CN106483324A - 流速测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流速测量装置，其结构简单，体积较小，独特的叶片细连杆设计把对流场的扰动降到最低，从而大大减少了对原有流场的破坏程度，提高了流速测量的精度。相比于现有技术中的接触式流速测量装置，本发明的流速测量装置能够实时、较准确、连续地测量流场的局部流速。另外，本发明的结构简单、安全可靠、成本低廉且便于实现。

Description

流速测量装置

技术领域

本发明涉及流场速度测量相关技术领域，尤其涉及一种用于测量流体内部局部流速的装置，特别适用于各类管道、环空内流速剖面上不同位置的流速确定。

背景技术

流速测量技术的发展一直是流体力学领域发展的重要分支。现有技术中存在很多流速测量装置，概括起来归结为两种：接触式流速测量装置和非接触式流速测量测量。

具体地，一般来说，利用接触式流速测量装置测量流速时，需要将整个测量装置全部置于流体中。然而，现有技术中的接触式流速装置的结构复杂，体积较大，并且很大程度上破坏了原有的流场信息，进而影响测量准确度。另外，虽然非接触式流体测量装置不会破坏原有的流场信息，但是需要将检测到的光电磁等信号转换为电信号，这也存在一定的误差以及技术上的难度，并且往往只能适用于某种特性的流体。

综上所述，测量流速的装置虽然很多，但是大都通用性不强。因此需要具体问题具体分析，并针对不同的流体几何空间、流体属性等方面因素来专门设计流速测量装置。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：利用现有技术中的接触式流速测量装置测量流速时，由于该装置的结构复杂，体积较大，因此会在很大程度上破坏原有的流场信息，严重影响测量准确度。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种测量准确度较高的接触式流速测量装置。

本发明的技术方案为：

一种流速测量装置，包括：

设置在流体内部的转轴，所述转轴的轴向与被测局部流场的主流方向垂直；

设置在所述转轴上的叶轮，所述叶轮在所述被测局部流场的带动下围绕所述转轴转动；所述叶轮包括沿圆周方向设置在所述转轴的外表面上的多个叶片部；其中，所述叶片部包括叶片和连接杆，所述叶片通过所述连接杆固定在所述转轴的外表面上；

设置在所述转轴上的转速传感器；以及

用于根据所述转速传感器的输出信号确定所述被测局部流场的主流流速的处理器。

优选的是，所述叶片部等间隔地设置在所述转轴的外表面上。

优选的是，所述叶轮包括至少3个所述叶片部。

优选的是，所述叶片的表面垂直于所述被测局部流场的主流方向设置。

优选的是，所述流速测量装置还包括壳体，所述转轴位于所述壳体的内部，并且所述转轴的两端与所述壳体的内侧壁可转动连接；

所述被测流体位于流道内；所述壳体与所述流道的外侧壁固定连接；所述流道的外侧壁对应所述壳体的位置开设有缺口，所述叶轮的叶片贯穿所述缺口伸入至所述被测局部流场内，以使所述叶轮在被测局部流场的带动下围绕所述转轴转动。

优选的是，所述流道为管道或者环空。

优选的是，在所述壳体与所述流道的外侧壁固定连接处设置有密封部。

优选的是，所述处理器为能执行信号采集和逻辑处理的硬件。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明提供的流速测量装置，结构简单，体积较小，其独特的叶片细连杆设计把对流场的扰动降到最低，从而大大减少了对原有流场的破坏程度，提高了流速测量的精度。相比于现有技术中的接触式流速测量装置，本发明能够实时、较准确、连续地测量流场的局部流速。另外，本发明的结构简单、安全可靠、成本低廉且便于实现。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了本发明实施例的流速测量装置的俯视图；

图2示出了本发明实施例的流速测量装置沿图1所示的B-B方向的剖面示意图；

图3示出了本发明实施例的流速测量装置沿图1所示的A-A方向的剖面示意图；

图4示出了图2和图3所示的叶片部的结构示意图；

图5示出了利用本发明实施例的流速测量装置测量管道内流体的流速的示意图；以及

图6示出了利用本发明实施例的流速测量装置测量环空内流体的流速的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明所要解决的技术问题是：利用现有技术中的接触式流速测量装置测量流速时，由于该装置的结构复杂，体积较大，因此会在很大程度上破坏原有的流场信息，严重影响测量准确度。为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种能够准确测量被测局部流场的主流流速的流速测量装置。主流流速指的是被测局部流场沿主流方向的流速。

参照图1至图3，本发明实施例所述的流速测量装置包括转轴3、叶轮、转速传感器5和处理器6。

具体地，转轴3通过支撑装置设置在被测流体的内部。转轴3的轴向与被测局部流场的主流方向垂直。叶轮设置在转轴3上。该叶轮在被测局部流场的带动下围绕转轴3转动。

转速传感器5设置在转轴3上，用于实时测量转轴3的转速。处理器6与转速传感器5电连接，以实时接收转速传感器5的输出信号，并根据该输出信号确定被测局部流场的主流流速。

叶轮包括沿圆周方向设置在转轴3的外表面上的多个叶片部4。如图4所示，每个叶片部4包括叶片42和连接杆41，叶片42通过连接杆41固定在转轴3的外表面上。叶片42的截面形状优选为椭圆形。在具体实施过程中，在保证连接强度的基础上，可以尽可能地减少连接杆41的体积(将连接杆41加工成细连杆)，以最大程度上减少对原有流场的影响。

在使用本实施例的流速测量装置时，需根据流体的被测局部流场的位置确定设置转轴3的位置，以使安装在转轴3上的所有叶片42在围绕转轴3转动的过程中均经过该被测局部流场。这样，被测局部流场的来流推动叶片42，带动叶轮围绕转轴3旋转，使转轴3达到一定的转速，转速传感器5捕捉到转轴3的角速度，并将相应的输出信号供处理器6处理、存储。具体地，处理器6根据接收到的转轴3的角速度w(单位为rad/s)以及预先存储的叶轮的转动半径r，即可根据线速度计算公式v＝r×w获得叶片42的线速度v(单位为m/s)。该线速度v也最能反映所在的被测局部流场的主流流速。

本实施例所述的流速测量装置的工作原理为：被测局部流场带动叶轮围绕转轴3转动，通过实时检测转轴3的角速度，并将该角速度转化为线速度，即可得到被测局部流场的主流流速。在工作过程中，由于本实施例的流速测量装置的结构简单，体积较小，其独特的叶片细连杆设计把对流场的扰动降到最低，从而大大减少了对原有流场的破坏程度，提高了流速测量的精度。因此，相比于现有技术中的接触式流速测量装置，本实施例能够实时、较准确、连续地测量局部流场的主流流速。另外，本实施例的流速测量装置的结构简单、安全可靠、成本低廉且便于实现。

在本发明一优选的实施例中，叶轮具有的所有叶片部4等间隔地设置在转轴3的外表面上。叶轮具有至少3个叶片部4。叶片部4的设置数目可根据具体实施情况具体设置，一般设置为3至5个。参照图2和图3，叶轮具有3个叶片部4。3个叶片部4等角度地设置在转轴3的同一个圆周上。也就是说，每相邻的两个叶片部4的连接杆41的夹角均为120°。

为进一步提高流速测量装置的准确性，即为了使转轴3的线速度尽可能地接近被测局部流场的主流流速，在本发明一优选的实施例中，叶片42的表面垂直于被测局部流场的主流流向(如图2、图5和图6中的箭头P所示)设置。即，每片叶片42的表面与所在局部流场的来流方向垂直，这样可保证流体流动最大限度地推动叶片42旋转。在具体实施过程中，尽量保证叶片42的表面垂直于被测局部流场的来流方向设置。

参照图1至图3，本实施例所述的流速测量装置还包括截面呈长方形的壳体2。转轴3位于壳体2的内部，并且转轴3的两端与壳体2的内侧壁可转动连接。特别地，转轴3的端部与壳体2的内侧壁垂直连接。

另外，被测流体位于流道1内。流道1可以是管道或者环空等适合本装置安装的任何流道。流速测量装置的壳体2与流道1的外侧壁固定连接。具体地，流道1的外侧壁对应壳体2的位置开设有缺口，壳体2的下端面的尺寸和形状与缺口的尺寸和形状相匹配，以使该壳体2的下端面与缺口固定连接。叶轮的叶片42贯穿缺口伸入至被测局部流场内，以使叶轮在被测局部流场的带动下围绕转轴3转动。特别地，在壳体2与流道1的外侧壁的固定连接处设置有密封部(附图中未示出)，以使壳体2与流道1之间达到密封效果，从而流速测量装置与流场构成一个整体密闭的空间，提高了测量精度。

参照图5和图6，本发明实施例流速测量装置尤其适用于管流(被测流体位于管道中)、环空流(被测流体位于环空中)等过流截面的流速剖面上不同位置主流流速的测量。

如图5所示，是利用本发明实施例的流速测量装置测量管道1内流体的主流流速的示意图，可以通过调整壳体2的高度，控制叶片42伸入管内流场的深度，来达到测量管路截面上不同深度的主流流速，例如测量流道1速度核心区的主流流速和测量流道1壁面附近的主流流速。

如图6所示，是利用本发明实施例的流速测量装置测量环空内流体的主流流速的示意图，可以通过调整壳体2的高度或者转轴3的设置位置，控制叶片42伸入环空流场的深度，来达到测量环空截面上不同深度的主流流速，例如测量环空速度核心区的主流流速。

在本发明一优选的实施例中，处理器6为中央处理器(CPU,Central ProcessingUnit)、嵌入式处理器(DSP,Digital Signal Process)、可编程逻辑控制器(PLC,Programmable Logic Controller)或者单片机等能够执行信号采集和逻辑处理的硬件。

本发明实施例的流速测量装置的结构如上述所述，但整体大小尺寸可灵活设计，可针对不同管径、不同流场的几何特征，在功能、精度和材料许可的情况下，具体设计为结构相同但大小不同的各种尺寸。

综上所述，本发明实施例的特点包括但不限于：属于接触式测量装置，根据流动方向安装，方便使用；能够实时、连续、较准确地测量局部流场的局部瞬时流速；原理简单，使用方便，通过测量叶轮转速，换算成叶片42的线速度，即为被测流体的局部流速；独特的叶片细连杆设计，把对流场的扰动降到最低，从而提高测量精度；可根据实际流场的几何尺寸合理设计整体装置的尺寸大小，便于安装；比其他测量平均流速的装置精度高，能够敏感到流场内部不同区域的流速变化；本装置受重力影响可以忽略，因此可以测量与重力方向成任意角度的流场。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种流速测量装置，其特征在于，包括：

设置在流体内部的转轴，所述转轴的轴向与被测局部流场的主流方向垂直；

设置在所述转轴上的叶轮，所述叶轮在所述被测局部流场的带动下围绕所述转轴转动；所述叶轮包括沿圆周方向设置在所述转轴的外表面上的多个叶片部；其中，所述叶片部包括叶片和连接杆，所述叶片通过所述连接杆固定在所述转轴的外表面上；

设置在所述转轴上的转速传感器；以及

用于根据所述转速传感器的输出信号确定所述被测局部流场的主流流速的处理器。

2.根据权利要求1所述的流速测量装置，其特征在于，所述叶片部等间隔地设置在所述转轴的外表面上。

3.根据权利要求2所述的流速测量装置，其特征在于，所述叶轮包括至少3个所述叶片部。

4.根据权利要求1至3任一项所述的流速测量装置，其特征在于，所述叶片的表面垂直于所述被测局部流场的主流方向设置。

5.根据权利要求4所述的流速测量装置，其特征在于，还包括壳体，所述转轴位于所述壳体的内部，并且所述转轴的两端与所述壳体的内侧壁可转动连接；

所述被测流体位于流道内；所述壳体与所述流道的外侧壁固定连接；所述流道的外侧壁对应所述壳体的位置开设有缺口，所述叶轮的叶片贯穿所述缺口伸入至所述被测局部流场内，以使所述叶轮在被测局部流场的带动下围绕所述转轴转动。

6.根据权利要求5所述的流速测量装置，其特征在于，所述流道为管道或者环空。

7.根据权利要求5所述的流速测量装置，其特征在于，在所述壳体与所述流道的外侧壁固定连接处设置有密封部。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的流速测量装置，其特征在于，所述处理器为能执行信号采集和逻辑处理的硬件。