CN1055995C - 流体计量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种流体计量装置，它包括：一实体块，在实体块中具有第一流体入口；过滤组件；第一流体出口；将第一流体入口连接于过滤组件，再将过滤组件连接于第一流体出口的通道；第二流体入口；单向阀组件；第二流体出口；将第二流体入口连接于单向阀组件，再将单向阀组件连接于第二流体出口的通道；以及连接在第一流体出口和第二流体入口之间的流体仪表。
Description
本发明涉及一种流体计量装置。更具体来说，本发明涉及一种简单的实体块，称为单块，这种单块用作歧管；它包括一个内部的过滤组件，一个内部的单向阀，在块内形成流体通路的通道，以及入口和出口，入口和出口形成将单块连接于被测流体源、测量流体体积的仪表及计量装置输出端的装置。附加通道可以选择性地设置在单块中，将输入侧或输出侧连接于附件，如压力检测器，减压阀等。
美国专利第4,062,220号公开了一种用于精确地混合两种或多种液体的系统，它采用混合歧管以便从三通阀接收混合物的组分，三通阀在歧管外部。
美国专利第4,062,472号公开了一种用于精确地混合两种或多种液体的系统，它采用混合歧管以便从三通接收混合物的组分，三通阀在歧管的外部。
美国专利第4,880,536号公开了一种流体过滤组件，它包括一歧管，以及一个容纳在一壳室中的过滤器，壳室可卸地安装在歧管上。
美国专利第5,014,211号公开了一液体化学药品输送系统，其中，各种粘稠的化学药品在歧管中与水混合，以稀释的状态输送至各目的地。上述操作所需的计量装置、阀门和泵都位于歧管之外。
美国专利第5,029,100号公开了一种燃料配送系统，它包括一个用于在各输入口接收一种或多种等级的烯料的歧管和多个输出口。
美国专利第5,118,008号公开了一种燃料添加剂计量装置，该装置包括一过滤组件，各种阀和一个流体仪表。各部件用管和管接头连接起来。
美国专利第5,246,026号公开了一种用于自动使化学添加剂和水稀释的装置，它利用一个泵使水和化学添加剂通过一个稀释歧管。添加剂控制阀在歧管外部。
美国专利第5,271,526号公开了一种结构与美国专利第5,118,008号不同的燃料添加剂计量装置，该装置也包括一过滤组件，各种阀和一流体仪表。各部件用管和管接头连接起来。
英国专利GB2,086,535号公开了一种有阀的歧管，它在流体计量或测量装置中使用。在这种装置中，每个流体管线接头包括一流体管线阀。
汽油添加剂计量装置可以购买到，它利用一块状歧管和一活塞位移仪表，活塞位移仪表和所需滑阀通过多个接头和通道连接于所述块。
本发明的液体计量装置包括：一个实体块，在块内具有第一流体入口；过滤组件；第一流体出口；将第一流体入口连接于过滤组件，再将过滤组件连接于第一流体出口的第一通道；第二流体入口；单向阀组件；第二流体出口；将第二流体入口连接于单向阀组件，再将单向阀组件连接于第二流体出口的第二通道；以及连接在第一流体出口和第二流体入口之间的流体仪表。
图1是流体计量装置的全图；
图2是单块的详图。
图1表示本发明流体计量装置的一个实施例。待计量的流体通过控制流体流量的选择阀15、流向第一流体入口2。流体流入单块1，通过单块流至过滤组件7，12和13通过过滤件7(细节见图2)然后流至第一流体出口。从第一流体出口流体流至流体仪表17。流体流过流体仪表17，然后从仪表17经阀12流至第二流体入口4。流体经单向阀组件8，14，15和16(细部见图2)流向第二流体出口5。图1中还画出可选择的第三出口6和选择阀34。
图2表示单块的一个实施例。在该实施例中，待测量的流体在第一入口2处流入单块1，流经通道9，再流过滤组件7，12和13。过滤组件包括过滤件7，过滤室13和固定螺塞12。过滤室13是钻削成的，是单块的一个整体部分。流体从过滤组件7，12和13流至第一出口3。流体流向图2中未画的流体仪表。流体从流体仪表返回至第二流体入口4。流体流经第二第通道10，再流过单向阀组件8，14，15和16。在本实施例中，单向阀组件包括柱塞8，柱塞8由弹簧14挤靠在阀座16上。阀座16是钻削成的，是单块的一个整体部分。弹簧和柱塞由固定螺塞15保持在位。流体从单向阀组件14，15和16经第二通道10流至第二出口5。在本实施例中，第二通道还延伸至一个可选择的第三出口6。
管接头成本高，而且每个管接头都可能是泄漏的隐患。另外，管接头内部容积小，会限制流体流动并增加装置中的压力损失。因此，本发明的目的是提供一种流体计量装置。它具有一个带有内部过滤器和单向阀的块状歧管，还只具有一个从块状歧管通向表头的出口和一个供流体从仪表返回块状歧管的入口。本发明的单块结构的一个主要优点是，可减少连接流体计量组件的各零件所需要的管接头的数目。本发明结构的另一个优点是，它便于流体流的加热和冷却，而如果计量组件的各零件是由普通管接头连接的话，那将是较为困难的。本发明还可以减少压力损失，增大流量。
单块是一种实体材料块，在其上所有的入口，出口，通道，过滤室和阀座都是钻削或镗出的。根据具体的应用，单块可由多种材料制成，对材料的主要要求是单块材料块应能够耐受它所接触的流体，它所承受的压力，以及它将工作的环境。例如，在压力不太高的场合可使用如聚四氟乙烯(特氟隆)，聚乙烯或其它适宜的塑料。聚四氟乙烯(特氟隆)对大多数有机物和水溶液是惰性的，而其它塑料对大多数水溶液是惰性的，但对各种有机流体却是脆弱的。金属如铝、钛、铜、铁、钢、合金钢、不锈钢和类似合金可用作材料块。为了提高耐腐蚀力，单块上可镀惰性金属如金或铂。由于不锈钢易于取得，并有着广泛的应用，因而推荐使用不锈钢。单块的尺寸选择应与要在其上打孔制出的入口、出口和通道相适应。显然，在制出上述入、出口和通道之后，在单块上必须留下足够的材料以保证结构的整体性。本专业技术人员不难选择适宜的单块尺寸以适应具体的应用。
在单块上要制出流体入口、出口并形成可在单块上连接流入管和流出管的装置。上述入、出口可具有凸缘，如果单块是塑料的，可焊接或粘接，否则就要具有管螺纹。推荐使用美国标准锥管螺纹。上述入、出口直径可由1/8英寸至若干英寸，这取决于所要输送的被测流体体积。可以使用多种管接头，例如，可以使用下述一种管接头，其中，流入管端部上的结构可抵靠在单块所采用的管接头上。但是，美国标准锥管螺纹的入、出口最方便，这是由于可以方便地购置一般尺寸的这种锥管螺纹的管接头。这种管接头可以方便地连接在锥管螺纹的入、出口上。
单块具有四个口，即第一入口。第一出口、第二入口和第二出口。被测量体积的流体通过第一入口进入单块内的第一通道。在经过过滤组件之后，流体通过第一出口流出单块。流体仪表连接于第一出口。由仪表测出流体体积之后，流体返回至单体的第二入口。流体经过单向阀组件，通过第二出口流出。除上述要求的口之外，单体上还可选择性地设有其它口，例如，与第二出口连通的通道可延伸至一个第三出口。这种选择性结构如图1和2所示。上述第三出口的一个用途是用来检测仪表。为完成这种检测，在第二和第三出口上安装选择阀。为了进行检测，连接于第二出口的阀关闭，而连接于第三出口的阀打开。启动流体泵，使一些流体可流过仪表并流过第三出口，在第三出口收集流体。这些流体可以使用大家熟知的方法测量，例如使用量筒，或者称量流体重量并除以流体密度(在这种情况下已知流体密度)。这样得到的流体体积可以同仪表测出的体积进行比较，其结果用来校正仪表。下面将详述，在单块上可以设置容纳附件的其它孔口。
在单块上制出通道的目的是提供流体通过过滤装置及单向阀出，入单块的通路。通道的尺寸一般接近于流入管和流出管或与其连接的管接头的内径、下面将要详述，单块还可以选择地设置用于将主通道连接于各种附属装置如压力表的通道。这些通道应该具有与其功能相适应的适当尺寸。
过滤组件可以是适用于被测流体的任何过滤组件。在本发明的流体计量装置中可以采用适于所需流体的任何过滤材料，例如，可以使用金属滤网。在本用途中发现钢和不锈钢滤网很适用。可以使用制成垫和片形的有机或无机纤维。石棉和玻璃纤维是典型的无机纤维过滤材料。纤维素纤维是实用的有机过滤材料。纤维素材料可用各种化学药剂处理以改变其表面性质。聚合物如聚乙烯和聚丙烯可制成过滤器。在所使用的过滤器中，纤维过滤材料由金属网支承以提高过滤材料的强度。还可以选用两个或多个过滤室。这种结构可使过滤器具有可变的细度。第一过滤器可滤除粗材料，其后的过滤器可滤除较细的颗粒。过滤的程度取决于用来测量体积的仪表类型和被测流体的用途。
在单块中打孔制成过滤室(一个或多个)，用于容纳为具体应用而选择的过滤器。对过滤室的主要要求是应形成可密封所选定的过滤器的装置，以便使被测流体不致在过滤器处泄漏。图2表示上述布置之一例。流体通过过滤室13底部的一个孔流过第一通道9。流体流入过滤室13的中心并流出至第一出口。过滤室的顶部密封抵靠在旋塞12上。虽然旋塞一般是堵住过滤室，形成过滤室密封的最方便的装置，但是也可以使用其它塞子。对于本专业技术人员来说，在过滤室中密封过滤器的其它方法是不难构想的。
单向阀组件用于防止流体从流体计量装置的流出侧流回至流入侧。可以使用任何由流体压力启动的单向阀。在使用中，当正在测量的流体泵送时，单向阀打开，而当停止泵送，压力消除时，单向阀关闭。单向阀的具体类型取决于被测流体的类型和所用压力。一种特别方便的单向阀如图2所示。在这种组件中，一弹簧加载的柱塞压靠在阀座上，从而使阀密封。被测流体的压力迫使柱塞返回，并使流体可流过单向阀。柱塞可直接地抵住阀座，也可具有一个密封装置如O形环。同样，阀座可以简单地在单块的金属材料上机加工成适当的形状。另一方面，阀座也可以在单块打孔后放入单块中。阀座可由多种材料制成，如碳素钢，不锈钢，钛，以及聚合有机材料如聚四氟乙烯(特氟隆)和Ryton(商品名称)。
如果使用O形环，那么，O形环可使用多种材料制成，如各种天然及合成橡胶，包括viton(一种合成橡胶)，布纳-n橡胶、全氟橡胶如Chemraz，Kalrez和Teflon和其它合成橡胶如硅橡胶等。
流体计量装置以任何封闭通道的流体体积仪表(流量计)进行工作。例如，流体计量装置可以使用差压式流体体积仪表，如孔板仪表、皮托仪表(pitot meters)文丘里流量计、流量喷嘴仪表，以及肘形仪表等。流体计量装置可以使用透平式仪表，其中，流体的流量是通过透平在流体流中的转动速率来测量的。流体计量装置可以使磁性仪表，其中，导电流体流过磁场，流体的流动产生一个在流体中感应的电压。流体计量装置可以使用例如热电式仪表和科氏仪表(coriolis meter)。可以使用以声音传递时间为基础的超声波仪表。对于以高速流动的低粘度流体来说，可以使用涡流式和射流式仪表。涡流式仪表以流体流中的障碍引起的涡流的振荡为基础工作。射流式仪表以附壁效应为基础工作，其中，主流的一支微小侧流进入两个小孔之一并反馈入主流。孔和反馈的设置使流体流在两个小孔之间振荡。可以使用测量流动速率的靶型流量计，它是通过测量由冲击靶的液流产生的力而工作的。最后，还可以使用各种正位移计，它们一般依靠活动件将流体流分成瞬时隔开，然后返回至流体流的体积部分。一种特别有用的仪表是旋转齿轮仪表。齿轮可以有几种形状，包括正齿轮和椭圆齿轮，当它们相互接触转动时，在一侧送入流体，而在另一侧将流体放出。转速可通过多种手段测出，包括检测在齿轮内设置的一个或多个磁铁的转动。由于每一转输送已知大小的部分，因而转数就与被输送的流体具有一定的相互关系。
流体计量装置可以包括除上述特征之外的可以选择的特征。一个特别有用的选择是在入口和出口安装阀。这些阀可以用来控制流体的流量。在一个特别有利的实施例中，流体仪表的输出传递至一控制装置以便控制一个控制阀。上述控制阀可由若干手段操纵，例如电动、气动和液压方式。控制阀可以放在仪表之前或之后。上述控制装置使流体计量装量可以测出流体的受控制的量。如果控制装置还连接于测量第二流体流的体积的适宜的测量装置，那么，该控制装置可以按第二流体流的一定比例调节第一流体流的量。通过这种方法，测量装置可用于实现两种流体流的按比例混合。
减压阀是一种很有用的选择特征。在某些情况下，计量装置可以间断地使用。在使用阶段之间，在管中留存液体有可能变热。当计量装置靠近热的反应器，或位于有阳光的户外时最容易发生上述情况。在这种情况下，液体在管中可产生压力，必须以某种方式减压。为此，可在单块内设置减压阀。这种减压阀与单向阀类似之处在于，它可以使液体在压力超过一定极限时逸出，上述极限可以借助阀的结构而控制。为了装置的任何部位，通过加长适当的通道，以及制出阀室的方式可以形成减压阀。减压阀放入单块的方式与将单向阀放入单块的方式相同。适用于单向阀的材料也适于减压阀。为了完成减压阀组件，设有从单块的螺纹输出端。从减压阀的输出可以通过任何适当的方式泄出，例如可以不时地泄空的溢流容器。但是，最好是将减压阀连通回被计量的流体源的罐中。可设置一个以上的减压阀。减压阀可以设置在仪表之前，在液体从仪表返回之后，在单向阀之前，以及在单向阀之后。
其它可选择的特征是设在单块内的加热器或冷却器。加热器可以为各种类型的，一般可设置在单块上钻出的孔中。如果加热或冷却是通过使热的或冷的流体流过单块实现的，那么，这种流动可以通过在单块上钻出的通道进行。对单块的加热和冷却对于那些对流体温度敏感，或对随温度变化而产生的粘度变化敏感的仪表是特别有利的。在单块中可装入温度传感器。这些传感器的输出可传至温度控制器，温度控制器可按照需要提供加热或冷却，以便维持需要的温度，从而控制单块的温度。
温度控制器可以是较为简单的恒温装置。在这种方法中，温度控制器当温度传感器测出温度已下降得低于设定值时即启动加热器。另一方面，如果需要冷却，控制器当温度超过设定值时即启动冷却器。比例控制器可根据测出的温度与设定值的偏差来改变加热或冷却量。温度越接近于设定值，所进行的修正越小。这样的控制器比恒温控制器更不易受到过热的影响。最后，可以使用更复杂的控制器，这种控制器根据对作为时间的函数的温度的数学分析来进行工作。上述的以及其它的温控方法对于本专业技术人员来说是公知的。
本发明的一个特别有用的实施例是燃料添加剂测量装置。这种装置通常在燃料添加设施上使用，在燃料添加设施上，燃料从储罐被泵入油罐卡车，油罐卡车再斗将燃料送至加油站。当将燃料泵入卡车时，适量的添加剂被加入到燃料中。在该实施例中，常常使用转动齿轮式正位移计。控制装置接收来自燃料流和添加剂流中的测量装置的体积数据，当燃料流流动时，控制器不时地计算自从最后一次添加剂被加入时起已配送的燃料所需要的添加剂量，并且控制泵和阀以进一步配送添加剂。这种装置的使用者可选择添加剂和燃料的比例，控制器在计算配送的添加剂量时使用上述比例。燃料流和添加剂流通过电子启动的泵和阀由控制器控制。上述控制器和所需的泵和阀在现有技术中是公知的。
Claims (13)
1.一种流体计量装置，它包括一个流体入口(2)、一个过滤组件(7，12和13)、一个流体出口(5)、一个单向阀组件(13)和一个流体仪表(17)；其特征在于：
一个实体块(1)使下述特征结合为一体：
所述流体入口(2)、所述过滤组件(7，12和13)、一个第一流体出口(3)、一条将所述流体入口(2)连接于所述过滤组件(13)并将所述过滤组件(7，12和13)连接于所述第一流体出口(3)的第一通道(9)；以及
一个第二流体入口(4)、所述单向阀组件(8，14，15和16)、所述流体出口(5)和一条将所述第二流体入口(4)连接于所述单向阀组件(8，14，15和16)并将所述单向阀组件(8，14，15和16)连接于所述流体出口(5)的第二通道(10)；
所述流体仪表(17)连接在所述第一流体出口(3)和所述第二流体入口(4)之间。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括将单向阀组件(8，14，15和16)连接于第三流体出口(6)的通道(10)。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括将单向阀组件(8，14，15和16)入口(16)连接于第三流体出口(6)的通道(10)。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于；还包括在块(1)外部的一个阀(22)，从而可以控制从第二流体出口(5)至第三流体出口(6)的流体输出。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括在块(1)内的一个加热器以及一个可选择的冷却器。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括在块(1)内的一个冷却器以及一个可选择的加热器。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于：还包括一温度传感器和一个温度控制器。
8.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述过滤组件(7，12和13)具有不锈钢网(13)。
9.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述流体仪表(17)是从由正位移计和透平式流量计构成一组中选择的。
10.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述块(1)是不锈钢的实体块。
11.如权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括一个或多个减压阀。
12.如权利要求1所述的装置，其特征在于：一控制阀放置在所述仪表(17)之前。
13.如权利要求1所述的装置，其特征在于：一控制阀放置在所述仪表(17)之后。
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