及依次设置在壳体内的第一整流板、第二整流板和第三整流板。三个整流板可以通过卡嵌式固定在壳体内部，也可以配置销钉或者螺栓来定位固定。第一整流板与壳体前端之间为前预留段，第一整流板与第二整流板之间为第一缓冲段；第二整流板与第三整流板之间为第二缓冲段；第三整流板与壳体尾端之间为后预留段。

第一整流板上具有蜂窝状的第一整流孔，第二整流板上具有蜂窝状的第二整流孔，第三整流板上具有蜂窝状的第三整流孔，优选第一整流孔、第二整流孔和第三整流孔为正六边形孔；第一整流孔、第二整流孔和第三整流孔的壁厚为0.1mm。

前预留段的长度为s1，第一缓冲段的长度为s2，第二缓冲段的长度为s3，后预留段的长度为s4；第一整流孔的孔径为r1、长度为d1，第二整流孔的孔径为r2、长度为d2，第三整流孔的孔径为r3、长度为d3；本发明的整流器满足以下参数要求：

k＝1.3～3。

作为本发明的优化实施例之一，前预留段s1的长度为2mm，后预留段s4的长度为2mm。

作为本发明的优化实施例之一，s2为7mm，r1为4.8mm，d为50mm，d1为9.5mm，k值为1.3125；由于计算过程中可能不能够完全取整，本发明的k值在计算后取至多五位有效数字。

作为本发明的优化实施例之一，s3为10mm，r2为3.2mm，d为50mm，d3为12.5mm，k值为2.7188。

实验例1

实验方法：布置两套系统，其中系统1的管道上依次布置一个含有三个整流板的整流装置和一个超声流量计，可以选择本发明的装置；系统2布置有一个含有两个整流板的整流装置和一个超声流量计，系统3布置有一个含有一个整流板的整流装置和一个超声流量计。选用空气作为实验气源，气体管道的直径为50mm，额定流速3m/s；测定三个系统中使用同一超声流量计测得的流速；其中系统1的检测流速与额定流速误差为0.2％，系统2的检测流速与额定流速误差为0.7％；系统3的检测流速与额定流速误差为1.2％；由此可见，经过多级的整流后，检测的流速更加准确；即说明整流板的进气区域流态越稳定，其整流效果越好，气流分布越均衡，使得检测效果更好。

经过上述实验以及发明人的其他实验得知，整流器的整流效果与整流板的孔径、间距以及壳体内径d有关。一般情况下，整流器整流前的气流形态对整流效果有影响，例如整流前的气体速度分布均匀相比气体速度分布不均匀的气体可以获得更好的整流效果，整流后同一截面位置的气体流速差距较小，这样有利于流量计检测时获得更高的准确度。当整流器的整流板达到3个及以上时，都能够获得良好的整流效果，因此没有必要增加3个以上的整流板。

整流器内部设置有多个整流板，处于前端的整流板对气流进行整理后将会进入到下一个整流板进行二次整流，这样经过多次整流后可以获得良好的整流效果。整流器一般较短，大部分与流量管相当或者是其1～2倍左右。在整流器内部的气流路径较短，发明人发现经过每个整流板的气体在整流板背后形成的流态具有一定的规律，即在靠近整流板的部分气体流态紊乱，一定距离后其同一截面处的流态趋于稳定，再经过一定长度的相互干扰后同一截面的流态又趋于紊乱，呈现两端紊乱中部平稳的状态。当然若整流器壳体本身足够长，则会形成第二次的趋于稳定的状态，然而这个距离大概是管径的10倍～20倍左右，与现有技术中采用直管段的原理一致，即气体经过较长的直管段后趋于稳定流态。然而整流器的长度受限，不便于采用较长的尺寸，因此利用第一次趋于稳定状态的第一稳定流态区域是合适的。

实验例2

实验方法：布置一套系统，系统的管道上布置一个含有三个整流板的整流装置，整流器中r为4.8mm，d为50mm，d为9.5mm，其中最后一个整流板的后端设置有多个流量计，每个流量计间隔选用空气作为实验气源，气体管道的直径为50mm，额定流速3m/s。

检测整流器后端不同位置在同一截面上的流速分布，每个截面上检测区域为5个，每个截面上的流量计的流速检测位置如图1所示，图1中a～e五个点为检测点，其中c处于轴线上。a～e5个点的流速检测可以使用流量计来完成，也可以使用超声波仿真图来获得参数，这样更加准确。五个检测点处于同一截面上，五个点的流速差距越小，说明其流态越稳定；当五个检测点之间的流速差距越大时，说明其流态还未达到稳定。为了能够便于表征气体的稳定状态，以p值来表征稳定状态。p值是以五个点中间隔点之间的差值平方和进行计算，即p＝(va-vc)²+(vb-vd)²+(vc-ve)²+(vb-vd)²的值；其中a-c为检测点a与检测点c的流速差；其余类似。当p值越大时，说明流态越不稳定，p值越小时，气体更稳定。

图2和图3是实验例2的实验结果；图2中曲线1是k为0.8，即距离时该截面不同检测点的流速曲线；曲线2是k为2.2，即距离时该截面不同检测点的流速曲线；曲线3是k为4.5，即距离时该截面不同检测点的流速曲线。从上述图2中可以看出，曲线2各个检测点的流速差距相对较小，曲线1和曲线3中间位置与管壁附件位置的流速差距较大；说明曲线2所在区域的流速稳定，气体流态相对稳定。

图3中k代表与第三个整流板后端的距离，当k＝1时表示距离以此类推。从图3中也可以看出，当k值在1.3～3之间是，p值相对较小，说明这个区间的流态相对稳定。

因此，通过上述实验可以看出，在利用空气进行试验时，流经整流板后的空气最佳流态与两个整流板的距离有一定关系。当更换不同长度或安装数量的整流板时，其流速平稳的区域与孔径、间距以及壳体内径d有直接关系。例如更换不同大小的检测管径d即壳体内径时，其余参数不变；当d值增加后，平稳流态段与整流板的距离增加了，具体实验结果如图3所示。经过发明人的多次验证以及结合图2中可以看出，当距离在k＝1.3～3范围时即第一稳定流态区域时，流态稳定，其两侧的区域处于非稳定状态，当经过较长距离后处于第二稳定流态区域时，流态也趋于稳定。

同样的，经过第一整流器后，气体的流态得到第一次的均衡，经过第一整流孔的气流在整流孔身后形成较为稳定的形态。但是由于整流孔本身具有一定的厚度，其长度也较短，使得流出的气流容易在整流孔附近形成紊乱，造成速度分布不均衡，气流流态有所改变，局部出现非稳定流态。气流在继续流动的过程中，由于空间相对在整流孔内较大，因此气压相对要发生变化进而减小，在减小后同一水平界面上的气流与附近的界面的作用下相互融合，使得气流速度分布相对均匀，出现第一稳定流态区域。在继续流动后，旋涡现象使得不同界面的气流相互干扰趋于严重，容易形成紊乱气流截面，使得气体流速分布相对第一稳定流态区域不均衡。

由上述可以看出，若整流孔的进气处处于气流流态分布均匀的管段时，能够获得更好的整流效果，当整流孔进气处处于紊乱气流管段时，整流后的气流截面气体流速分布不如前者均衡，对后续的气体检测计量仪器有一定影响。进一步的，当整流器整流后的气体在k为1.3～3.0之间时，流态相对更加稳定，将设置在后方的第二个整流器设置在这个区域的距离内，能够获得更好的整流效果。

由此可见，本发明的整流装置通过优化间距和整流板的安装位置能够使得气流的速度分布更加均匀，使得流量计在检测时的精度更高。

虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。