节流元件-多孔动压探针组合式双相流量干度计的制作方法

专利名称:节流元件-多孔动压探针组合式双相流量干度计的制作方法
本实用新型属于双相流体流量干度测量仪表。
在动力、化工、石油和核能等工程领域中，人们常常会遇到汽(气)液双相流体流动。如何精确地同时测定汽(气)液双相流体的两个重要参数——流量和干度，一直是人们试图解决的问题。在这种双相流的双参数测量中，由于有两个未知数，因此人们常常采用两种特性不同的测量元件组合在一起，以实现同时测量汽(气)液双相流的流量和干度。目前这方面的仪表有孔板与齿轮流量计的组合，它仅适用于低压、高粘性的汽(气)液双相流体；双园缺孔板的组合，它的测量误差较大，平均误差为30％，最大可达100％；扰流子与文丘利管的组合，这种仪表由于扰流子本身难以实现标准化，且易变形或断裂，使用受到限制；γ射线密度计与毕托管(或靶式流量计)的组合，这种仪表成本高，操作烦琐且测量精度不高，工业上也难以推广应用。本实用新型针对以上问题，提出采用节流元件(孔板、文丘利管或喷咀)与多孔动压探针(笛形管亦称均速管，或毕托管)的组合，可同时精确地测量汽(气)液双相流的流量和干度。
图1为孔板——多孔动压探针组合式双相流量干度计及其测量方法示意图。图2为文丘利管——多孔动压探针组合式双相流量干度计及其测量方法示意图。图中(1)为均速管全压孔；(2)为均速管静压孔；(3)为孔板；(4)为孔板法兰；(5)为法兰测量孔；(6)为被测管状物；(7)、(8)为差压变送器；(9)为压力变送器；(10)为微型计算机；(11)为静压测量孔；(12)为连接法兰；(13)为文丘利管；(14)为文丘利管测压孔。
图3为笛形管横截面的几种形状。图中(15)为园形；(16)为椭园形；(17)为棱形；(18)为梯形；(19)为倒梯形。
图4为孔板透镜垫结构示意图。图5为整体式文丘利管结构示意图。
本实用新型的要点是，分别用一个节流元件和多孔动压探针作为测量元件。节流元件可以是孔板、文丘利管或喷咀。多孔动压探针可以是笛形管(亦称均速管)或毕托管。节流元件与多孔动压探针的前后安装次序对测量结果没有影响，只要二者保持足够的距离(一般≥15D，D为被测管道内径)。孔板可采用标准孔板或非标准孔板。高压时，可采用孔板与透镜垫整体加工的结构(如图4所示)。孔板的取压方式可以是角接取压或远离孔板取压(例如孔板前2.5D，孔板后8D、10D等)。文丘利管采用渐缩和渐扩部分整体加工的结构(如图5所示)。喷咀为普通的喷咀，笛形管上的全压孔按等面积环原则布置；静压孔开在笛形管背面(如图1所示)。当被测管道直径较小时，笛形管的静压孔也可直接开在被测管道壁面上，或采用普通的毕托管作为动压探针。
节流元件和多孔动压探针通常采用黄铜或不锈钢等材料制成。该双相流量干度计在使用时，应保证引压管内充满单相的液体。具体的测量步骤是通过压力变送器和差压变送器分别测得管内系统压力P，节流元件前后压差ΔP，多孔动压探针的压差ΔPa，由微型计算机直接计算并显示出被测双相流体的流量和干度。因为在一定压力P下，节流元件测得的ΔPo和多孔动压探针测得的压差ΔPa都是两相流体的流量M和干度x的函数，即ΔPo＝fo(M，x)，ΔPa＝fa(M，x)。但ΔPo反映的是两相流体通过节流元件时的加速压降(在远离孔板取压的情况下，反映的是两相流体通过孔板时的局部阻力损失与管道摩擦阻力之和)，而ΔPa反映的是两相流体的动压。所以，函数fo与fa有着完全不同的形式，且它们是相互独立的。故根据P，ΔPo和ΔPa即可测出M和x值。
本实用新型结构简单，工作可靠，易实现标准化，在较大的压力变化范围内均能连续进行测量，测量误差小于5％；各测量值可用微型计算机处理并自动记录。
实施例1应用本实用新型测量空气——水两相流。采用孔板——笛形管组合。被测管道内径D＝25毫米；管内工作压力1个大气压。孔板和笛形管均用黄铜制成。孔板开孔截面比m＝0.25；采用角接取压。孔板与笛形管相距15D。
根据下列关系式(1)和(2)，在测得ΔPo，ΔPa和工作压力P后可算出干度x和双相流体流量M。
x＝0.11185( (ΔPo)/(ΔPa) )－2.34608 (1)
M =aFm2ρL△ PO［2.17015+x(1.11268ρLρG-2.17015 ］(2)]]>式中M——双相流体流量，公斤／秒；x——双相流体干度；a——孔板的流量系数，等于0.6345；ρL——水的密度，根据工作压力及温度算出，公斤／米3；ρG——空气的密度，根据工作压力及温度算出，公斤／米3；m——孔板开孔截面比，等于0.25；F——被测管道流通截面积，米2；ΔPo和ΔPa的单位是帕斯卡。
实施例2应用本实用新型测量水蒸气——水的双相流。采用孔板与笛形管组合。被测管道内径D＝67毫米；管内工作压力127个大气压，孔板和笛形管均用不锈钢制成。孔板采用角接取压方式；孔板与笛形管相距15D。
根据下面关系式(3)、(4)，在测得ΔPo和ΔPa后即可算出干度x和双相流体流量M。
x＝1.3932316－0.042417639( (ΔPo)/(ΔPa) )
M＝1.127323201△ρa0.281888934+17.7094191x(4)]]>式中M——被测双相流体流量，吨／时；x——被测双相流体干度；ΔPo和ΔPa的单位是毫米水柱。
实施例3应用本实用新型测量水蒸汽——水双相流。采用文丘利管与笛形管组合。文丘利管和笛形管均用不锈钢制成。被测管道内径D＝67毫米；工作压力127个大气压。
根据下面关系式(5)、(6)，在测得ΔPo和ΔPa后即可算出干度x和双相流体流量M。
M＝0.16151 △ PO-0.32524 △ Pa(5)]]>x＝6.6731×10－3＋0.05445( (△Pa)/(M2) ) (6)式中M——双相流体的流量，吨／时。
x——双相流体的干度；ΔPo和ΔPa的单位为毫米水柱。
权利要求
1.一种由二个不同特性测量元件组合起来的双相流量干度计，其特征在于由一个节流元件和一个多孔动压探针构成。节流元件和多孔动压探针保持适当距离置于被测管状物内；节流元件可以在多孔动压探针前或在其后。
2.一个按照权利要求
1所述的双相流量干度计，其特征在于节流元件是孔板，而多孔动压探针是笛形管(亦称均速管)或毕托管。
3.一个按照权利要求
1所述的双相流量干度计，其特征在于节流元件是文丘利管，而多孔动压探针是笛形管(亦称均速管)或毕托管。
4.一个按照权利要求
1所述的双相流量干度计，其特征在于节流元件是喷咀，而多孔动压探针是笛形管(亦称均速管)或毕托管。
5.按照权利要求
2、3或4所述的笛形管，其特征在于笛形管的横截面是园形(15)，椭园形(16)，棱形(17)，梯形(18)及倒梯形(19)，笛形管可用黄铜或不锈钢制成。
6.按照权利要求
2、3或4所述的笛形管，其特征在于笛形管上的全压孔按等面积环的原则布置，静压孔开在其背面或直接开在被测管道的壁面上。
7.按照权利要求
2所述的孔板，其特征在于孔板与透镜垫整体加工而成。
8.按照权利要求
3所述的文丘利管，其特征在于文丘利管的渐缩和渐扩部分整体加工而成。
专利摘要
本实用新型采用节流元件与多孔动压探针组合的方式，实现同时测量双相流体的流量和干度，节流元件可以是孔板、文丘利管或喷嘴；多孔动压探针可以是笛形管(亦称均速管)或毕托管。该实用新型结构简单，工作可靠，易实现标准化，在较大的压力变化范围内均能连续测量，测量误差＜5％；各测量值可用微型计算机处理并自动记录。
文档编号G01F1/34GK86203508SQ86203508
公开日1987年9月9日 申请日期1986年5月23日
发明者林宗虎, 王栋, 申国强 申请人:西安交通大学