CN104969050B - 湿气体条件中的总压力和总温度测量 - Google Patents

Abstract

本探测器是能够在湿气体条件下测量管或压缩机内的两相流的小型化总压力和总温度探测器(100)。当在湿气体条件中测量时，压力和温度探测器由液相的存在显著地影响。这引起气体性质的测量中的误差，或者不允许测量。该问题通过使探测器还关于限定量的液相准确地测量来解决。不同于标准探测器，此类探测器能够在杯的外侧上生成气体膨胀。这保证了来自杯的流动的液体部分的适当清洗，进行气体的总压力测量。除收集的液体的清洗之外，总温度探测器(100)还具有小型化的杯(1)，以便保护测量元件免于液滴的直接冲击。这容许测量气体的总温度，而不影响流的液体部分。

Description

湿气体条件中的总压力和总温度测量

技术领域

本文公开的主题的实施例大体上涉及湿气体压缩机中的改进，并且具体涉及用以测量与压缩机外壳内的液体混合的热气体的总温度和压力的探测器。

背景技术

用于抽取天然气体的离心压缩机通常必须在湿气体条件中操作，因为抽取的流体包含液相和气相的混合物。离心压缩机的性能通过分散在主气流中的呈液滴形式的液相气体的存在来改变。许多实验已经在受控气体湿度的条件下在离心压缩机上执行，并且结果示出了性能随包含在气流中的液体量水平增加而变化。因此，通常地，液体成分在它们进入压缩机之前与气流分离。这些分离器装置需要相当大量的空间，并且所有分离过程为非常昂贵，尤其是在海底操作的情况下。出于该原因，可利用湿气体直接操作而不需要较重、较大和昂贵的分离器的压缩机的开发在经济上非常有吸引力。在此类类型的压缩机的开发阶段中，主热动力参数如流速、流体速度、气体的总压力和总温度的测量变得对于评估它们的性能非常重要。令人遗憾的是，取决于气体和液体的布局可达到5%的体积百分比的主流中的液滴的存在当使用常规器具时，引起一些热动力参数的测量的误差，尤其是压力和温度，或者完全不允许测量。这归因于如下事实：液滴可沉积在探测器敏感元件上，引起测量中的误差。探测器的入口还可由于液滴的累积而变得阻塞。其它误差由微滴和气体之间利用动量交换的空气动力相互作用引起，该动量交换改变真实气体压力的测量。因此，在湿气体条件中，特别是在离心压缩机的外壳内的热动力参数的测量不是容易的任务。对于关于温度测量的，微滴在探测器的表面上的冲击和从探测器表面吸热的可能蒸发导致温度读数低于真实气体温度。测量湿气流的压力和温度的尝试依靠用以防止通过探测器的内部隔间的液体溢流或避免探测器的入口孔口堵塞的方法。探测器的溢流可通过使用输出孔口部分地解决。对于塞住，发现的解决方案依靠几何形状和用于可使用亲水材料制成的探测器的孔口的材料。在该最后的解决方案中，需要一旦充满水就替换亲水材料。其它解决方案预见到具有特别复杂的几何形状的探测器，具体是皮托管类型，或依靠主动系统的实施，像加热输入孔口来使微滴蒸发加速。在任何情况下，这些或其它更复杂的解决方案不适用于离心压缩机，或无论如何仅工作用于液相质量的低百分比。此外，未发现可小型化来用于在压缩机内测量的探测器。迄今为止，还未开发出可克服描述的问题的特定探测器。由于没有能够提供准确数据的仪器，故总压力或总温度的测量不论它们的实用性，目前都未在湿气体条件中操作的压缩机的性能测试期间执行。小型化和可靠的探测器可为能够在湿气体条件下操作的压缩机的开发中的又一步。此类探测器的实现因此高度需要。

发明内容

因此，一般需要实现可在湿气体条件下，也在气流中的液体质量的高百分比值下准确地测量总压力或总温度的探测器。更具体而言，需要实现小型化探测器，其能够测量在湿气体状况中工作的离心压缩机中的总压力或总温度。

因此，本发明的第一方面为探测器。

根据其实施例，一种用于测量两相湿气流的总压力或总温度的探测器包括柄、柄的顶部上的末梢、用作形成在末梢中的护罩的杯，杯具有大体上垂直于柄的纵轴线的纵轴线并且具有垂直于其纵轴线的、在进入的湿气流旁边的开启前端和相对侧上的闭合后端、定位在杯内用作进入的湿气流的压力或温度测量装置的至少一个管或一个热元件、穿过杯的壁的至少一个孔，以及器件，其用以使围绕杯流动的湿气体加速，由此压力降低在所述至少一个孔附近产生，以从杯内侧吸入液体，该液体形成湿气流的相。

本发明的第二方面在于一种用以测量两相湿气流的总压力和温度的方法。

根据其实施例，一种用以测量两相湿气流的总压力或温度的方法包括：

使用设有杯的探测器，其中两相气流可减慢直至静止，

在杯周围产生压降，以及

通过形成在杯的壁中的一个或更多个孔从杯内侧吸入形成两相中的一个的液体。

有利的是，用以在探测器周围产生压降的器件由至少一个喷嘴构成，该至少一个喷嘴具有平行于杯的纵轴线的纵轴线。

本发明的第三方面为一种用于测量离心湿气体压缩机的性能的系统。

根据其实施例，一种用于测量离心湿气体压缩机的性能的系统包括置于压缩机内的小型化探测器，用于测量载有液体微滴的气流的总压力和总温度；探测器设有杯，其中气流可减慢直至静止，并且设有器件，其用以在杯周围产生压降，以便通过形成在杯的壁中的一个或更多个孔从杯内侧吸入液滴。

附图说明

本发明的另外的特征和优点将鉴于通过非限制实例的方式借助于附图示出的一些优选但非排他的实施例的详细描述变得更显而易见，在该附图中：

图1代表探测器的入口处的气流管线和液滴的轨迹；

图2代表根据本发明的探测器的正视图；

图3代表根据另一个实施例的探测器的正视透视图。

图4代表根据第三实施例的探测器的正视透视图。

图5代表探测器的后视透视图，示出了锥形喷嘴和清洗孔。

图6代表用于测量温度的探测器的正视图。

具体实施方式

示例性实施例的以下描述提到了附图。不同图中的相同的附图标记表示相同或相似的元件。以下详细描述并未限制本发明。实际上，本发明的范围由所附权利要求限定。

说明书各处提到的"一个实施例"或"实施例"意思是结合实施例描述的特定特征、结构或特点包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，短语"在一个实施例中"或"在实施例中"在整个说明书的不同位置的出现不一定是指相同实施例。此外，特定的特征、结构或特点可以以任何适合的方式组合在一个或更多个实施例中。

图1代表由探测器(1)的入口处的液滴与气体之间的相互作用产生的复杂三维流场(Dussourd Jules L, Shapiro, Ascher H. :"A deceleration probe for measuringstagnation pressure and velocity of a particle - laden gas stream"，JetPropulsion，1957年1月，24到34页)。该相互作用伴有液滴与气流之间的动量交换。探测器中的气压不同于没有液体的情况下将测得的气压，实际上，其不但由于产生的驻点而增大，而且因为气体与液滴之间的相互作用。大体上，液滴具有动量损失，并且这引起气相中的总压力的增大。微滴由于其较大的惯性，趋于以速度的小变化按直线继续。在横跨气体流线时，微滴经历阻力。减速力和径向向外的力两者强加在微滴上。微滴不但减速，并且朝探测器的内壁迁移离轴线。在本发明中，通过使气体穿过锥形喷嘴来在探测器外人工地加速气流，该锥形喷嘴在面对进入气流的侧部处具有较大的大小。在另一侧处，喷嘴终止于一个或更多个孔附近，该孔使探测器的内部与外部连通，并且通过该孔，位于探测器内的液体的颗粒由由此产生的压力降低吸到外部。参照图2，根据这些布置的探测器被表示。大体上以100指示的探测器从进入的湿气流的侧部看到。探测器由在其顶部处具有末梢4的柄5构成。在前端处开启且在后端处闭合的在用作护罩的末梢4内的杯1将使湿气流减速，产生停滞压力区。在杯1内静止的气体的静止压力的测量值等于气流的总压力的值。静压力由定位在杯内的管2测量。在杯的侧部上的两个喷嘴3和穿过位于喷嘴3的出口处的杯的壁的适合设计的清洗孔6将能够从杯抽取液体，并且同时保证执行总压力测量所需的必要压力恢复。在该实施例中，末梢4具有椭圆形状，并且杯1和喷嘴3形成在末梢4内。关于总温度探测器，清洗系统相同。在该情况下，见图6，然而，小型化的护罩7用于保护测量元件免受直接的微滴冲击。由于探测器杯1和一个或更多个清洗孔6设计成保证气体温度恢复，故测得的温度为气体的总温度。杯1内的管2以如下方式定位成使得它们的开口端与气流相切，并且不在杯壁附近。从杯内，管延伸到柄中，直至压力换能器。作为压力管的备选方案，温度敏感元件和数据收集系统可容纳在柄中，以制作总温度探测器。图3示出了另一个实施例，其中末梢4为圆柱形并且与杯1重合，并且两个会聚喷嘴3附接于杯的外壁。图4中代表另一个实施例，其中单个喷嘴3由柄中的孔口形成。图5示出了探测器的后视图，其中孔6和喷嘴3为明显的。喷嘴具有大体上半圆锥形，其成锥形，具有从气体的入口到其中产生压力降低的清洗孔6附近的出口端口的减小大小。喷嘴的几何形状可变化，但其必须保证产生清洗孔附近的压力降低所需的流动加速。明显的是，喷嘴的使用是获得压降的唯一方式，获得孔附近的相同压降和能够从杯内吸入液体的任何其它布置落入本发明的范围内。这些探测器的另一特征为大约几毫米的它们的大小；以该方式，它们可容易地配合在压缩机内的任何适合测量位置内。不同于标准探测器，本发明的探测器能够在杯的外侧上生成气体膨胀。这确保了来自杯的气流的液体部分的适合清洗，因此产生了可能的可靠气体总压力测量。本发明的探测器的小型化和它们的可靠性使得它们适于在湿气体条件中的性能测试期间用于压缩机内的总压力和总温度准确测量的它们的使用。迄今为止，该类型的测量由于没有能够提供准确数据的仪器而并未在湿气体压缩机的性能测试期间执行。本发明可为能够在湿气体条件中操作的压缩机的开发中的又一步。

Claims (11)

1.一种用于测量两相湿气流的总压力或总温度的探测器，其包括柄、所述柄的顶部上的末梢，其中用作护罩的杯形成在所述末梢中，所述杯具有垂直于所述柄的纵轴线的纵轴线，并且具有垂直于所述杯的纵轴线的、在进入的湿气流侧部的开启前端和在相对侧上的闭合后端、定位在所述杯内用作所述进入的湿气流的测量装置的至少管或热元件、穿过所述杯的壁的至少一个孔，以及器件，其用以使围绕所述杯流动的湿气体加速，由此压力降低在所述至少一个孔附近产生以从所述杯内侧吸入液体，其形成所述两相湿气流的液相。

2.根据权利要求1所述的探测器，其特征在于，用以产生压力降低的器件包括至少一个喷嘴，该喷嘴的纵轴线平行于所述杯的纵轴线。

3.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述末梢为圆柱形，并且所述杯与所述末梢重合，并且所述至少一个喷嘴定位在所述杯的外表面附近，所述杯的外表面形成所述喷嘴的壁。

4.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述末梢为椭圆形，并且所述至少一个喷嘴在所述椭圆形的长轴线的侧部上邻近所述杯形成在末梢中。

5.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述杯与所述末梢重合，并且所述至少一个喷嘴在所述杯附近形成在所述柄中。

6.根据权利要求2所述的探测器，其特征在于，所述至少一个喷嘴大致为半圆锥形，并且沿其纵轴线成锥形，在所述进入的湿气流的侧部上具有较大孔口。

7.根据任一前述权利要求所述的探测器，其特征在于，为了测量总温度，小型化的护罩用于保护所述测量装置免于直接微滴冲击。

8.根据权利要求1-6任一项所述的探测器，其特征在于，所述杯内的至少一个测量管以如下方式定位成使得其开启端与所述湿气流相切，并且并未邻近所述杯的壁，并且具有平行于所述柄的纵轴线延伸到所述柄中的部分。

9.根据权利要求1-6任一项所述的探测器，其特征在于，所述管使其开启端与所述柄的端部处的换能器和数据收集系统连接。

10.一种用以测量两相湿气流的总压力和总温度的方法，包括：

使用设有杯的探测器，其中所述两相湿气流可减慢直至静止，

在所述杯周围产生压降，以及

通过形成在所述杯的壁中的一个或更多个孔从所述杯内侧吸入形成所述两相湿气流中的一个液相。

11.一种用于测量离心湿气体压缩机的性能的系统，包括置于所述压缩机内用于测量载有液体微滴的气流的总压力和总温度的小型化探测器，所述探测器设有杯，其中所述气流可减慢直至静止，并且设有器件，其用以在所述杯周围产生压降，以便通过形成在所述杯的壁中的一个或更多个孔从所述杯内侧吸入所述微滴。