CN103424149A - 一种橄榄形差压式流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种橄榄形差压式流量计，包括测量管，分别连接在测量管两端的法兰，设置在测量管内的节流元件以及前后隔离设置在测量管管壁上的高压管和低压管，其特征是，所述的节流元件是由一个中间圆柱体和分别与圆柱体左右两端外圆相切的以圆弧为母线的镜像旋转体组成，所述节流元件的左右两端外圆周上还分别均等设置有至少2块导流片。本发明由于采用了橄榄形的节流元件，降低了被测流体的阻力，减小了流体的永久性压力损失，并具有不易积污、不易磨损的特点。另外，由于环形槽道流动能够得到稳定的静压，从而可以提高流量计的测量精度。

Description

一种橄榄形差压式流量计

技术领域

本发明属于管道流体流量的测量技术领域，涉及一种流体流量测量的仪器，尤其涉及一种新型的橄榄形差压式流量计。

背景技术

差压式流量计是根据安装于管道中流量检测件产生的差压、已知的流体条件和检测件与管道的几何尺寸来测量流量的仪表。以节流装置作为检测件的差压式流量计则是其中最广泛应用的一类流量计，称之为节流式差压流量计。其由三部分组成：节流装置、差压变送器和流量显示仪，亦可以由节流装置配以差压计组成。

专利公告号为CN2736741Y的实用新型专利，公开了一种纺锤体流量计。如图1所示，其包括：测量管10，设置于测量管内的类纺锤体节流件20，设置在测量管上，位于测量管与检测件之间的低压管30，从类纺锤体的头部前缘引出的高压管40，还包括用于消除流体流向涡旋的止旋片60，设置在类纺锤体的前部并固定在测量管的内壁上。该专利由于纺锤体的流线型外形，使其对被测流体的阻力减小。在《纺锤体流量计的流场数值模拟》一文中作者将纺锤体流量计与孔板流量计的相对压力损失做了比较，指出当Re>1.6×10⁵后，纺锤体流量计的相对压力损失小于33%，而孔板流量计则大于62%。由此可知，虽然纺锤体流量计的相对压力损失较孔板流量计要小得多，但是纺锤体流量计的相对压力损失比例仍存在有些偏大的缺陷，需要进一步减小和改进。

发明内容

本发明的目的是针对上述纺锤体差压式流量计存在的缺陷，提出一种新型的橄榄形差压式流量计。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种橄榄形差压式流量计，包括测量管，分别连接在测量管两端的法兰，设置在测量管内的节流元件以及前后隔离设置在测量管管壁上的高压管和低压管，其特征是，所述的节流元件由一个中间圆柱体和分别与圆柱体左右两端外圆相切的以圆弧为母线的镜像旋转体组成，节流元件的左右两端外圆周上还分别均等设置有至少2块导流片。

其中，所述圆柱体的直径为

其中D为测量管的内径，β为直径比，β是一个无量纲常数，0.35≤β≤0.85；所述圆柱体的长度为L₂=1～2.5d₁。

所述以圆弧为母线的镜像旋转体的长度为h=1.5～4d₁。

所述以圆弧为母线的镜像旋转体的顶尖部还设有直径为d₂的钝部，d₂=0～0.4d₁。

所述圆弧的圆心位于所述圆柱体端面沿径向向外延伸的平面上，圆弧的半径 $R=\frac{h^2}{d_1-d_2}+\frac{d_1-d_2}{4}.$

所述导流片为4片。

所述节流元件的总长度为L₁=2h+L₂。

所述高压管的取压管口设置在检测件上游的测量管管壁上。

所述低压管的取压管口设置在对应圆柱体中间的测量管管壁上。

本发明的橄榄形差压式流量计较现有技术具有以下优点：

1、由于在流量计中采用了类似于橄榄形的节流元件，使其对流体的阻力减小，从而减小了流体的永久性压力损失。根据实验结果本发明的最大相对压力损失为14.9%，平均不到10%，而现有的纺锤体差压式流量计的相对压力损失为33%，孔板流量计的相对压力损失大于62%。本发明橄榄形流量计的相对压力损失仅为纺锤体差压式流量计的45%，孔板流量计的24%。

2、由于节流元件上圆柱体的设置，使得该差压式流量计中，节流元件与测量管内圆壁之间形成环形槽道流动，流体流向速度几乎不变，从而能获得稳定的静压。

3、由于高压管的取压管口设置在位于节流元件上游的测量管管壁上，从而在使得阻力小的情况下，还能防止流体中的脏物堵塞，从而可应用于对脏污流体的测量。

4、由于导流片的设置，一方面避免了流体的自旋，保证了计量的准确性，另一方面流体在此处由管道流转换为环形通道流，速度增加而压力减小，避免流动分离产生的涡旋运动。

附图说明

图1为现有技术中的纺锤体流量计的结构示意图；

图2为本发明的橄榄形差压式流量计的结构示意图；

图3为本发明中的节流元件2的外形示意图；

图4为图2的A-A剖视图；

图中：1-测量管，2-节流元件，3-低压管，4-高压管，5-导流片。

具体实施方式

下面结合说明书附图进一步详细说明本发明的橄榄形差压式流量计的技术方案。

如图2和图4所示，一种橄榄形差压式流量计，包括测量管1，分别连接在测量管1两端的法兰，设置在测量管1内的节流元件2以及前后隔离设置在测量管1管壁上的高压管4和低压管3，所述的节流元件2的左右两端外圆周上还分别均等设置有4块导流片。所述高压管4的取压管口设置在检测件上游的测量管1管壁上。所述低压管3的取压管口设置在对应圆柱体中间的测量管1管壁上。

如图3所示，为本发明中的节流元件2的外形示意图，所述的节流元件2是由一个中间圆柱体和分别与圆柱体左右两端外圆相切的以圆弧为母线的镜像旋转体组成，其中，所述的中间圆柱体的直径为

其中D为测量管的内径，β为直径比，β是一个无量纲常数，0.35≤β≤0.85；所述中间圆柱体的长度为L₂=1～2.5d₁。所述以圆弧为母线的镜像旋转体的长度为h=1.5～4d₁。所述以圆弧为母线的镜像旋转体的顶尖部还设有直径为d₂的钝部，d₂=0～0.4d₁。所述圆弧的圆心位于所述圆柱体端面沿径向向外延伸的平面上，圆弧的半径

所述节流元件2的总长度为L₁=2h+L₂。

本发明的工作原理如下：

当流体流经节流元件时，流体将被加速，使流体动能增加，同时按照能量守恒定律，在流体被加速处它的静压一定会降低一个相对应的值。压力降和流速之间（或流量之间）具有一定的数学关系。只要知道了这个数学关系，且压力降可以由差压变送器得到，那么就能够得到流体的流量。

本发明的橄榄形差压式流量计的流量计算公式如下：

$q_v=\frac{C\·\mathrm{\ϵ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4}}\×\frac{\mathrm{\π}}{4}{\mathrm{\β}}^2{D}^2\×\sqrt{\frac{2\mathrm{\ΔP}}{\mathrm{\ρ}}}$

$q_m=q_v\×\mathrm{\ρ}=\frac{C\·\mathrm{\ϵ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\β}}^4}}\×\frac{\mathrm{\π}}{4}{\mathrm{\β}}^2{D}^2\×\sqrt{2\mathrm{\ΔP\ρ}}$ 式中：ε为流体的可膨胀系数，对于不可压缩流体ε＝1；对气体、蒸气等可压缩流体ε＜1；q_v为流体的体积流量，m³/s；q_m为流体的质量流量，kg/s；D为测量管的直径，m；β为直径比，

无量纲；ΔP为差压，pa；ρ为流体的密度，kg/m³；C为流出系数，

无量纲，由实验确定。

本发明的橄榄形差压式流量计，由于节流元件2采用了橄榄形的外形，使其对流体的阻力很小，避免了流体流过节流元件后产生大量漩涡的现象，流体流过节流元件后流动的能量可以恢复成压力能，从而最大程度地减小了永久性压力损失。

此外由于橄榄形良好的外形，使之不仅避免了脏物的堆积，同时也不易磨损，延长了流量计的检定周期。

Claims (9)

1.一种橄榄形差压式流量计，包括测量管，分别连接在测量管两端的法兰，设置在测量管内的节流元件以及前后隔离设置在测量管管壁上的高压管和低压管，其特征是，所述的节流元件由一个中间圆柱体和分别与圆柱体左右两端外圆相切的以圆弧为母线的镜像旋转体组成，节流元件的左右两端外圆周上还分别均等设置有至少2块导流片。

2.根据权利要求1所述的橄榄形差压式流量计，其特征是，所述圆柱体的直径为

其中D为测量管的内径，β为直径比，β是一个无量纲常数，0.35≤β≤0.85；所述圆柱体的长度为L₂=1～2.5d₁。

3.根据权利要求1所述的橄榄形差压式流量计，其特征是，所述以圆弧为母线的镜像旋转体的长度为h=1.5～4d₁。

4.根据权利要求1所述的橄榄形差压式流量计，其特征是，所述以圆弧为母线的镜像旋转体的顶尖部还设有直径为d₂的钝部，d₂=0～0.4d₁。

5.根据权利要求1、3或4所述的橄榄形差压式流量计，其特征是，所述圆弧的圆心位于所述圆柱体端面沿径向向外延伸的平面上，圆弧的半径

6.根据权利要求1所述的橄榄形差压式流量计，其特征是，所述导流片为4片。

7.根据权利要求1所述的橄榄形差压式流量计，其特征是，所述节流元件的总长度为L₁=2h+L₂。

8.根据权利要求1所述的橄榄形差压式流量计，其特征是，所述高压管的取压管口设置在检测件上游的测量管管壁上。

9.根据权利要求1所述的橄榄形差压式流量计，其特征是，所述低压管的取压管口设置在对应圆柱体中间的测量管管壁上。

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