测量高压管路中高速流体的静压的装置和方法
【专利摘要】本发明涉及高速流体静压的测量。为此，提供一种静压测量装置，包括壳体、在壳体两侧的连接端部、连接于壳体的引压管和由壳体所限定的封闭的静压腔，在管路的被测管段的管壁上设置至少一个取压孔。管路延伸穿过连接端部和静压腔，使得静压腔通过连接端部紧固于被测管段，使管段内的流体在管段的取压孔、壳体的静压腔和引压管之间流体连通。本发明还提供一种静压测量方法，包括如下步骤：在管段上开设至少一个取压孔；将静压测量装置套设在被测管段上，使取压孔与静压腔径向对齐，以保持取压孔与静压腔流体连通；管段中的流体从取压孔流到静压腔，再从静压腔流到连接于壳体的引压管；待引压管中的流体的参数稳定之后，测量引压管中的流体的静压。
【专利说明】测量高压管路中高速流体的静压的装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高压管路中高速流体的稳态静压的测量，还涉及可变管径的高压管路中高速流体的稳态静压的测量。
【背景技术】
[0002]飞机的机翼会有结冰现象，从而影响了飞机的安全飞行。为了消除机翼上的结冰，需要设置一套防冰装置。目前航空工业上，飞机常采用高压管路用于热气防冰供气。随着环境条件和工况的变化，需要对高压管路中的流体的流量进行控制和调整，通常是通过获取高压管路中的流体的静压来反馈调节防冰活门的开度。
[0003]为了获取管内高速流体的静压，通常的做法是在管壁上开一单孔，直接将一引压管连接到单孔，从而对管道中在该单孔部位的流体进行静压测量。该方法由于连接形式简单、且占用空间小而广泛用于真实飞机管路静压测量和模型试验件的静压测量。
[0004]但由于管内的高速流体通常为紊流流动，存在壁面效应，在局部测量点位处，例如单孔所在位置，存在涡流，无法避免动压对静压测量的影响，。且由于管路安装角度和流体重力的影响，采用管壁单孔进行测量可能存在测量值不稳定以及不能反映高速流体的真实静压值而误差较大的情况。即单孔位置的设置也会影响静压测量的数据。因此需要设计一种能够尽量避免静压测量波动、提高测量精度的测试手段。
[0005]且由于被测压的管路管径多变，例如防冰笛形管会沿机翼展向不断变径，还需要提供一种用于测量可变管径管路的静压腔的构造形式，方便一套设备在管道上进行多次静压测量。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是在测量管道中的高速流体的静压时能够得到更能反映高速流体的真实静压的数值。
[0007]技术术语的解释:高速流体在其完全不受流速影响方向上测得的压力为静压，在其完全受阻处(流速为零)测得的压力为全压。全压与静压之差为动压。
[0008]根据定义，测量静压需要完全排除流速造成的影响，管内理想层流状态时，即没有紊流现象，从管壁上垂直于管道轴线引出的引压管测压得到的就是静压。但如果是紊流状态，则难免会有垂直于管轴线的速度分量，因此所测静压会有微小的动压加成干扰。若沿管壁取多个点引出压力，在腔内均衡后，再改变一次取压方向，从垂直于管轴线引压转变成平行于管轴线引压，则能够最大限度的消除动压对静压测量的影响。
[0009]为此，根据本发明的一个方面，提供一种测量高压管路中高速流体静压的静压测量装置，所述静压测量装置包括壳体、在壳体两侧的连接端部、连接于壳体的引压管和由壳体所限定的封闭的静压腔，使得所述静压腔和所述引压管流体连通，在所述管路的被测管段的管壁上设置至少一个取压孔。所述壳体构造成所述管路能够延伸穿过所述连接端部和静压腔，使得所述静压腔通过所述连接端部紧固于所述被测管段而能够流体密封地可拆卸地固定在所述管段的管壁上，而且所述管段上的取压孔与所述静压腔对齐，从而使所述管段内的流体在管段的取压孔、所述壳体的静压腔和引压管之间流体连通。还包括压力测量仪，所述压力测量仪与所述引压管流体连通。
[0010]在上述静压测量装置的基础上，所述取压孔包括在所述被测管段的一个截面上以所述管路的轴线为圆心、沿周向等角度开取的多个取压孔。
[0011]在上述静压测量装置的基础上，所述取压孔的直径为管段的直径的1/20至1/40。
[0012]在上述静压测量装置的基础上，所述壳体还包括在其侧壁上的引压孔，使得所述引压孔与所述静压腔流体连通；所述引压管通过所述引压孔连接于所述壳体，使所述引压管与静压腔流体连通并平行于管段的轴向延伸。
[0013]在上述静压测量装置的基础上，所述静压腔设置成与所述管段同轴地轴向延伸，并沿所述管段的横截面径向扩展。
[0014]在上述静压测量装置的基础上，所述连接端部包括从所述壳体的两侧轴向朝外延伸的凸缘，所述凸缘能够流体密封地紧固在所述被测管段的管壁上。
[0015]在上述静压测量装置的基础上，所述凸缘和所述壳体的与所述凸缘相连的所述侧壁由弹性材料构成，使得所述凸缘能够弹性地套接在所述管段的管壁上。
[0016]在上述静压测量装置的基础上，所述凸缘的一部分和所述侧壁的与所述凸缘的所述一部分相连的一部分的材料不同于所述凸缘的另一部分和所述侧壁的与所述凸缘的所述另一部分相连的另一部分的材料，所述一部分的材料的弹性高于所述另一部分的材料的弹性。
[0017]在上述静压测量装置的基础上，还包括一卡带，所述凸缘通过所述卡带紧固到所述被测管段上。
[0018]在上述静压测量装置的基础上，所述壳体的除由弹性材料构成的部分之外的其余部分的材料与所述管段的材料相同。
[0019]在上述静压测量装置的基础上，所述取压孔构造成使得管段内的流体垂直于管段的轴线流入所述静压腔。
[0020]根据本发明的另一个方面，还提供一种测量高压管路中高速流体静压的静压测量方法，所述静压测量方法包括如下步骤:
[0021](I)在所述管路的被测管段的管壁上开设至少一个取压孔；
[0022](2)将静压测量装置的壳体套设在所述被测管段上，通过所述壳体两侧的连接端部使所述静压测量装置可拆卸地固定在所述管壁上，使所述壳体中的静压腔流体密封地固定在所述管壁上，同时，使所述取压孔与所述静压腔径向对齐，以保持所述取压孔与所述静压腔流体连通；
[0023](3)所述管段中的流体从取压孔流到所述静压腔，再从所述静压腔流到连接于所述壳体的引压管；
[0024](4)待所述引压管中的流体的参数稳定之后，测量所述引压管中的流体的静压。
[0025]在上述静压测量方法的基础上，在所述步骤(I)中，在被测管段的一个截面上以管路轴线为圆心、沿周向等角度的开取多个所述取压孔，所述取压孔的直径为所述管段的直径的1/20至1/40。
[0026]在上述静压测量方法的基础上，在所述步骤(3 )中，所述管段中的流体以径向方向经过所述取压孔流到所述静压腔。
[0027]在上述静压测量方法的基础上，在所述步骤(3)中，使连接于所述壳体的所述引压管中的流体沿平行于所述管段的轴向的方向流动。
[0028]在上述静压测量方法的基础上，在所述步骤(2)中，所述连接端部包括从所述壳体的两侧轴向朝外延伸的凸缘，使所述凸缘密封地紧固在管段的管壁上。
[0029]在上述静压测量方法的基础上，在所述步骤(4)之后，在所述管路I上移动所述静压测量装置，并将其移动到具有与所述管段相同或不同的直径的另一管段上，然后重复步骤(I) — (4)。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1是安装有本发明的静压测量装置的管路的立体图；
[0031]图2是安装有本发明的静压测量装置的管路的另一方向的立体图，其中示出了管路中的测量孔；
[0032]图3是安装有本发明的静压测量装置的管路的局部立体图，其中示出了测量装置中的静压腔；
[0033]图4是本发明测量装置的截面立体图，其中示出了测量装置中的静压腔和流体引压管的位置；
[0034]图5是安装有本发明的静压测量装置的管路的剖视图；其中示出了被测管段的管壁上的取压孔孔以及测量装置的静压腔和引压管；
[0035]图6是对应于图5的立体图；
[0036]图7是用于可变管径的管路的静压测量装置的一个方向的立体图:
[0037]图8是用于可变管径的管路的静压测量装置的另一个方向的立体图:以及
[0038]图9是对应于图8的静压测量装置的立体图，其中详细示出了连接端部的凸缘由不同材料的两部分组成，构成静压腔的壳体的侧壁也有不同材料的两部分组成。
【具体实施方式】
[0039]如图1、2和5所示，高压流体流经高压管路1，在管路I的被测管段10的管壁上安装一静压测量装置2。静压测量装置2包括壳体20、引压管21、两个连接端部22和23和由壳体20所限定的静压腔24。静压测量装置2通过两个连接端部22和23可拆卸地固定在管段10的管壁上，使静压腔24流体密封地安装在管段10的管壁上。
[0040]如图3所示，在管路I上选定被测管段10，在被测管段10的一个截面上以管路轴线为圆心，沿周向等角度的开取直径为管路直径1/20至1/40大小的若干取压孔11。在图3所示的实施例中，管壁上有8个取压孔11。根据实际需要，还可以选择更多或过少数量的取压孔11。取压孔11也可以周向非等角度分布，或在不同截面的不同周向分布。因此，图3所示实施例的取压孔11的分布结构不是本发明中唯一的分布结构，符合本发明发明原理的取压孔11的其他不同位置和数量的分布也在本发明之列。
[0041]较佳地，为了避免流体的轴向流动的速度对静压测量的影响，取压孔11构造成使得管段10内的流体垂直于管段10的轴线，即流体流动方向，流入静压腔24。
[0042]如图1和图5所示，静压测量装置2的壳体20还包括在其侧壁202上的与由壳体20限定的静压腔24流体连通的引压孔25。引压管21通过引压孔25连接于壳体20，使得引压管21流体连通地连接于静压腔24。较佳地，引压管21平行于管道10的轴线延伸，使引压管21内的流体的流动方向与管道10内的流体的流动方向平行。
[0043]如图9所述，静压测量装置2两端的连接端部22和23的一个实施例为从壳体20的两侧壁201和202轴向向外伸出的凸缘。管段10穿过测量装置2的静压腔24，测量装置2通过其两连接端部22和23流体密封地安装在管段10的管壁上，使得管段10上的取压孔11、测量装置2的静压腔24和引压管21流体连通，引压管21的另一端连接于压力测量仪(图中未示出)。
[0044]在包括被测管段10区域的管路I上通过如图9所示的卡带26等以可拆卸方法(详见下文的描述)密封地连接有静压测量装置2的封闭的静压腔24，该静压腔24的壳体20的一个侧壁上的引压孔25通过管接头或焊接形式与引压管21 —端相连。
[0045]飞机上采用的用于热气防冰供气的高压管路还包括管径多变的管路，例如防冰笛形管会沿机翼展向不断变径。这对静压测量装置提出了另外的要求。如图7和9所示，图中所示的实施例可用于可变管径的管路中的流体静压的测量。
[0046]具体而言，测试方法主要体现在静压腔24与管路I连接的方式上。将静压腔24连接于管路I的两个连接端部22和23的翻边、即凸缘总体上采用硅橡胶等类似高延展性材料，该凸缘形式的一个实施例如图9所示，凸缘22的一部分，尤其是沿凸缘的整个轴向长度延伸的扇形段22a的区域为比凸缘22的其余部分22b更有弹性的材料，有较强的扩缩性能。同样，对于壳体20的与凸缘22相连的侧壁201而言，所选用的材料总体上与凸缘22相同，较佳地，其中的靠近凸缘22的一部分，尤其是与凸缘22的扇形段22a相连的扇形段201a的材料与凸缘22的扇形段22a相同，与凸缘22的其余部分22b相连的其余部分201b的材料与凸缘22的其余部分22b相同。侧壁201的扇形段201a在侧壁201的径向上的一部分延伸。根据被测流体的具体特性，凸缘22和侧壁201的材料还需要具有一定的耐高温、腐蚀等性能。在安装静压测量装置2时，需要先将该凸缘22套在测试管路I上，然后沿管路移动到测压管段10的位置，使管段10上的取压孔11的位置与测量装置2的静压腔24的位置径向对准，最后通过金属卡带26等形式将凸缘22流体密封地固定在管道10的管壁上，使该静压腔24固定在测量管段10上。静压测量装置2的两个连接端部中的另一个23的结构可以与凸缘22完全相同或基本相同。同样，壳体20的两个侧壁中的另一个202的结构可以与侧壁201完全相同或基本相同。在此省略对它们的描述。
[0047]构成静压腔24的壳体20的其余部分的材料与管路I的材料相同或相似，通常采用不锈钢。如上所述，将壳体20连接于管路I的凸缘22的材料采用硅橡胶等类似高延展性材料。不考虑流体腐蚀性的限制时，引压管21材料通常采用铜(用于高温流体)或塑料(用于常温流体)。
[0048]以上所描述的连接端部22和23的实施例不是本发明的唯一的实施例。连接端部22和23还可以其他构造形式实施。例如，在壳体20的两侧的管段10穿过的孔内缘中固定地或可拆卸地设置弹性密封构件，诸如弹性耐压密封环，当静压测量装置2安装在管段10上时，使该弹性耐压密封环位于壳体20与管段10的管壁之间，以保持壳体20流体密封地配合在管段10上。
[0049]下面通过一个较佳实施例来描述将静压测量装置2安装到管路I上的安装过程。选取合适的静压测量管段10，如无特殊要求，尽量选在前后均有较长直管段的区域。在被测管段10的一个截面上以管路I的轴线为圆心，沿周向等角度的开取直径是管路直径1/20至1/40大小的若干取压孔11，该实施例为8个取压孔11。根据安装空间限制等要求设计静压测量装置I的静压腔24的结构，较佳的是，静压腔24与管路I同轴。将引压管21通过管路接头或焊接固定到壳体20上而与静压腔24流体连通，使引压管21的延伸方向与管路I的延伸方向相同。将静压测量装置2的凸缘22和23套在测试管路I上，然后沿管路I移动到测压管段10，使管段10的取压孔11与静压测量装置2的静压腔24流体连通。通过金属卡带26的卡箍，使凸缘22和23相对管路I密封地固定。当凸缘22和23在管段10的密封和耐压足够时，也可以不使用金属卡带26。
[0050]下面描述测量方式。当静压测量装置2如图1所示安装到管段10上之后，待管段10内的流体流入静压腔24和引压管21，流量参数基本稳定后，通过与引压管21连接的压力测量仪(常规设备)获取管路内的流体的静压值。
[0051 ] 上述示例性的实施例示出了解决本发明要解决的技术问题的技术方案中的一个实施例。在该实施例的示例下，其它符合本发明原理的等效和类似的手段都属于本发明保护的范围中。本发明的发明原理是，将原来直接从取压孔将管路内的流体引入引压管后进行静压测量改为将取自引压孔的流体引入静压腔，再将静压腔中的流体引入引压管，以减少流体紊流对静压测量的影响。
【权利要求】
1.一种测量高压管路(I)中高速流体静压的静压测量装置(2)， 所述静压测量装置包括壳体(20 )、在壳体(20 )两侧的连接端部(22和23 )、连接于壳体(20)的引压管(21)和由壳体(20)所限定的封闭的静压腔(24)，使得所述静压腔(24)和所述引压管(21)流体连通，在所述管路(I)的被测管段(10)的管壁上设置至少一个取压孔(11)； 所述壳体(20)构造成所述管路(I)能够延伸穿过所述连接端部(22和23)和静压腔(24),使得所述静压腔(24)通过所述连接端部(22和23)紧固于所述被测管段(10)而能够流体密封地可拆卸地固定在所述管段(10)的管壁上，而且所述管段(10)上的取压孔(11)与所述静压腔(24)对齐，从而使所述管段(10)内的流体在管段(10)的取压孔(11)、所述壳体(20)的静压腔(24)和引压管(21)之间流体连通； 还包括压力测量仪，所述压力测量仪与所述引压管(21)流体连通。
2.如权利要求1所述的静压测量装置，其特征在于，所述取压孔(11)包括在所述被测管段(10)的一个截面上以所述管路(I)的轴线为圆心、沿周向等角度开取的多个取压孔。
3.如权利要求2所述的静压测量装置，其特征在于，所述取压孔(11)的直径为管段(10)的直径的1/20至1/40。
4.如权利要求1或3所述的静压测量装置，其特征在于，所述壳体(20)还包括在其侧壁上的引压孔(25)，使得所述引压孔(25)与所述静压腔(24)流体连通；所述引压管(21)通过所述引压孔(25)连接于所述壳体(20)，使所述引压管(21)与静压腔(24)流体连通并平行于管段(10)的轴向延伸。
5.如权利要求1或4所述的静压测量装置，其特征在于，所述静压腔(24)设置成与所述管段(10)同轴地轴向延伸，并沿所述管段(10)的横截面径向扩展。
6.如权利要求1或5所述的静压测量装置，其特征在于，所述连接端部(22和23)包括从所述壳体(20)的两侧轴向朝外延伸的凸缘，所述凸缘能够流体密封地紧固在所述被测管段(10)的管壁上。
7.如权利要求6所述的静压测量装置，其特征在于，所述凸缘和所述壳体(20)的与所述凸缘相连的所述侧壁由弹性材料构成，使得所述凸缘能够弹性地套接在所述管段(10)的管壁上。
8.如权利要求7所述的静压测量装置，其特征在于，所述凸缘的一部分(22a)和所述侧壁(201)的与所述凸缘的所述一部分(22a)相连的一部分(201a)的材料不同于所述凸缘的另一部分(22b)和所述侧壁201的与所述凸缘的所述另一部分(22b)相连的另一部分(201b)的材料，所述一部分(22a和201a)的材料的弹性高于所述另一部分(22b和201b)的材料的弹性。
9.如权利要求6或8所述的静压测量装置，其特征在于，还包括一卡带(26)，所述凸缘通过所述卡带(26 )紧固到所述被测管段(10 )上。
10.如权利要求7所述的静压测量装置，其特征在于，所述壳体(20)的除由弹性材料构成的部分之外的其余部分的材料与所述管段(10)的材料相同。
11.如权利要求1一 3，7，8和10中的任何一项所述的静压测量装置，其特征在于，所述取压孔(11)构造成使得管段(10)内的流体垂直于管段(10)的轴线流入所述静压腔(24)。
12.一种测量高压管路中高速流体静压的静压测量方法，所述静压测量方法包括如下步骤: (I)在所述管路(I)的被测管段(10)的管壁上开设至少一个取压孔； (2 )将静压测量装置的壳体(20 )套设在所述被测管段(10 )上，通过所述壳体(20 )两侧的连接端部(22和23)使所述静压测量装置可拆卸地固定在所述管壁上，使所述壳体(20)中的静压腔(24)流体密封地固定在所述管壁上，同时，使所述取压孔(11)与所述静压腔(24)径向对齐，以保持所述取压孔(11)与所述静压腔(24)流体连通； (3)所述管段(10)中的流体从取压孔(11)流到所述静压腔(24)，再从所述静压腔(24)流到连接于所述壳体(20)的引压管(21)； (4)待所述引压管(21)中的流体的参数稳定之后，测量所述引压管中的流体的静压。
13.如权利要求12所述的静压测量方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，在被测管段(10)的一个截面上以管路轴线为圆心、沿周向等角度的开取多个所述取压孔，所述取压孔的直径为所述管段(10)的直径的1/20至1/40。
14.如权利要求13所述的静压测量方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，所述管段(10)中的流体以径向方向经过所述取压孔(11)流到所述静压腔(24)。
15.如权利要求14 所述的静压测量方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，使连接于所述壳体(20)的所述引压管(21)中的流体沿平行于所述管段(10)的轴向的方向流动。
16.如权利要求15所述的静压测量方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述连接端部(22和23)包括从所述壳体(20)的两侧轴向朝外延伸的凸缘，使所述凸缘密封地紧固在管段(10)的管壁上。
17.如权利要求12- 16中的任何一项所述的静压测量方法，其特征在于，在所述步骤(4)之后，在所述管路I上移动所述静压测量装置，并将其移动到具有与所述管段(10)相同或不同的直径的另一管段上，然后重复步骤(1) - (4)。
【文档编号】G01L19/14GK103759884SQ201410043772
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2014年1月29日 优先权日:2014年1月29日
【发明者】曾飞雄, 霍西恒, 白斌, 王大伟, 李志茂, 杜延平 申请人:中国商用飞机有限责任公司, 中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院