CN101750121A - 双曲面平衡流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种流量计，可称双曲面平衡流量计，包括有管道件01，管内节流件02，管内节流件02安装在管道件01的内壁上，导流面03是弧面，包括圆弧面、双曲面，还包括有左取压孔04、右取压孔05，管道件01的两端开有焊接口08，09，用于与外管道用焊接方式连接，或改设置有左法兰盘端口06和右法兰盘端口07，用于与外管道连接，管内节流件02安装在管道件内的方式是管道内嵌式或焊接式。由于导流面03采用了弧面，特别是双曲面，极大地降低了目前孔板或锥形面和斜面节流流量计对流体碰撞而产生的动量损失，大大减小了流量计对流体的阻力，与传统孔板流量计相比，它可以保持管道中流动介质在流动时不产生两相分离变化，较大幅度提高了测量精度。

Description

双曲面平衡流量计
技术领域
本发明属于机械领域，特别是管道中测量流体流量的装置。
背景技术
现有的标准孔板流量计是将标准孔板与差压变送器配套组成的节流式差压流量测量装置，可测量气体、蒸汽、液体及天然气的流量，广泛应用于石油、化工、冶金、电力、供热、供水、供汽等领域的过程控制和流量测量，使用数量最大。
孔板流量计工作原理，是在充满管道的流体流经管道内增设孔板节流装置，在孔板节流元件附近造成边缘收缩，使流速增加，在其上、下游两侧产生静压力差。在已知工况参数的条件下，根据流动连续性原理和伯努利方程可以推导出差压与流量之间的关系而求得流量。
目前使用传统孔板节流装置，其结构虽然简单，但由于边缘节流对流体的突然收缩，带来了不可克服的死区效应：
1.测量量程比非常有限，约为4∶1；
2.差压信号噪声大，导致测量精度和重复性低；
3.孔板节流会使流场不规则，需要很长的直管段整流；
4.水平设置管道时，孔板下端杂质流不过去，易堆积改变管道截面积，不适合测脏污、含杂质和黏稠介质；
5.孔板上、下游涡流导致动能损失，永久压力损失大，浪费能源；
6.孔板节流件锐角内缘很薄，容易磨损，产生测量误差，缩短使用寿命；
7.工程安装现场容易出现装配偏差，方向错误，增加维护量；
8.对于体积容易受温度和压力影响的流体，孔板突然收缩节流会带来死区里流动截面积不稳定，对差压信号产生很大的叠加误差，对与临界状态附近流体，很容易引起相变，造成测量紊乱。
有一种锥形流量计，在流体管道中央放置一节流圆形锥体测量流量，也能较好解决黏稠介质和杂质阻塞问题，并有对称结构，可以缩小直管段，但锥体尾部的紊流很多，相对压损较大，并有结构上的安全隐患的缺陷。
因此，管道流量测量工程需要这样的双曲面环状结构、平衡流线收缩和释放的节流式流量计。双曲面平衡流量计与传统孔板流量计及锥形流量计相比，流体流场分布最稳定、使流体受内部构件的影响产生流通面积和温度、压力的变化降到最低，不会产生两相分离变化，既能很好地节流，又能很好地整流，较大幅度提高了测量精度和重复性，降低了永久压力损失，缩短了直管段要求，扩大了测量量程比，杂质脏污可轻松通过。将孔板流量计和楔式流量计、锥形流量计的优点整合起来，缺点基本克服掉，是很大的技术革新。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种流量计，所述的流量计可以使流体温度和压力的变化对流量计内部构件的影响尽量降到最小程度，使流体碰撞流量计产生的动量损失减小，从而提供更精确更有效的测量数据。
本发明的目的是这样实现的，采用一种流量计，包括管道件01，管内节流件02，管内节流件02安装在管道件01的内壁上，管内节流件02与管道件01同轴设置，其特征在于，管内节流件02的导流面03是弧面，是圆弧面，是双曲面，导流面03是沿自身的轴对称的。
本发明的优点是，由于流量计的管内节流件02的导流面03采用了弧面，特别是采用了双曲面，管内节流件02起内部节流环的作用，导流弧面极大的降低了目前孔板或对接楔形面流量计对流体碰撞而产生的动量损失，大大的减小了流量计对流体的阻力，使整个流量计能更精确更有效的测量数据。本发明的流量计，根据其结构，也可以称为双曲面平衡流量计，与传统孔板流量计相比，是很大的技术革新，它可以保持管道中流动介质在流动时不产生两相分离变化，较大幅度提高了测量精度。
附图说明
图1是本发明的流量计的结构说明图，
图2是本发明的流量计的结构又一说明图，
图3是本发明的流量计的一实施例，称为整体焊接式实施例说明图。
图4是本发明的流量计的另一实施例，带法兰盘端口的实施例说明图。
图5是本发明的流量计的第三个实施例，是管道内嵌式的实施例说明图。
图6是本发明的流量计的第四个实施例，是法兰对夹式的实施例说明图。
具体实施方式
本发明的流量计根据结构可称为一种双曲面平衡流量计，所述流量计安装到流体通过的通道内以便横截所述管道，或安装到连接两相临管道的两个法兰中，通过法兰中孔，与管道相通。
下面结合附图，对本发明的流量计的结构特征作进一步详细说明。
本发明的流量计的结构属于压差式孔板流量计，压差式孔板流量计的结构为本专业技术人员所熟知，因此，这里只给出本发明的流量计的结构一纵剖面图，予以说明。
参阅图1，图1是本发明的流量计的结构说明图，是一纵剖面图。如前所述，图中示出的，也可称为流量计核，是流量计的核心部件，所述流量计核用附图标记1表示，在图4和图5中直接采用了本图的结构，都是用附图标记1表示，所述流量计核包括管道件01，管内节流件02，管内节流件02安装在管道件01的内壁上，管内节流件02与管道件01同轴设置，管内节流件02与管道件01都以管道件01的管道的中心纵轴X-X为轴，同轴设置。
管内节流件02是一个环状向管内突起的突缘，中心有孔，管内节流件02起孔板流量计的孔板作用，中心孔的直径通常用d来表示，管内节流件02的外侧的环状表面的标称直径，通常与管道件01的内径相同，用D表示。流体从管道件01的一端流入，流经管内节流件02的内表面，流经中心孔d，从管道件01的另一端流出。
图中示出，本发明中的管内节流件02的内表面称为导流面03，是一个立体的弧面，图中示出，导流面03的剖面是弧线，弧线具有对称轴Z-Z，此特征表述为，管内节流件02的导流面03是沿自身的轴对称的。对称轴Z-Z与导流面03的剖面的弧线的交点记为B，本剖面图中示出，管道件01的内管面的剖面线E-E都是与管道的中心纵轴X-X互相平行的直线，导流面03的剖面的弧线与管道件01的内管面的剖面线E-E的交点记为边缘点A，连接A与B的直线AB与内管面的剖面线E-E形成的夹角C，也可以看作直线AB与管道的中心纵轴X-X之间形成的夹角C，本发明中，夹角C的角度在30度至60度范围之间选取。
本发明的弧面包括双曲面等的圆弧面的平衡流量计为轴对称结构，像一个横放的沙漏。管内节流件02的导流面03与管道件01的内管面的剖面线E-E所围成的区域为实心体。
参阅图2，图2是本发明的流量计的结构的又一说明图，是将管道件01和管内节流件02两个部件合成一体的结构，图1的结构中，管道件01和管内节流件02是两个分别的部件，即，是两个部件，或看成两个部件，分别制成，本例中，管道件01和管内节流件02是一体结构，是由一块材料加工成的一体部件，作为一个部件，例如，由精模铸造一体铸造成，或，利用一块材料由机械加工一体制造成。其它结构与图1的相同，附图标记也相应地标出了导流面03等，是与图1中示出的主体结构完全相同。
图1和图2所示的结构都属于本发明的内容，下面的实施例中，虽然每例中只采用一种上述结构进行说明，但是，这里说明，上面的两种结构，都适合以下实施例。
参阅图3，图3是本发明的流量计的一实施例，称为整体焊接式实施例说明图。本实施例的主体结构与图1中所示相同，即，中间部分与图1相同，增加了一些结构特征。图中示出，为了测量压差，在管道件01上设置有左取压孔04和右取压孔05，是在管道件01的管壁上开的通孔，通常是小圆孔，或是带内螺纹的小圆孔，以便安装测量仪表，左取压孔04和右取压孔05分别设置在管内节流件02的两侧，稍离开管内节流件02。通常，设置在管内节流件02的两侧的左取压孔04和右取压孔05相对于管内节流件02是对称设置。
为了与外管道连接，本实施例的流量计，管道件01的两端开置有焊接口08，09，用于与外管道用焊接方式连接。焊接口08，09，可以是任何适合对焊连接的焊接口的形式，例如，坡形焊口。
管内节流件02安装固定在管道件01内的方式是管道内嵌式，或是焊接式。本实施例的结构下，通常是焊接式的，也可制造成管道内嵌式的。
本实施例的结构的流量计是完整的可直接利用的结构。
参阅图4，图4是本发明的流量计的另一实施例，带法兰盘端口的实施例说明图。
本实施例的结构，与图3实施例的结构基本相同，主要区别在两端的端口结构，为了与外管道连接，本实施例的流量计，管道件01的两端没有开置焊接口，而是构造成法兰盘，包括有左法兰盘端口06和右法兰盘端口07，左法兰盘端口06和右法兰盘端口07分别设置在管道件01的两端，用于与外管道用法兰盘方式连接。
本实施例的结构中，同样地，还包括有左取压孔04和右取压孔05，左取压孔04和右取压孔05分别设置在管内节流件02的两侧。通常，设置在管内节流件02的两侧的左取压孔04和右取压孔05相对于管内节流件02是对称设置。
同样，本实施例的结构下，管内节流件02安装固定在管道件01内的方式可以是管道内嵌式，或是焊接式。
本实施例的结构的流量计是完整的可直接利用的结构。
参阅图5，图5是本发明的流量计的第三个实施例，是管道内嵌式的实施例说明图。本例中，流量计包括左管道件011、右管道件012，流量计核1，其中，
所述流量计核1是如图1或图2所示的相同的结构包括有管道件01，管内节流件02，管内节流件02安装在管道件01的内壁上，管内节流件02与管道件01同轴设置，管内节流件02的导流面03是弧面。弧面包括圆弧面、双曲面。
与前两个实施例结构有所不同，本例中，管道件01是从中间分开，分成左管道件011和右管道件012，左管道件011和右管道件012相互配合使用，因此具有相同的内直径D，左管道件011和右管道件012相互配合的侧部，分别相对开有环形凹台11、12，凹台11、12的深度和宽度，与图1或图2中所示的流量计核1相互配合，图1或图2中所示的流量计核1嵌入环形凹台11、12的空间中，流量计核1嵌入环形凹台11、12的空间后的状况，与前两个实施例结构中的管道内的状况相同，流量计核1的管内节流件02的导流面03的弧面平的，平滑地连接到左管道件011和右管道件012的内管表面。
本例中，左管道件011和右管道件012上分别设置了左取压孔04和右取压孔05，左法兰盘端口06和右法兰盘端口07，左法兰盘端口06和右法兰盘端口07分别设置在左管道件011的左端和右管道件012的右端，
在左管道件011和右管道件012将流量计核1嵌入环形凹台11、12的空间后，流量计核1是居中设置，设置在左管道件011和右管道件012的正中间，左管道件011和右管道件012焊接连接在一起，构造成完整的流量计。
此外，与前面图1图2所述相同，管内节流件02的导流面03的弧面的纵剖面的内顶点B与同一剖面的边缘点A的连线AB，与管道件01轴线X-X所成的夹角C的角度在30度至60度范围之间选取，管道件01和管内节流件02是两个分别的部件，或是一体结构，是由一块材料加工成的一体部件，由于结构明确，关于角度的附图标记被从图中省略。
参阅图6，图6是本发明的流量计的第四个实施例，是法兰对夹式的实施例说明图。
图6的结构，是结合了上面实施例的特征又形成的一种变化结构，是将大结构分解成小结构，再结合起来，形成完整产品，是一种巧妙变化的结构。
所示流量计包括流量计核1，左法兰盘外管体21、右法兰盘外管体22，左法兰盘31，右法兰盘32，数个紧固件6，两片垫片7，其中，
流量计核1是如图1所示的相同的结构包括有管道件01，管内节流件02，管内节流件02安装在管道件01的内壁上，管内节流件02与管道件01同轴设置，管内节流件02的导流面03是弧面，弧面包括圆弧面、双曲面。
此外，同样地，与前面图1图2所述相同，管内节流件02的导流面03的弧面的纵剖面的内顶点B与同一剖面的边缘点A的连线AB，与管道件01轴线X-X所成的夹角C的角度在30度至60度范围之间选取，管道件01和管内节流件02是两个分别的部件，或是一体结构，是由一块材料加工成的一体部件，由于结构明确，关于角度的附图标记被从图中省略。
左法兰盘外管体21和右法兰盘外管体22都是短管及在短管一个端部设置有圆盘的结构，圆盘上开有法兰盘连接孔4，法兰盘连接孔4通常是圆形通孔，用于与外管道连接，短管的内直径D按需选定，
左法兰盘31和右法兰盘32都是法兰盘的结构，一端是管端，另一端是盘端，在其盘上都分别开有法兰盘取压孔5，法兰盘取压孔5是细的通孔，法兰盘31、32的内孔同样采用内直径D，与短管的内直径D相同，
左法兰盘外管体21的非圆盘端部和左法兰盘31的管端相同轴连接，右法兰盘外管体22的非圆盘端部和右法兰盘32的管端相同轴连接，通常采用焊接连接，分别制成一体，
结构装配顺序从左到右是，左法兰盘外管体21和左法兰盘31的连接一体件，利用盘端，接一片垫片7，再接流量计核1，再接一片垫片7，再利用数个紧固件6，接右法兰盘外管体22和右法兰盘32的连接一体件的盘端，完成装配。
结构装配顺序也可以从右到左，整体结构，总的结构，没有区别。，
也就是说，该实施例是这样实现的，流量计核1例如采用双曲面平衡流量计核1，双曲面平衡流量计核1夹在成对使用的左法兰盘31和右法兰盘32之间，双曲面平衡流量计核1的两个端口分别对应两侧所述两个法兰盘的内孔的端口，即，通口，正好左右两个法兰的端口卡住双曲面平衡流量计1的端口外围，7为垫片，为防止流体溢出，将垫片7置于他们的接口处，也就是，流量计核1的左右两侧设置垫片7，这样，流量计核1便可与两个法兰盘31、32密封式连接。两个法兰盘31、32通过紧固件6固定。两个法兰盘31、32在双曲面平衡流量计1的两侧呈现对称状态，在靠近流量计核1的附近并且在法兰的正上方向，设置两个对称或多个对称的取压孔5以满足测量需要，可外接传感器等。4为法兰螺母孔，作用为连接其他相临法兰。
该实施例双曲面平衡流量计1的连接方式为卡口式，不需要焊接，安装方便，调换自由。
本发明的流量计，根据结构，特别是核心结构，采用双曲面时，可称为双曲面平衡流量计。

Claims (10)

1.一种流量计，包括管道件(01)，管内节流件(02)，管内节流件(02)安装在管道件(01)的内壁上，管内节流件(02)与管道件(01)同轴设置，其特征在于，管内节流件(02)的导流面(03)是弧面。
2.如权利要求1所述的流量计，其特征在于，管内节流件(02)的导流面(03)是圆弧面。
3.如权利要求1所述的流量计，其特征在于，管内节流件(02)的导流面(03)是双曲面。
4.如权利要求1所述的流量计，其特征在于，管内节流件(02)的导流面(03)是沿自身的轴对称的。
5.如权利要求1所述的流量计，其特征在于，管内节流件(02)的导流面(03)的弧面的纵剖面的内顶点B与同一剖面的边缘点A的连线AB，与管道件(01)轴线X-X所成的夹角C的角度在30度至60度范围之间选取。
6.如权利要求1或5所述的流量计，其特征在于，还包括有左取压孔(04)和右取压孔(05)，左取压孔(04)和右取压孔(05)分别设置在管内节流件(02)的两侧，设置在管内节流件(02)的两侧的左取压孔(04)和右取压孔(05)相对于管内节流件(02)是对称设置。
7.如权利要求1或5所述的流量计，其特征在于，管内节流件(02)安装固定在管道件(01)内的方式是管道内嵌式，或是焊接式，或者管内节流件(02)和管道件(01)是一体结构，是由一块材料加工成的一体部件。
8.如权利要求1所述的流量计，其特征在于，管道件(01)的两端开置有焊接口(08，09)，用于与外管道用焊接方式连接，或，管道件(01)的两端设置有左法兰盘端口(06)和右法兰盘端口(07)，左法兰盘端口(06)和右法兰盘端口(07)分别设置在管道件(01)的两端，用于与外管道用法兰盘方式连接。
9.一种流量计，其特征在于，所述流量计包括左管道件(011)、右管道件(012)，流量计核(1)，其中，
所述流量计核(1)包括有管道件(01)，管内节流件(02)，管内节流件(02)安装在管道件(01)的内壁上，管内节流件(02)与管道件(01)同轴设置，管内节流件(02)的导流面(03)是弧面，弧面包括圆弧面、双曲面，管内节流件(02)的导流面(03)的弧面的纵剖面的内顶点B与同一剖面的边缘点A的连线AB，与管道件(01)轴线X-X所成的夹角C的角度在30度至60度范围之间选取，管道件(01)和管内节流件(02)是两个分别的部件，或是一体结构，是由一块材料加工成的一体部件，
所述左管道件(011)和右管道件(012)相互配合使用，具有相同的内直径D，在左管道件(011)和右管道件(012)相互配合的侧部位置，分别相对开有环形凹台(11、12)，凹台(11、12)的深度和宽度，该深度和宽度与所述流量计核(1)尺寸相互配合，所述流量计核(1)被嵌入环形凹台(11、12)的空间中，流量计核(1)嵌入环形凹台(11、12)的空间后，流量计核(1)的管内节流件(02)的导流面(03)的弧面平的，平滑地连接到左管道件(011)和右管道件(012)的内管表面，
左管道件(011)和右管道件(012)上分别设置了左取压孔(04)和右取压孔(05)，左法兰盘端口(06)和右法兰盘端口(07)，左法兰盘端口(06)和右法兰盘端口(07)分别设置在左管道件(011)的左端和右管道件(012)的右端，
在左管道件(011)和右管道件(012)将流量计核(1)嵌入环形凹台(11、12)的空间后，流量计核(1)是居中设置，设置在左管道件(011)和右管道件(012)的正中间，左管道件(011)和右管道件(012)焊接连接在一起，构造成完整的流量计。
10.一种流量计，其特征在于，所述流量计包括流量计核(1)，左法兰盘外管体(21)、右法兰盘外管体(22)，左法兰盘(31)，右法兰盘(32)，数个紧固件(6)，两片垫片(7)，其中，
流量计核(1)包括有管道件(01)，管内节流件(02)，管内节流件(02)安装在管道件(01)的内壁上，管内节流件(02)与管道件(01)同轴设置，管内节流件(02)的导流面(03)是弧面，弧面包括圆弧面、双曲面，管内节流件(02)的导流面(03)的弧面的纵剖面的内顶点B与同一剖面的边缘点A的连线AB，与管道件(01)轴线X-X所成的夹角C的角度在30度至60度范围之间选取，管道件(01)和管内节流件(02)是两个分别的部件，或是一体结构，是由一块材料加工成的一体部件，
左法兰盘外管体(21)和右法兰盘外管体(22)都是短管及在短管一个端部设置有圆盘的结构，圆盘上开有法兰盘连接孔(4)，法兰盘连接孔(4)通常是圆形通孔，用于与外管道连接，短管的内直径D按需选定，
左法兰盘(31)和右法兰盘(32)都是法兰盘的结构，一端是管端，另一端是盘端，在其盘上都分别开有法兰盘取压孔(5)，法兰盘取压孔(5)是细的通孔，法兰盘(31、32)的内孔同样采用内直径D，与短管的内直径D相同，
左法兰盘外管体(21)的非圆盘端部和左法兰盘(31)的管端相同轴连接，右法兰盘外管体(22)的非圆盘端部和右法兰盘(32)的管端相同轴连接，通常采用焊接连接，分别制成一体，
结构装配顺序从左到右是，左法兰盘外管体(21)和左法兰盘(31)的连接一体件，利用盘端，接一片垫片(7)，再接流量计核(1)，再接另一片垫片(7)，再利用数个紧固件(6)，接右法兰盘外管体(22)和右法兰盘(32)的连接一体件的盘端，完成装配。
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