CN105917198A - 用于测量流体的流量的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及对流经管道的流体的参数进行测量的领域。提供了用于对在管道中沿主流动方向流动的流体的流量进行测量的测量设备，该测量设备包括转向单元，该转向单元连接至管并且适于使流体流从管中的主流动方向的轴线转向，并且转向单元将该流引导至测量部段，其中，转向单元是密封储液器，该密封储液器具有连接至入口管的入口部、连接至出口管的出口部、以及连接至入口管并且连接至出口管的转向部，并且该测量设备包括至少部分地位于转向部和出口部中的管状构件，其中，该管状构件具有包括流体流量测量装置的测量部段和将管状构件连接至出口管的连接部段，其中，入口部、所述出口部和所述转向部中的每一者的横截面积与管的横截面积之比为1:1和4:1。

Description

用于测量流体的流量的设备
技术领域
本发明涉及对流动穿过管的流体的参数的测量。特别地，本发明可以用于确定流体比如油、气体、水或它们的组合物的流量。
背景技术
用于测量流体的流量的设备在本领域中是已知的。
常规设备的缺点是因为在测量区域中存在湍流而导致的，这有损于测量精度。
为了减少测量区域中湍流的影响，建议将流量计安装在如下直线区段上，所述直线区段在流量计的上游和下游、于管直径的5倍长度至10倍长度处具有恒定横截面。然而，提供这种长的直线部段需要相当大的花费及用于其布置的额外的空间。此外，还必须保持维持整个场地直线度的精度。对于小直径的管，直线度在大多数情况下是自动提供的。但是随着管直径增加，所需直线度的维持和控制变得更加困难。此外，流量计的测量精度受到与流体静压力的波动相关联的周期性低频振荡——比如，由于存在泵站而引起的振荡——损害。
RU 2011109911中公开了最相关的现有技术，该技术提供了一种用于确定在管中沿主流动方向流动的流体的流量的超声波测量设备，其中，该超声波测量设备具有超声波测量区域、数据处理单元以及转向单元，其中，超声波测量区域具有至少一对超声波换能器，数据处理单元用于通过沿下游方向发射的超声波的传播时间与沿上游方向接收的超声波的传播时间之间的差来确定流量，流体可以通过转向单元从主流动方向转向并且被供给至超声波测量区域，其特征在于该转向单元形成回路。
为了消除湍流对流动参数的确定的影响，RU 2011109911提供了一种具有转向单元的流量计结构，其中，转向单元呈回路形式并且用作消除湍流的装置。通过回路的流体流——回路是光滑的并且其方向不发生急剧变化或缩窄——获得一致的流体剖面的特征，并且因此消除了由湍流引起的干扰并且提高了测量精度。
然而，在RU 2011109911中，在流量计结构的所有制造阶段都必须维持回路状转向单元的部件的高几何精度。此外，所公开的流量计结构不能消除与例如由泵的操作所导致的流体静压力的波动相关联的周期性低频振荡的影响。
为了克服上述缺点，提供了一种用于确定在管中沿主流动方向流动的流体的流量的测量设备，该测量设备包括转向单元，该转向单元连接至管并且适于使流体流从管中的主流动方向的轴线转向并且将该流体流引导至测量部段，其中，转向单元为密封储液器，该密封储液器具有连接至入口管的入口部、连接至出口管的出口部、以及连接至入口部和出口部的转向部，并且转向部包括至少部分地设置在转向部和出口部中的管状构件，其中，管状构件具有测量部段，该测量部段包括流体流量测量装置以及将管状构件连接至出口管的连接部段，其中，入口部、出口部和转向部中的每一者的横截面积与管的横截面积之比为1:1至4:1。
本发明避免了使用转向单元的几何复杂的元件，并且密封储液器的设置消除了与流体静压力的波动相关联的周期性低频振荡的影响。此外，本发明消除了对使用长的直线部段的需要，并且因此减少了材料花费和布置直线部段所需的空间。
发明内容
一种用于确定在管中沿主流动方向流动的流体的流量的测量设备，该测量设备包括转向单元，该转向单元连接至管并且适于使流体流从管中的主流动方向的轴线转向，并且该转向单元将流体流引导至测量部段，其中，转向单元为密封储液器，该密封储液器具有连接至入口管的入口部、连接至出口管的出口部、以及连接至入口部和出口部的转向部，并且测量设备包括至少部分地设置在转向部和出口部中的管状构件，其中，管状构件具有设置有流体流量测量装置的测量部段以及将管状构件连接至出口管的连接部段，其中，入口部、出口部和转向部中的每一者的横截面积与管的横截面积之比为1:1至4:1。
此外，入口部包括连接至入口管的入口端口。
此外，出口部包括连接至出口管的出口端口。
此外，密封储液器形成为多面体、旋转体、或多面体和旋转体的组合。
此外，密封储液器适于使流体流从主流动方向的轴线以10°至170°的角度并且优选地以90°的角度转向。
根据一个实施方式，入口端口和出口端口设置在储液器的相对于主流动方向的轴线而言的相反两侧上，优选地，入口端口和出口端口设置在与主流动方向相同的轴线上。
管状构件的横截面形状可以选自包括以下的组：圆形、椭圆形、方形、矩形、多边形、曲线形状或其组合。
管状构件在纵向方向上呈弯曲的形状。
在实施方式中，管状构件的横截面积可以基本上等于管的横截面积，或管状构件的横截面积可以大于管的横截面积或小于管的横截面积。
在一个实施方式中，管状构件的测量部段相对于管状构件的连接部段成10°至170°的角度。
管状构件的邻接测量部段的一端是敞开的，并且，位于连接部段处的另一端经由储液器的出口端口连接至管，其中，管状构件的测量部段平行于储液器的侧壁延伸并且相对于管状构件的连接部段优选地成90°的角度。
管状构件的测量部段的长度可以大于或小于连接部段的长度。
测量部段的长度可以与连接部段的长度相同。
流体流可以是包含气体、油、水、或其组合物的流。
密封储液器还可以包括至少一个流动阻尼器。
在测量设备中，入口部是与管同轴并且连接至入口管的储液器入口导管，出口部是与管同轴并且连接至出口管的储液器出口导管，并且转向部是具有封闭端并且设置在储液器入口导管与储液器出口导管之间的突出的筒状部。
此外，在测量设备中，入口导管、出口导管和突出的筒状部具有相同的横截面积。
此外，在测量设备中，入口管至入口导管的附接点与出口管至出口导管的附接点之间的距离为管直径的2倍大至4倍大。
附图说明
图1示出了具有以90°的角度安装的密封储液器的转向单元的实施方式。
图2为具有以非90°的角度安装的密封储液器的转向单元的实施方式。
图3为具有密封储液器的转向单元的实施方式，其中，密封储液器的入口端口和出口端口设置在储液器的相反两侧，并且入口端口设置成高于出口端口。
图4为具有相对于管的轴线成90°角安装的密封储液器的转向单元的实施方式，其中，测量部段不与储液器的侧壁平行并且相对于连接部段以非90°的角度设置。
图5示出了一种实施方式，其中，测量部段的长度大于连接部段的长度，并且管状构件的轴线相对于密封储液器的中心轴线移位。
图6示出了一种实施方式，其中，测量部段的长度小于连接部段的长度。
图7示出了一种实施方式，其中，测量部段的长度基本上等于连接部段的长度。
图8示出了一种实施方式，其中，管状构件(107)的横截面积基本上等于管(101)的横截面积。
图9示出了一种实施方式，其中，管状构件(107)的横截面积大于管(101)的横截面积。
图10示出了一种实施方式，其中，管状构件(107)的横截面积小于管(101)的横截面积。
图11示出了一种实施方式，其中，密封储液器(104)还设置有流动阻尼器(111)。
图12示出了一种实施方式，其中，入口部(105)为与管同轴并且连接至入口管(101)的储液器入口导管，出口部(106)为与管同轴并且连接至出口管(111)的储液器出口导管，并且转向部为具有封闭端的突出的筒状部(115)并设置在储液器入口导管与储液器出口导管之间。
具体实施方式
图1示出了测量设备(100)，该测量设备(100)用于确定在管(101)、(111)中沿由箭头指示的主流动方向流动的流体的流量。测量设备包括转向单元(102)，该转向单元(102)连接至管并且适于使流体从管中的主流动方向的轴线转向并且将流体流引导至测量部段(103)。优选地，转向单元相对于主流动方向成90°的角度安装。
图2示出了实施方式，其中，转向单元(102)相对于穿过管(101)、(111)的主流动方向的轴线成角度地安装；该实施方式允许流体流以10°至170°的角度转向。
参照图1，转向单元为沿流体流安装的密封储液器(104)。该密封储液器可以形成为多面体或旋转体；优选地，密封储液器可以为长形圆筒，密封储液器的端面具有旋转体表面，特别地，该旋转体表面为球体的一部分。密封储液器例如可以由通过螺纹连接或螺栓连接而连接的几个部分构成以形成多面体和旋转体的组合。
密封储液器可以通过任何常规方法来制造，例如，通过对钢板进行焊接、锻造或冲压。此外，密封储液器还可以由能够承受流体压力并且表现出足够耐腐蚀性的任何合适材料制成，例如，密封储液器可以由聚合材料或复合材料制成。
管的横截面的线性尺寸特别是管的直径与密封储液器的高度之间的比值为1:2至1:20，优选地为1:10。
密封储液器包括入口部(105)，该入口部(105)具有入口端口(114)，流体经由该入口端口从入口管(101)进入密封储液器以便进行后续的流量测量。入口端口通过具有螺栓连接的配装件和凸缘连接至入口管(101)，以便于例如由于测量仪器的故障而更换有缺陷的转向单元。还可以使用任何其他的常规连接。密封储液器包括出口部(106)，该出口部(106)具有出口端口(114)，已经穿过延伸穿过储液器的出口部(106)的管状构件的测量部段(103)和连接部段(108)的流体经由该出口端口(114)离开密封储液器并且进入出口管(111)。测量部段(107)和连接部段(108)可以一体地形成。
入口部、出口部和转向部中的每一者的横截面积与管的横截面积之比为1:1至4:1，优选地1.5:1至3:1。
优选地，如图1中所示，入口端口(113)和出口端口(114)位于与主流动方向的轴线平行或重合的同一轴线上。
图3示出了一种实施方式，其中，入口端口(113)和出口端口(114)可以相对于主流轴线设置在密封储液器的相反两侧，例如，入口端口可以低于或高于主流轴线。
如图1中所示，管状构件(107)被容纳在密封储液器中并且具有敞开端(110)，从入口管(101)进入密封储液器(104)的流体通过敞开端(110)被引导至测量部段(103)以进行测量，并且然后该流体经由管状构件(107)的连接部段(108)和出口端口(114)被输送至出口管(111)。管状构件的测量部段(103)设置有测量装置(109)，该测量装置(109)意在用于流体特性的测量，例如，测量装置可以包括至少一个超声波换能器。管状构件可以具有任意截面形状，比如方形、椭圆形、圆形、多边形，并且其还可以具有曲线截面形状以及这些截面形状的任意组合。管状构件在纵向方向上可以呈曲线状。管状构件的横截面积大于或小于管的横截面积。优选地，管状构件的横截面积基本上等于管的横截面积。
管状构件的邻接测量部段(103)的一端(OE)是敞开的，并且，位于连接部段上的另一端连接至出口端口(114)并且进一步连接至出口管(111)；管状构件的测量部段(103)优选地平行于储液器的侧壁延伸并且相对于管状构件的连接部段优选地成90°角度。在这个设计中，流体经由入口端口进入储液器的入口部，接着进入管状构件与密封储液器的壁之间的空间中，并且进入管状构件的敞开端(OE)，并且随后经由管状构件的连接部段和出口端口(114)进入出口管(111)并继续沿流体的主流动方向运动。
测量部段(103)可以相对于连接部段(108)以10°至170°的角度布置。图4示出了一种实施方式，其中，测量部段(103)相对于连接部段(108)以非90°的角度布置。
在图5中示出的实施方式中，测量部段的长度大于连接部段的长度，并且管状构件被安装成使得管状构件的轴线相对于密封储液器的中心轴线移位。在图6中示出的另一个实施方式中，测量部段的长度小于连接部段的长度。在图7的实施方式中，测量部段的长度基本上等于连接部段的长度。
图8示出了一种实施方式，其中，管状构件(107)的横截面积基本上等于管(101)、(111)的横截面积。
图9示出了一种实施方式，其中，管状构件(107)的横截面积大于管(101)、(111)的横截面积。
图10示出了一种实施方式，其中，管状构件(107)的横截面积小于管(101)、(111)的横截面积。
在图11中图示的实施方式中，密封储液器(104)还包括流动阻尼器(112)，流动阻尼器(112)例如由多孔板形成，多孔板将来自入口端口并且尚未进入测量部段的主要流体流划分为多个细流。流动阻尼器可以具有纵向狭缝或开口，或者可以由平行于流体流安装的板形成。液体流动阻尼器显著提高了喷射流形成的条件。流动阻尼器将流经通道的流体流划分为多个部分，并且有助于抑制在接近阻尼器的流体流中发生的干扰，并且还将纵向速度调成水平并使湍流扰动的能量减弱。另外，管状构件(107)可以经由流动阻尼器(112)附连至密封储液器的壁，例如，通过钎焊或焊接或本领域中已知的任何其他方法。管状构件的额外的附接件为其提供可靠的固定，并且因而降低了由管状构件在流体流的作用下的振荡所导致的误差且提高了流体流量测量的精度。
根据在图12中图示的实施方式，密封储液器包括入口部(105)、出口部(106)以及转向部，入口部(105)为与管同轴并且连接至入口管(101)的储液器入口导管；出口部(106)为与管同轴并且连接至出口管(111)的储液器出口导管；转向部形成为具有封闭端的突出的筒状部(115)并且设置在储液器入口导管与储液器出口导管之间。
此外，入口导管、出口导管和突出的筒状部(115)具有相同的横截面积S。
入口管(101)至入口导管的附接点与出口管(111)至出口导管的附接点之间的距离L为管(101)、(111)的直径d的2倍至4倍。
密封储液器可以通过将突出的筒状部(115)、储液器入口导管和储液器出口导管焊接在一起来生产。
密封储液器可以例如通过对突出的筒状部(115)、储液器入口导管和储液器出口导管进行铸造而制造为单个部件。
突出的筒状部(115)、储液器入口导管和储液器出口导管可以由相同材料制成或由不同材料的组合制成。
在一个实施方式中，入口导管、出口导管和突出的筒状部(115)可以相对于流体流的方向以任意角度连接。
特别地，根据本发明的密封储液器可以基于具有入口部、出口部和横向配装件的管状T形连接器。为了形成密封储液器的转向部，具有封闭端和敞开端的附加的筒状构件连接至T形连接器，其中，敞开端连接至T形连接器的横向配装件中的开口，并且封闭端形成储液器的转向部的封闭端。T形连接器的入口部被用作因此而得到的密封储液器的入口部，并且三通连接器的出口部被用作储液器的出口部。

Claims (23)

1.一种测量设备，所述测量设备用于确定在管中沿主流动方向流动的流体的流量，所述测量设备包括转向单元，所述转向单元连接至所述管并且适于使流体流从所述管中的所述主流动方向的轴线转向且将所述流引导至测量部段，其中，所述转向单元为密封储液器，所述密封储液器具有连接至入口管的入口部、连接至出口管的出口部、以及连接至所述入口部和所述出口部的转向部，并且所述测量设备包括至少部分地设置在所述转向部和所述出口部中的管状构件，其中，所述管状构件具有包括流体流量测量装置的测量部段、以及用于将所述管状构件连接至所述出口管的连接部段，其中，所述入口部、所述出口部和所述转向部中的每一者的横截面积与所述管的横截面积之比为1:1至4:1。
2.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述入口部包括连接至所述入口管的入口端口。
3.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述出口部包括连接至所述出口管的出口端口。
4.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述密封储液器形成为多面体、旋转体或其组合。
5.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述密封储液器适于使所述流体流从所述主流动方向的轴线以10°至170°的角度转向。
6.根据权利要求4所述的测量设备，其中，所述密封储液器适于使所述流体流从所述主流动方向的轴线优选地以90°的角度转向。
7.根据权利要求1所述的测量设备，其中，在所述储液器的相对于所述主流动方向的轴线而言的相反两侧上设置入口端口和出口端口。
8.根据权利要求1所述的测量设备，其中，在与所述主流动方向相同的轴线上设置入口端口和出口端口。
9.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述管状构件的横截面形状选自包括以下形状的组：圆形、椭圆形、方形、矩形、多边形、曲线形状或其组合。
10.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述管状构件在纵向方向上呈弯曲的形状。
11.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述管状构件的横截面积基本上等于所述管的横截面积。
12.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述管状构件的横截面积大于所述管的横截面积。
13.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述管状构件的横截面积小于所述管的横截面积。
14.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述管状构件的测量部段相对于所述管状构件的连接部段成10°至170°的角度。
15.根据权利要求14所述的测量设备，其中，所述管状构件的邻接所述测量部段的一端是敞开的，并且所述管状构件的位于所述连接部段处的另一端经由所述出口部的出口端口连接至所述管，其中，所述管状构件的测量部段平行于所述转向部的侧壁延伸并且相对于所述管状构件的连接部段优选地成90°的角度。
16.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述测量部段的长度大于所述连接部段的长度。
17.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述测量部段的长度小于所述连接部段的长度。
18.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述测量部段的长度等于所述连接部段的长度。
19.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述流体流包含气体、油、水、或其组合物。
20.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述密封储液器还包括至少一个流动阻尼器。
21.根据权利要求1所述的测量设备，其中，所述入口部是与所述管同轴并且连接至所述入口管的储液器入口导管，所述出口部是与所述管同轴并且连接至所述出口管的储液器出口导管，并且，所述转向部是具有封闭端并且设置在所述储液器入口导管与所述储液器出口导管之间的突出的筒状部。
22.根据权利要求21所述的测量设备，其中，所述入口导管、所述出口导管和所述突出的筒状部具有相同的或不同的横截面积。
23.根据权利要求21所述的测量设备，其中，所述入口管至所述入口导管的附接点与所述出口管至所述出口导管的附接点之间的距离为所述管的直径的2倍大至4倍大。
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