CN106444889A - 一种高压孔板气体滞止温度控制装置及方法 - Google Patents

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本发明属于孔板气体流量计量技术领域，具体涉及一种高压孔板气体滞止温度控制装置及方法。该控制装置即为温控气罐，温控气罐进口法兰外接气源出口，前多孔整流板由温控气罐进口扩张型夹板法兰以螺栓形式与温控气罐壁夹紧，电热棒由前多孔整流板与后多孔整流板夹固，集线圈位于后多孔整流板上，电极弹簧夹于电热棒内电极与外电极之间，外电极嵌于绝缘材料内，绝缘材料嵌于金属塞内，金属塞与球头-锥面密封结构焊接，球头-锥面密封结构与温控气罐壁焊接焊，外环导流孔和内环导流孔位于后多孔整流板上。本发明实现了对孔板入口处气体温度在一定范围的有效补偿，保证了参与计算孔板流出系数的关键参数测量的准确性，提高孔板流出系数校准的准确性。

Description

一种高压孔板气体滞止温度控制装置及方法
技术领域
本发明属于孔板气体流量计量技术领域，具体涉及一种高压孔板气体滞止温度控制装置及方法。
背景技术
高压孔板气体大流量校准装置以并联标准音速喷嘴构成的系统组作为标准表，以正压PVTt装置作为主标准器，待校孔板的气体流量由音速喷嘴组校准得到，其流量校准原理是：经气源配气系统调制的气体依次流过待校孔板和标准音速喷嘴组，通过测量音速喷嘴组前滞止容器内温度、压力，单个音速喷嘴的质量流量qi由公式(1)得到：
式中：A是音速喷嘴喉部面积；R、M分别是气体介质的通用气体常数和摩尔质量；p0和T0分别为音速喷嘴入口前滞止压力和滞止温度；C是音速喷嘴的流量系数，由正压PVTt装置标定。
并联音速喷嘴组所复现孔板的总质量流量qm由公式(2)得到：
孔板质量流量q是其入口温度T、压力p和其喉部流通面积A的函数，见公式(3)所示：
q＝ACkf(T,p) (3)
由流体连续性原理得到：
q＝qm (4)
校准孔板就是校准孔板的流量系数Ck，推导Ck计算公式见(5)所示：
其中，孔板入口温度T、入口压力p是参与计算孔板流出系数Ck的关键参数，须要准确测量。
介于本校准系统内部高压气体流动为吸热膨胀过程，流经孔板时气体温度必然难以稳定，须采取一定的温控手段加以控制。
针对管内气体流动问题，为不影响其内部流场特性，通常的温控方案是利用恒温装置使管壁恒温或直接对管壁加热，通过管壁与其内部流动气体的热交换达到温度控制的目的。最常用的方法有：恒温水浴或恒温油浴、套管式加热、管路缠绕式加热，上述方法均有效的增加了管路换热面积，能在一定程度上满足低压低速管流的温控范围和精度要求。介于本系统属于高压高速管流范畴，气体流速较快，换热时间必然很短，恒温水浴或恒温油浴的方法不会达到良好效果，而直接加热孔板前高压管壁，会影响管路耐压性能，势必存在管路爆破事故的隐患。因此，针对本系统高压管流控温补偿问题上述方法均存在局限性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压孔板气体滞止温度控制装置及方法，以克服现有技术存在的不足。
为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种高压孔板气体滞止温度控制装置，该控制装置即为温控气罐，包括温控气罐进口法兰、温控气罐进口扩张型夹板法兰、前多孔整流板、温控气罐壁、电热棒、集线圈、后多孔整流板、电热棒内电极、外电极、电极弹簧、绝缘材料、金属塞、球头-锥面密封结构、外环导流孔、内环导流孔；温控气罐进口法兰外接气源出口，前多孔整流板由温控气罐进口扩张型夹板法兰以螺栓形式与温控气罐壁夹紧，电热棒由前多孔整流板与后多孔整流板夹固，集线圈位于后多孔整流板上，电极弹簧夹于电热棒内电极与外电极之间，外电极嵌于绝缘材料内，绝缘材料嵌于金属塞内，金属塞与球头-锥面密封结构焊接，球头-锥面密封结构与温控气罐壁焊接焊，外环导流孔和内环导流孔位于后多孔整流板上。
一种基于高压孔板气体滞止温度控制装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤一、设计耐压40MPa的温控气罐，保证耐压安全的前提下，该温控气罐也具有压力缓冲的作用，可避免因气体受热膨胀造成过压的风险；
步骤二、温控气罐进口采用进口法兰加密封圈形式与前管路连接，保证良好的密封性能；
步骤三、温控气罐内部前后布有两块多孔整流板，即前多孔整流板、后多孔整流板，其中间凸起与温控气罐入口扩张段和出口收缩段几何相似，多孔整流板在起到整流作用的同时也将流场束划，使气体与电热棒充分接触换热；
步骤四、后多孔整流板预留一处供电接口即集线圈，方便接线；
步骤五、前多孔整流板与温控气罐固定方式采用进口扩张型夹板法兰加密封圈形式；
步骤六、电热棒用于加热气体，其余7根电热棒的导线由集线圈汇集引出至供电接口；
步骤七、8根电热棒由前多孔整流板与后多孔整流板稳固对接；
步骤八、电热棒通电方式采用电极弹簧对压形式，其导线由外电极嵌入绝缘材料，绝缘材料嵌入金属塞，金属塞与球头-锥面密封结构的球头部位焊接，通过拧紧球头紧压棒内电极与外电极间的电极弹簧的方式引出，保证了密封性；
步骤九、将温控气罐连接到管路系统；
步骤十、设定温度值，对电热棒通电调节。
本发明所取得的有益效果为：
本发明采取对直接气体加热的方法，在孔板前加入温控气罐，实现孔板入口处气体温度参数可控，且在一定范围内保持稳定，可避免因气体膨胀吸热，温度极限下降，导致参与计算孔板流出系数Ck的关键参数温度的测量不准确性。通过采用本发明涉及到的温控方法，实现了对孔板入口处气体温度在一定范围的有效补偿，保证了参与计算孔板流出系数的关键参数测量的准确性，以及提高孔板流出系数校准的准确性。
附图说明
图1温控气罐总体设计原理图；
图2温控器管接线电极密封设计原理图；
图3温控气罐多孔整流板及电热棒设计原理图；
图中：1、温控气罐进口法兰；2、温控气罐进口扩张型夹板法兰；3、前多孔整流板；4、温控气罐壁；5、电热棒；6、集线圈；7、后多孔整流板；8、电热棒内电极；9、外电极；10、电极弹簧；11、绝缘材料；12、金属塞；13、球头-锥面密封结构；14、焊接点A；15、焊接点B；16、外环导流孔；17、内环导流孔；18、温控气罐。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1—图3所示，本发明所述高压孔板气体滞止温度控制装置即温控气罐18包括温控气罐进口法兰1、温控气罐进口扩张型夹板法兰2、前多孔整流板3、温控气罐壁4、电热棒5、集线圈6、后多孔整流板7、电热棒内电极8、外电极9、电极弹簧10、绝缘材料11、金属塞12、球头-锥面密封结构13、焊接点A 14、焊接点B15、外环导流孔16、内环导流孔17；
温控气罐进口法兰1外接气源出口，前多孔整流板3由温控气罐进口扩张型夹板法兰2以螺栓形式与温控气罐壁4夹紧，电热棒5(一共8根这是其中一根)由前多孔整流板3与后多孔整流板7夹固，集线圈6位于后多孔整流板7上，电极弹簧10夹于电热棒内电极8与外电极9之间，外电极9嵌于绝缘材料11内，绝缘材料11嵌于金属塞12内，金属塞12与球头-锥面密封结构13焊接，焊接点A 14，球头-锥面密封结构13与温控气罐壁4焊接焊，焊接点B15，外环导流孔16和内环导流孔17位于后多孔整流板7上。
基于高压孔板气体滞止温度控制装置的控制方法包括如下步骤：
步骤一、设计耐压40MPa的温控气罐18，保证耐压安全的前提下，该温控气罐18也具有压力缓冲的作用，可避免因气体受热膨胀造成过压的风险；
步骤二、温控气罐进口采用进口法兰1加密封圈形式与前管路连接，保证良好的密封性能；
步骤三、温控气罐内部前后布有两块多孔整流板，即前多孔整流板3、后多孔整流板7，其中间凸起与温控气罐入口扩张段和出口收缩段几何相似，多孔整流板在起到整流作用的同时也将流场束划，使气体与电热棒充分接触换热；
步骤四、后多孔整流板7预留一处供电接口即集线圈6，方便接线；
步骤五、前多孔整流板3与温控气罐固定方式采用进口扩张型夹板法兰2加密封圈形式；
步骤六、电热棒5用于加热气体，其余7根电热棒的导线由集线圈6汇集引出至供电接口；
步骤七、8根电热棒由前多孔整流板3与后多孔整流板7稳固对接；
步骤八、电热棒5通电方式采用电极弹簧10对压形式，其导线由外电极9嵌入绝缘材料11，绝缘材料11嵌入金属塞12，金属塞12与球头-锥面密封结构13的球头部位焊接，通过拧紧球头紧压棒内电极8与外电极9间的电极弹簧10的方式引出，保证了密封性；
步骤九、将温控气罐18连接到管路系统；
步骤十、设定温度值，对电热棒5通电调节。

Claims (2)

1.一种高压孔板气体滞止温度控制装置，其特征在于：该控制装置即为温控气罐(18)，包括温控气罐进口法兰(1)、温控气罐进口扩张型夹板法兰(2)、前多孔整流板(3)、温控气罐壁(4)、电热棒(5)、集线圈(6)、后多孔整流板(7)、电热棒内电极(8)、外电极(9)、电极弹簧(10)、绝缘材料(11)、金属塞(12)、球头-锥面密封结构(13)、外环导流孔(16)、内环导流孔(17)；温控气罐进口法兰(1)外接气源出口，前多孔整流板(3)由温控气罐进口扩张型夹板法兰(2)以螺栓形式与温控气罐壁(4)夹紧，电热棒(5)由前多孔整流板(3)与后多孔整流板(7)夹固，集线圈(6)位于后多孔整流板(7)上，电极弹簧(10)夹于电热棒内电极(8)与外电极(9)之间，外电极(9)嵌于绝缘材料(11)内，绝缘材料(11)嵌于金属塞(12)内，金属塞(12)与球头-锥面密封结构(13)焊接，球头-锥面密封结构(13)与温控气罐壁(4)焊接焊，外环导流孔(16)和内环导流孔(17)位于后多孔整流板(7)上。
2.一种基于高压孔板气体滞止温度控制装置的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一、设计耐压40MPa的温控气罐(18)，保证耐压安全的前提下，该温控气罐(18)也具有压力缓冲的作用，可避免因气体受热膨胀造成过压的风险；
步骤二、温控气罐进口采用进口法兰(1)加密封圈形式与前管路连接，保证良好的密封性能；
步骤三、温控气罐内部前后布有两块多孔整流板，即前多孔整流板(3)、后多孔整流板(7)，其中间凸起与温控气罐入口扩张段和出口收缩段几何相似，多孔整流板在起到整流作用的同时也将流场束划，使气体与电热棒充分接触换热；
步骤四、后多孔整流板(7)预留一处供电接口即集线圈(6)，方便接线；
步骤五、前多孔整流板(3)与温控气罐固定方式采用进口扩张型夹板法兰(2)加密封圈形式；
步骤六、电热棒(5)用于加热气体，其余7根电热棒的导线由集线圈(6)汇集引出至供电接口；
步骤七、8根电热棒由前多孔整流板(3)与后多孔整流板(7)稳固对接；
步骤八、电热棒(5)通电方式采用电极弹簧(10)对压形式，其导线由外电极(9)嵌入绝缘材料(11)，绝缘材料(11)嵌入金属塞(12)，金属塞(12)与球头-锥面密封结构(13)的球头部位焊接，通过拧紧球头紧压棒内电极(8)与外电极(9)间的电极弹簧(10)的方式引出，保证了密封性；
步骤九、将温控气罐(18)连接到管路系统；
步骤十、设定温度值，对电热棒(5)通电调节。
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