CN105510627B - 用于测量由流体构成的流的参数的流动测量装置 - Google Patents

用于测量由流体构成的流的参数的流动测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于测量由流体构成的流的参数的流动测量装置，所述流体在管道中的主要流方向上流动，所述装置具有：用于将流体引导出主要流方向的第一管段；用于将流体引导返回到主要流方向的第二管段；用于将第一管段与第二管段连接的管道连接部分；至少一个用于发送和/或接收超声波的超声波装置；以及，用于执行传播时间差测量和用于确定参数的评估单元，其中设置了至少一个旋流生成单元用于产生旋流，所述单元布置在第一管段之后，使得产生的旋流被定向在以下方向上，即与在第一管段之后和在旋流生成单元之前存在的旋流的方向相反的方向。

Description

用于测量由流体构成的流的参数的流动测量装置
技术领域
本发明涉及一种流动测量装置，其用于测量由流体构成的流的参数，所述流体在管道中的主要流方向上流动。
背景技术
为了确定管道(优选管)中流体的流通速度，除了各种物理原理外还使用超声波，其被发送到管道中。借助传播时间差法可确定流动的流体的参数并从而确定流的参数。
在这种情况下，由一对超声波装置，特别是超声波换能器发送并接收超声波，其中超声波装置与主要流方向或流体的流动倾斜彼此相对地布置在测量路径端部处的管道壁上。
由流体输送的超声波在流方向上加强并且在与流方向相反的方向上减弱。将得到的传播时间差用几何量换算成流体的平均流速，从中确定流动的流体的参数，例如工作体积流量或类似参数。
重要的和要求高的应用领域为天然气管道的煤气表，在这里由于输送的气体量和原料价值巨大，故测量精度中最微小的偏差就对应于显著可观的价值。上述流动测量装置在巨大气体量测量领域因其准确性、免维护性和自诊断能力而越来越多地在气体输送和气体存储方面使用。
因为超声波测量路径仅扫描在定义位置处的流速，所以最终粗略估计出通过整个流动截面的平均流速。因此，高准确性只有在下述情况下才能实现，即流可以很好地再现，或具有不受干扰的流轮廓的情况或者多个测量路径可解决不规则的情况。为了实现高准确性，可以针对性地影响流轮廓，例如通过稳流器或长而直的入口部分来影响。但是稳流器仅有限地使流均匀化，而且长而直的入口部分需要大量的安装空间且并不总是可供使用的。在多个测量路径上测量需要高昂制造成本的相应复杂的测量设备。
除了超声波测量技术外，还使用机械的涡轮测量仪或转子测量仪来测量气体。
流的形成对于机械测量而言，很大程度上是不相关的，从而使得对原来流和流动方向的扰动可以很容易被接受。相反，对于超声波测量仪而言，始终只有在经过长且优选直的稳定距离后才进行安装，从而可使流均匀，并且还通过稳流器来辅助。此外，超声波测量仪本身还被安装和构造成使得流可以尽量自由且不受干扰地流动。
为了避免这些限制，EP 2 375 224 A1中公开了一种流动测量装置，在其中将流体从管道中的主要流方向上转向至例如喷嘴形式的上部。这通过特别的导流装置来实现，其包含180°的圆弧，该圆弧又绕其垂直轴转动45°。通过这种方式可独立于流动测量装置上游的管段来测量流，从而非常可再现地进行测量。
由此可实现紧凑的流动测量装置并且其流场的抗扰性相当高。
当流经各个弧段时，流体经历了多次流偏转，其可致使流体一次或多次脱离管壁，即所谓的分离气泡。这种分离气泡对流场上游的变化高度敏感，并且会影响下游的流场。
发明内容
本发明的任务在于，改进流动测量装置，使得可允许在结构上相同的流动测量装置的不同试样的测量再现性得以改进并从而可允许所述装置相对于流中分离效果的灵敏度降低。
根据本发明，该任务通过根据本发明的流动测量装置得以实现。
在这种情况下，流动测量装置被用于测量由流体构成的流的参数，所述流体在管道中的主要流方向上流动，该流动测量装置具有：用于将流体引导出主要流方向的第一管段；用于将流体引导返回到主要流方向的第二管段；用于将第一管段与第二管段连接的管道连接部分；至少一个用于发送和/或接收超声波的超声波装置；以及，用于执行传播时间差测量和用于确定参数的评估单元，其中设置了至少一个旋流生成单元(Drallerzeugungseinheit)，用于产生旋流，该单元布置在第一管段后面，从而使得产生的旋流以如下方向定向，即与在第一管段之后和旋流生成单元之前存在的旋流方向相反的方向。
根据本发明的解决方案具有的优点在于，通过在流动测量装置内简单且低成本的改变使得在测量点前方的流的再现性得以改善。此外，流场经过改进的均质化可以很容易被实现。
根据一个优选的实施例，旋流生成单元具有圆柱形的壳体和许多布置在该壳体内的叶片，其中叶片相对于壳体是固定的。
根据另一个优选的实施例，旋流生成单元被布置在第一管段之后和管道连接部分之前。
根据另一个优选的实施例，超声波装置在流体的流方向上布置在旋流生成单元之后。
根据另一个优选的实施例，管道连接部分被构造成180°圆弧，并且与第一直管件和第二直管件一起构成U形通道，其中第一直管件位于第一管段与管道连接部分之间且第二直管件位于管道连接部分与第二管段之间。
根据另一个优选的实施例，旋流生成单元布置在第一直管件中且超声波装置布置在第二直管件中。
根据另一个优选的实施例，U形通道按可从第一管段和第二管段分离的方式来固定。这样一来有利的是，使具有旋流生成单元和超声波装置的流动测量装置部分快捷且简单地与流动测量装置的纯导流部分分离，以便在必要时更换旋流生成单元或超声波装置。
根据另一个优选的实施例，旋流生成单元被构造成倚靠着第一直管件的内壁引导流体。
本发明优选的实施形式和改进形式以及其它优点在后续说明书和附图中获悉。
附图说明
下面借助实施例并且参考附图对本发明进行详细阐述。图中显示：
图1为公知流动测量装置在操作状态下的示意图；
图1a为根据图1所述的公知流动测量装置的三维外观图；
图2为根据本发明所述无入口或出口部分的流动测量装置沿平面A-A的三维纵剖视图；
图3为根据本发明所述旋流生成单元优选实施例的三维前视图；以及
图3a为根据图3所述旋流生成单元的三维后视图。
具体实施方式
图1示出了流体管道L中公知流动测量装置1的示意性布置，以便确定操作状态下由流体F构成的并且位于管道L中的流的参数。
流动测量装置1具有第一管段L1和第二管段L2。第一管段L1将流动的流体F从主要流方向引入流动测量装置1中并从而主要用作流动测量装置1的入口部分。第二管段L2将流动的流体F从流动测量装置1引导返回到管道L中的主要流方向上并从而主要用作流动测量装置1的出口部分。
管道连接部分LV的用途在于，将第一管段L1与第二管段L2相连。管道连接部分LV在这里优选被构造成180°圆弧并且与第一直管件和第二直管件LS1和LS2一并构成流动测量装置1的U形通道，所述管件将在下面进行更详细的描述。
在流体F从主要流方向从管道L流出通过流动测量装置1并且又返回到管道L中的主要流方向时，确定通过至少一个超声波装置2的流体F或流的参数，所述超声波装置2位于与所示评估单元2a相对的一侧并且位于第二直管件LS2的内壁上并且发送和/或接收超声波，而且所述超声波装置2的评估单元2a会实施传播时间差测量。超声波装置2特别布置在U形通道的第二直管件LS2上，从而使得流体的流可以在设置了超声波装置2的所谓测量路径之前均匀化，目的在于使测量(特别是测量精度)的干扰最小化。
借助图1a更加详细地描述流体F流经流动测量装置1。在这种情况下，图1a示出了公知流动测量装置1的三维外观图。
用箭头线示意性示出了流体F流经流动测量装置1。
在第一管段L1中将流体F从管道L中的主要流方向侧向转向90°。在偏转后立即在第一直管件LS1中垂直于主要流方向将流体F向上引导。这时，流体F作螺旋式运动从入口进入第一管段L1直达出口从第一管段L1流出。
在流动穿过第一直管件LS1后，流体F在管道连接部分LV的180°圆弧中转向相反的方向，流体在此方向上流动穿过第二直管件LS2，其中第二直管件LS2被布置成与第一直管件LS1平行，从而使得第一直管件和第二直管件LS1和LS2连同管道连接部分LV的180°圆弧一并构成流动测量装置1的U形通道。
在第二直管件LS2之后，流体F流进第二管段L2并且同样以螺旋式运动被重新引回到管道L中的主要流方向。
由于流动测量装置1的第一管段L1中的流体F的流多次转向，并且特别由于流体F在从第一管段L1出来之后作螺旋式运动在流体F的流中形成了旋流DR1。
多次偏转以及特别是在第一管段L1之后存在的旋流DR1特别使得在第一管件LS1内侧的内壁上以及在第二管件LS2内侧的内壁上形成未被示出的分离气泡，其中第一管件紧靠第一管段L1之后，第二管件紧靠管道连接部分LV之后。
如图2所示，根据本发明，在整流器G前面设置了至少一个旋流生成单元DE，用于产生旋流DR2。整流器G被特别用作旋流消除器，并确保在测量路径延伸的地方存在尽量均匀的流。在这里，图2示出了在没有第一和第二管段L1和L2的情况下根据本发明的流动测量装置1的沿平面A-A的三维纵剖视图。
根据示出的优选实施例，旋流生成单元DE设置在第一管段L1之后并且在管道连接部分LV之前，特别是在第一管段L1与第一直管件LS1之间的过渡区域。
根据本发明，旋流生成单元DE布置在第一管段L1之后，使得产生的旋流DR2被定向在方向R2上，该方向R2与在第一管段L1之后并且在旋流生成单元DE之前存在的旋流DR1的方向R1相反。
这也就是说，直观地在示出的优选实施例中，在第一管段L1之后存在的旋流DR1的方向R1为顺时针方向。通过本发明所述旋流生成单元DE的布置，使得现有旋流DR1的方向R1反转并在相反方向上定向，结果产生的旋流DR2具有逆时针方向R2。
这样一来就阻止或消除了分离气泡。
优选地，将超声波装置2在第二直管件LS2中流体F的流方向上布置到旋流生成单元DE之后。由此有利地将沿着超声波装置2之前的测量路径的流均匀化，并且免于或减少干扰流动测量装置1的测量特性的脱离。
因此，优选地将旋流生成单元DE布置在第一直管件LS1中并将超声波装置2布置在第二直管件LS2中。
旋流生成单元DE具有圆柱形的壳体11和许多布置在壳体11内部的叶片12，如图3和3a所示。
叶片12在这里相对壳体11固定，使得叶片12捕获从第一管段L1出来时流中存在的旋流DR1并且根据本发明相应于叶片12的方向使其反向进入与原方向R1相反的方向R2。这样就在旋流生成单元DE后面产生了具有相反方向R2的旋流DR2。
叶片12在圆柱形的壳体11中间通过轮毂13相互连接。轮毂13从圆柱形的壳体11突出伸进流体F的流中，从而使得轮毂13可首先接触流体F。
因此，具有叶片12的轮毂13基本上相当于涡轮机的导轮，或者旋流生成单元DE充当旋流产生器。
此外，根据管道L中流体F的流条件设计旋流生成单元DE。这也就是说，特别基于管道L中的流率、压力、流动的流体F的集中状态和/或流动测量装置1的安装来设计相应的旋流生成单元DE，从而使得可选择叶片12的形状和/或叶片12的数量。
图3a示出了根据本发明所述旋流生成单元DE优选实施例的三维后视图，其具有9片叶片12，从而将圆柱形的壳体11分成了9段。
叶片12的数量和旋流生成单元DE的尺寸可以有利地与流动测量装置1的尺寸匹配。
此外，根据优选的实施例，流动测量装置1的由管道连接部分LV和两个直的第一和第二管件LS1及LS2组成的U形通道可用第一管段L1和第二管段L2可分离地固定。
这样一来，流动测量装置1的U形通道或流动测量装置1影响和测量流轮廓的区域很容易与无磨损的第一管段和第一管段L1和L2分离，从而使得可简单且低成本地维护、修理或更换流动测量装置1的U形通道。
此外，还可用简单的方式将旋流生成单元DE置入或扩展进流动测量装置1中。
参考标记列表
1 流动测量装置
2 超声波装置
2a 评估单元
11 圆柱形的壳体
12 叶片
13 轮毂
DE 旋流生成单元
DR1 存在的旋流
DR2 产生的旋流
F 流体
G 整流器
L1 第一管段/入口部分
L2 第二管段/出口部分
LV 管道连接部分
LS1 第一直管件
LS2 第二直管件
R1，R2 旋流的方向

Claims (11)

1.一种流动测量装置(1)，其用于测量由流体(F)构成的流的参数，所述流体(F)在管道(L)中的主要流方向上流动；所述流动测量装置(1)具有：
第一管段(L1)，其用于将流体引导出所述主要流方向；
第二管段(L2)，其用于将流体引导返回到所述主要流方向；
管道连接部分(LV)，其用于将所述第一管段(L1)与所述第二管段(L2)连接；
至少一个超声波装置(2)，其用于发送和/或接收超声波；以及
评估单元(2a)，其用于执行传播时间差测量和用于确定所述参数，
其特征在于，至少一个旋流生成单元(DE)，其用于产生旋流，所述至少一个旋流生成单元(DE)布置在所述第一管段(L1)之后，使得产生的旋流(DR2)被定向在以下方向(R2)上，即与在所述第一管段(L1)之后和在旋流生成单元(DE)之前存在的旋流(DR1)的方向(R1)相反的方向。
2.如权利要求1所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述旋流生成单元(DE)包括圆柱形的壳体(11)和布置在所述壳体(11)内的多个叶片(12)，其中所述叶片(12)相对于所述壳体(11)是固定的。
3.如权利要求1所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述旋流生成单元(DE)布置在所述第一管段(L1)之后并且在所述管道连接部分(LV)之前。
4.如权利要求2所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述旋流生成单元(DE)布置在所述第一管段(L1)之后并且在所述管道连接部分(LV)之前。
5.如权利要求1-4中任一项所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述超声波装置(2)在流体(F)的流方向上布置在所述旋流生成单元(DE)之后。
6.如权利要求1所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述管道连接部分(LV)被构造成180°圆弧，并且与第一直管件(LS1)和第二直管件(LS2)一起构成U形通道，其中所述第一直管件(LS1)位于所述第一管段(L1)与所述管道连接部分(LV)之间且所述第二直管件(LS2)位于所述管道连接部分(LV)与所述第二管段(L2)之间。
7.如权利要求6所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述旋流生成单元(DE)布置在所述第一直管件(LS1)中，并且所述超声波装置(2)布置在所述第二直管件(LS2)中。
8.如权利要求6所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述U形通道以能够从所述第一管段(L1)和第二管段(L2)分离的方式来固定。
9.如权利要求7所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述U形通道以能够从所述第一管段(L1)和第二管段(L2)分离的方式来固定。
10.如权利要求6所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述旋流生成单元(DE)被构造成倚靠着所述第一直管件(LS1)的内壁引导所述流体(F)。
11.如权利要求7所述的流动测量装置(1)，其特征在于，所述旋流生成单元(DE)被构造成倚靠着所述第一直管件(LS1)的内壁引导所述流体(F)。
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