专利名称：能够拓宽量程的均速管流量计的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及 流量測量设备，特别涉及ー种通过流动控制技术来拓宽有效量程的均速管流量计。
背景技术：
均速管流量计，包括阿牛巴、托巴、普罗巴、威力巴、依特巴等，都是基于皮托管测速原理，即典型的压差式流量传感器，是以测管道中直线上几点流速来推算流量的ー种插入式流量仪表。均速管流量计，以其永久性压カ损失小、输出压差稳定、较好的防堵塞性能、安装方便和成本相对较低，在エ业企业的エ艺流程中，得到大量的应用，并且其应用范围正不断扩大。均速管流量计应用的基本形式，都为在来流方向上某流动充分发展截面上，沿径向(或者指定位置和方向)插入ー根检测杆。检测杆内部隔成总压腔和静压腔两个独立的腔体，迎流方向前侧腔体为总压腔，后侧为静压腔。检测杆迎流方向按照对数切比雪夫积分方法，选择位置成对开取总压孔，与总压腔相同。各点处流速的差异导致均速管总压孔测出来的，是具有平均特性的总压。不同名称的均速管流量计，在上述的基本应用形式下，主要的差别表现为不同研究技术对检测杆界面以及静压孔开孔位置的差异性上。从总体上来讲，均速管流量计的整体特征表现为I)结构简单，部件紧凑，安装方便；2)适应的范围宽，可测流体包括气、液和蒸汽；实际测量过程中，所对应的管道直径可在25— 9000mm之间变化；压力和温度的适用条件范围很宽，上限可分别达到40Mpa和IOOO0C ；3)永久压损小，不可恢复压损仅为孔板流量计的几十分之一；4)长期稳定性好，准确度不受粘污和腐蚀的影响，准确度和重复性，在充分的直管段长度条件下，可分别达到1%和O. 2% ;准确度受到直管段长度的影响；5)随着均速管流量计设计和生产技术的发展，均速管流量计在实际应用过程中，其防堵性能不断得到強化，如威力巴流量计采用侧面开静压孔的方法等；这些特征，尤其是其较高的稳定性和重复性，使均速管流量计更适合用于诸多エ业流程中，流动介质流量的监测，并在现场校正的基础上，以其监测结果，作为エ业流程系统监控和优化的数据基础。但是对于均速管流量计在实际测量中的应用而言，还存在如下形式的主要问题I)对于所测的大管径管道，不可能保障其充分的直管段长度；2)由于其本身是依靠测杆形状，是对应流动在其总压孔和静压孔之间，产生多点平均的测量压差。不同来流条件下，测量压差的大小，直接决定了均速管流量计的量程，从而决定了均速管流量计的使用范围。实际应用过程中，由于测杆截面尺寸相对于测量管径的差异，有流体绕过测杆的绕流流动，在对应孔位所产生的测量压差必然不同，特别是对于中大管径管道流量的測量，测杆在低速流动条件下，所产生的测量压差会很小。而这ー压差，又需要通过压差传感装置输出，系统误差的相对作用，在低流速条件下，所占比重増加，直接影响到均速管流量计的測量精度。或者说，这ー类流量计，尤其是威力巴流量计，都适用于流速较高工况下，系统流量的測定。对于实际的エ业流程系统而言 ，其流程的荷载强度，直接受到市场因素、自身生产エ艺特征和环境エ况等因素的影响，并不总是工作在大流量的エ况下。那么对于给定的系统，在低流量エ况下，其流量对应的取值如何准确測定？均速管流量计在其现有特征基础上，如何提高测杆所产生的测量压差，从而提高均速管流量计的扬程，有效提升其适用的范围，成为该类型流量计应用发展的重要瓶颈问题，而亟待解決。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是，针对现有技术中的不足，提供一种基于流动控制理念的能够拓宽量程的均速管流量计。为解决其技术问题，本实用新型的解决方案是提供一种能够拓宽量程的均速管流量计，其测量杆包括竖向并列布置的总压腔、静压腔和尾部整流段；在总压腔的前端设有总压孔，在静压腔的侧壁上设有静压孔；还包括对称设于测量杆两侧的流动控制装置；所述流动控制装置与測量杆侧壁共同构成具有文丘里管特征的收缩、喉部及放大结构。作为ー种改进，所述流动控制装置的横截面呈曲线状或折线状，分为前端、中部和后端三个部分；流动控制装置的前端与所述总压腔的侧壁配合构成具有文丘里管入口几何參数的渐缩控制段；流动控制装置的中部与所述静压腔的侧壁构成具有文丘里管喉部几何參数的喉部静压段；流动控制装置的后端与测量杆尾部整流段的侧壁构成具有与前述渐缩控制段相应夹角的尾部扩张段。作为ー种改进，所述静压腔的横截面形状为矩形。作为ー种改进，所述尾部整流段的横截面具有对称两条斜边，其末端呈圆弧状，或者变形为基于流动控制研究的其它对称性几何形状。作为ー种改进，所述总压腔的横截面形状为等腰三角形，总压孔设于顶角处。作为ー种改进，所述等腰三角形顶角的度数为16 42°。本实用新型的实现原理是针对均速管测量压差有限的问题，提出了一种能够拓宽量程的均速管流量的新测定方法。是在保持均速管流量计整体优良特性的基础上，根据流体力学原理和流动控制的方法，利用流动过程中在能量守恒前提下流体动压和静压之间的转换，通过具有文丘里管特性的流动控制装置加大对应流动截面处(喉部)流体的流动速度，即提高流体在该局部流动的动压，从而有效降低对应的局部流动的静压，来充分提高所测总压与流动控制段局部静压之间的压差，从而提供宽量程的測量压差提高均速管流量计的适用范围。本实用新型的有益效果在于通过具有文丘里管特性的流动控制装置加大对应流动截面处(喉部)流体的流动速度，即提高流体在该局部流动的动压从而有效降低对应的局部流动的静压，来充分提高所测总压与流动控制段局部静压之间的压差，从而提供宽量程的測量压差提高均速管流量计的适用范围。本实用新型所帯来的另ー项 技术效果在于，利用截面速度提升的特征降低测量孔堵塞的可能性，进ー步提高其使用过程测鲁棒性。
图I为本实用新型的主视图；图2为本实用新型的左视图；图3为本实用新型的右视图；图4为图2中A-A处的横截面示意图。图中的附图标记为1总压孔；2静压孔；3静压管；4总压管；5尾部整流段；6总压腔壁；7总压腔；8静压腔；9渐缩控制段；10喉部静压段；11尾部扩张段；12流动控制装置。
具体实施方式
本实用新型的原理在于流动控制理念的引入，流动控制的开展的核心目标是提高对应均速管流量计的测量压差。本实用新型的流动控制是针对测量杆的结构进行重新构建。如附图所示，本实用新型中的均速管流量计，其测量杆包括竖向并列布置的总压腔7和静压腔8，在总压腔7的前端设总压孔1，在静压腔8的侧壁上设静压孔2 ;还有ー个竖向并列布置于静压腔后部的全封闭的尾部整流段5，和若干组对称设于测量杆两侧的流动控制装置12 ;所述流动控制装置12与測量杆的侧壁共同构成具有文丘里管特征的收缩及放大结构。流动控制装置12的引入及測量杆横截面的设计是核心之处。所述流动控制装置12的横截面呈曲线状或折线状，分为前端、中部和后端共三段；流动控制装置12的前端与所述总压腔7的侧壁配合构成具有文丘里管入口几何參数的渐缩控制段9 ;流动控制装置12的中部与所述静压腔8的侧壁构成具有文丘里管喉部几何參数的喉部静压段10 ;流动控制装置12的后端与尾部整流段5的侧壁构成具有与前述渐缩控制段9相应夹角的尾部扩张段11。本实施例中，所述总压腔7的横截面形状为等腰三角形，总压孔I设于顶角处，顶角的度数为16 42°，所述静压腔8的横截面形状为矩形，所述尾部整流段5的横截面具有对称两条斜边，其末端呈圆弧状，或者变形为基于流动控制研究的其它对称性几何形状。处于横截面来流方向前端的总压腔7的外形，采用等腰三角形。采用该形式的总压腔7的目标在于两点其一，该形式截面对应的流动分离特征稳定；其ニ，其外壁与来流方向的夹角，是构成后续流动控制的基础。总压腔7前端开孔，其内部总压腔7用于测量不同孔位处，流体流动的总压，这是保留传统均压管特征之一所在。在测量杆的横截面上，本实用新型引入基于内文丘里管形式的流动控制技木。通过流动控制装置12的前端与总压腔7的侧壁配合，构建具有标准文丘里管入口几何參数的渐缩控制段9。来流流体在流经这一段吋，处于加速的状态，按照流动的伯努利方程，沿程静压由此降低。这ー理念是提高均速管测量压差的根本来源。测压管总压腔7后方是具有矩形截面的静压腔8，按照文丘里管的几何特征，该矩形腔外侧与流动控制装置12的中部构成对应内文丘里管的喉部。静压腔8的开孔位置处于内文丘里管的喉部，如图4所示。其充分利用文丘里管喉部静压最小的特征，大幅度提高总压腔7均压取值与静压腔8均压取值之间差异，达到全面提升均速管测量压差的目标。为全面引入文丘里管内流动 特征，在测量杆的静压腔8后部设计了末端呈圆弧状的尾部整流段5，其侧壁与流动控制装置12的后端构成具有与渐缩控制段9相应夹角的文丘里管的放大段，从而形成具有測量压差提升的流动控制机制。对于测量杆结构的尾部几何特征，其引入的目标一方面是文丘里管内流动机制的构建；另一方面，其作用在于其它非測量段，流体绕过测杆截面时具有良好的分离特征，从而保持传统均速管测量过程中，永久压损或不可恢复压损低的根本性特征。本实用新型中，根据标准文丘里管的几何特征，对应流动测量杆结构的侧壁与来流的夹角可以在相应的范围内变化，各段尺寸可根据实际的需要，在保持文丘里管特征的前提下进行相似性变形。该实用新型所提出的基于流动控制提升测量压差的方法，包含利用局部流速加快提升测量压差的方式。总压腔7和静压腔8的内部形状也可以根据实际的过程进行适当的调整。为了控制、制造和安装过程的方便，可按照相似性要求对流动控制机构的具体尺寸进行适当调节。
权利要求1.一种能够拓宽量程的均速管流量计，其测量杆包括竖向并列布置的总压腔、静压腔和尾部整流段；在总压腔的前端设有总压孔，在静压腔的侧壁上设有静压孔；其特征在干，还包括对称设于测量杆两侧的流动控制装置；所述流动控制装置与測量杆侧壁共同构成具有文丘里管特征的收缩、喉部及放大结构。
2.根据权利要求I所述的均速管流量计，其特征在于，所述流动控制装置的横截面呈曲线状或折线状，分为前端、中部和后端三个部分；流动控制装置的前端与所述总压腔的侧壁配合构成具有文丘里管入口几何參数的渐缩控制段；流动控制装置的中部与所述静压腔的侧壁构成具有文丘里管喉部几何參数的喉部静压段；流动控制装置的后端与测量杆尾部整流段的侧壁构成具有与前述渐缩控制段相应夹角的尾部扩张段。
3.根据权利要求I或2所述的均速管流量计，其特征在于，所述静压腔的横截面形状为矩形。
4.根据权利要求I或2所述的均速管流量计，其特征在于，所述尾部整流段的横截面具有对称两条斜边，其末端呈圆弧状，或者变形为基于流动控制研究的其它对称性几何形状。
5.根据权利要求I或2所述的均速管流量计，其特征在于，所述总压腔的横截面形状为等腰三角形，总压孔设于顶角处。
6.根据权利要求5所述的均速管流量计，其特征在干，所述等腰三角形顶角的度数为16 42。。
专利摘要本实用新型涉及流量测量技术，旨在提供一种能够拓宽量程的均速管流量计。该流量计的测量杆包括竖向并列布置的总压腔、静压腔和尾部整流段；在总压腔的前端设有总压孔，在静压腔的侧壁上设有静压孔；还包括对称设于测量杆两侧的流动控制装置；所述流动控制装置与测量杆侧壁共同构成具有文丘里管特征的收缩、喉部及放大结构。本实用新型通过提高流体在该局部流动的动压从而有效降低对应的局部流动的静压，来充分提高所测总压与流动控制段局部静压之间的压差，从而提供宽量程的测量压差提高均速管流量计的适用范围。同时，利用截面速度提升的特征降低测量孔堵塞的可能性，进一步提高其使用过程测鲁棒性。
文档编号G01F1/34GK202442733SQ201120574100
公开日2012年9月19日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者朱莹, 汤中彩, 王小华, 王杨, 许丹丹, 麻剑锋 申请人:杭州哲达科技股份有限公司