CN108332807A - 节流组件、整流及流量测量装置 - Google Patents

节流组件、整流及流量测量装置 Download PDF

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Abstract

一种节流组件和包括该节流组件的整流和流量测量装置。节流组件包括中心节流件和多个外围节流件，多个外围节流件依次套设于中心节流件的外部，且与中心节流件同轴，中心节流件与其相邻的外围节流件之间、相邻的外围节流件之间分别形成环形流体通道，沿中心节流件的轴向方向，环形流体通道依次包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段。本发明在稳定流态的同时产生灵敏清晰的差压信号，能够提高流量测量的准确性和可靠性。

Description

节流组件、整流及流量测量装置
技术领域
本发明涉及流量测量领域，具体涉及一种节流组件和包括该节流组件的整流及流量测量装置。
背景技术
如果在充满流体的管道中置入一个流通面积小于管道横截面积的节流件，管道内的流体束在通过该节流件时就会产生局部的收缩或流动分离，在收缩或分离处，静压力会降低，因此在节流件前后会产生一定的压力差(又称差压)。这种压力差与流量之间存在一定的函数关系，因此可以通过测量置入管道内的节流件前、后的压力差测量流量。
现有置入管道中的利用总压与静压之间的压力差实现流量测量的流量传感器以孔板(见图1)、标准喷嘴、文丘里管、各种均速管最为典型。其中，孔板、标准喷嘴、文丘里管等是通过流体流经测量件时发生的收缩来造成压力差；均速管主要以通过流体流经测量件时发生的分离来造成压力差。为了克服流体传输管道中上下游各种泵、阀、弯头、旁通等装置所造成的漩涡、脉动等不利因素的影响，在使用过程中这些流量传感器都需要比较长的前后直管段，以保证在测量流量时管道中的流动是充分发展的标准管流。前后直管段的要求极大地限制了各种流量传感器的应用场合，为此工程技术人员利用各种整流装置来尽快地使管道内的流动发展到标准状态。
现有整流装置通常由一束或几束细长的通道构成，如果控制这些通道的数量，就会在通道前后造成流动收缩或分离，从而能产生差压用于流量测量；同时减小通道的密度，并按照一定的规律来设置这些通道，有利于降低通道后部流动分离之间的互相影响。基于这种思路，工程技术人员以孔板等标准流量传感器为基础研发出了如图2a和图2b所示的具有多孔通道的节流装置，用于整流及流量测量。
美国专利US5341848、US5529093都公布了一种具有多个圆形通道的、具有一定厚度的板状整流装置(即多孔孔板)。并且按照一定规律对圆形通道的大小、数量、所处位置进行适当安排，以期提高流动稳定性、使流动尽快充分发展。
美国专利US7051765和中国专利CN200710162844.6进一步公布了一种平衡孔板，其同样是具有多个按一定规律安置的通孔的、具有一定厚度的板状装置。这种平衡孔板上通孔的大小、数量、位置按照使各通孔中雷诺数相等的要求进行设置，以期平衡流态、使流动尽快充分发展，提高计量精度。
中国专利CN201110344567.7、CN201120087553.7、CN201220273926.4等也都公布了类似结构的多孔孔板，用于流量计量。中国专利CN201220323927.5公布了一种文丘里型多孔孔板，每个通孔都具有中间细两边逐渐变粗的形状，即文丘里型。当流体流过此孔板时，由于文丘里形接近于流线形，减少了紊流，从而减少了前后直管段要求，同样由于减少了紊流，使压力信号更稳定，从而提高了测量精度。中国专利CN201410241286.2公布了一种多孔喷嘴，采用一组或多组中心对称分布的标准喷嘴来达到同样的目的。
这些现有技术虽然促进了差压式流量测量装置的发展，但是均无法在稳定流态的同时产生灵敏清晰的差压信号，仍有极大的改进空间。
发明内容
本发明的目的是提出一种节流组件和包括该节流组件的整流和流量测量装置，以在稳定流态的同时产生灵敏清晰的差压信号，提高流量测量的准确性和可靠性。
本发明一方面提供一种节流组件，包括中心节流件和多个外围节流件，所述多个外围节流件依次套设于所述中心节流件的外部，且与所述中心节流件同轴，所述中心节流件与其相邻的外围节流件之间、相邻的外围节流件之间分别形成环形流体通道，沿所述中心节流件的轴向方向，所述环形流体通道依次包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段。
优选地，所述中心节流件和所述多个外围节流件的轴向长度相等，且轴向端面相互对齐。
优选地，所述中心节流件为沙漏形，且具有等直径的圆柱形中部，所述外围节流件为圆筒形，且中部直径缩小形成等直径的圆筒形中部，所述中心节流件的圆柱形中部与所述外围节流件的圆筒形中部的轴向长度相等。
优选地，所述中心节流件为纺锤形，且具有等直径的圆柱形中部，所述外围节流件为圆筒形，其侧壁的轴向截面为纺锤形，且所述外围节流件具有等直径的圆筒形中部，所述中心节流件的圆柱形中部与所述外围节流件的圆筒形中部的轴向长度相等。
优选地，在所述外围节流件的圆筒形中部设有至少一个通孔。
优选地，所述环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(1)，其中所述横截面垂直于所述中心节流件的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
ri为第i个环形流体通道的等横截面段的中心圆半径。
优选地，所述中心节流件为柱形，所述外围节流件为筒形，在垂直于所述中心节流件的轴向的每一个截面上，所述中心节流件的横截面为矩形，所述外围节流件的横截面为回字形，沿所述中心节流件的轴向方向，所述中心节流件依次包括第一入口收缩段、第一等尺寸段和第一出口扩张段，所述外围节流件依次包括第二入口收缩段、第二等尺寸段和第二出口扩张段。
优选地，所述环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(2)，其中所述横截面垂直于所述中心节流件的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
zi为第i个环形流体通道的等横截面段的中心矩形的对角线长度的一半。
优选地，所述节流组件用于设置于待测管道内，所述待测管道为圆筒形，且所述中心节流件、所述多个外围节流件和所述待测管道同轴设置，所述待测管道的内壁上设有环形凸起，从而所述待测管道与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在所述待测管道的侧壁上靠近所述节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近所述环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
优选地，所述节流组件用于设置于待测管道内，所述待测管道为圆筒形，且所述中心节流件、所述多个外围节流件和所述待测管道同轴设置，所述待测管道与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在所述待测管道的侧壁上靠近所述节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近所述环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
优选地，所述节流组件用于设置于待测管道内，所述待测管道为方筒形，且所述中心节流件、所述多个外围节流件和所述待测管道同轴设置，所述待测管道的内壁上设有环形凸起，从而所述待测管道与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在所述待测管道的侧壁上靠近所述节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近所述环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
本发明另一方面提供一种整流及流量测量装置，包括：
测量管；
所述节流组件，所述节流组件设于所述测量管内；
其中，所述中心节流件、所述多个外围节流件和所述测量管同轴设置，所述测量管与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在所述测量管的侧壁上靠近所述节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近所述环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
优选地，所述测量管的内壁上设有环形凸起，从而所述测量管与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道。
优选地，所述测量管为圆筒形，所述环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(1)，其中所述横截面垂直于所述测量管的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
ri为第i个环形流体通道的等横截面段的中心圆半径。
优选地，所述测量管为方筒形，所述环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(2)，其中所述横截面垂直于所述测量管的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
zi为第i个环形流体通道的等横截面段的中心矩形的对角线长度的一半。
优选地，所述整流及流量测量装置还包括高压引压管、低压引压管和差压变送器，所述高压引压管的一端连接至所述高压取压孔，另一端连接至所述差压变送器的高压端口，所述低压引压管的一端连接至所述低压取压孔，另一端连接至所述差压变送器的低压端口。
本发明的有益效果在于：由于环形流体通道的挤压作用，流体进入环形流体通道后流速加快、压力降低，流速分布很容易被整理成为比较标准的形态。管流的速度分布本来就是分层的状态，进一步利用同轴的环形流体通道将管流按不同的层次进行调整，就能更快地(即更短距离地)将流动状态标准化。
由于节流组件能够使待测管道内的流体流动快速稳定，形成有规律的流速分布，从而不必安装现有流量测量装置测量时所需要的前后直管段，降低了对现场条件的要求。环形流体通道在对管内流体状态进行整流的同时，能够形成压降从而产生可用于流量测量的稳定、高信噪比的差压信号，从而提高了流量测量的精度和可靠性。
环形流体管道依次包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，当流体流经节流组件时，在入口收缩段前方压力达到最大，在等横截面段压力将至最低，在出口扩张段压力有所恢复，能够形成压降从而产生可用于流量测量的差压信号。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的附图标记通常代表相同部件。
图1显示现有的孔板流量计的安装示意图；
图2a和图2b分别显示现有的具有多孔通道的节流装置的示意图；
图3显示根据本发明的第一实施例的整流及流量测量装置的剖视图；
图4显示根据本发明的第一实施例的整流及流量测量装置的侧视图；
图5显示根据本发明的第一实施例的节流组件的立体图；
图6显示根据本发明的第一实施例的节流组件的剖视图；
图7显示根据本发明的第一实施例的整流及流量测量装置的环形流体通道的等横截面段的剖视图；
图8显示根据本发明的第二实施例的节流组件的立体图；
图9显示根据本发明的第二实施例的节流组件的剖视图；
图10显示根据本发明的第三实施例的整流及流量测量装置的剖视图；
图11显示根据本发明的第三实施例的节流组件的立体图；
图12显示根据本发明的第三实施例的节流组件的剖视图；
图13显示根据本发明的第四实施例的节流组件的立体图；
图14显示根据本发明的第四实施例的节流组件的剖视图；
图15显示根据本发明的第五实施例的节流组件的立体图；
图16显示根据本发明的第五实施例的节流组件的剖视图；
图17显示根据本发明的第五实施例的整流及流量测量装置的环形流体通道的等横截面段的剖视图。
附图标记说明：
101-孔板，102-测量嘴，103-钢管；
1-环形流体通道，1a-环形流体通道，1b-环形流体通道，2-中心节流件，3-外围节流件，4-高压取压孔，5-低压取压孔，6-差压变送器，7-计算机，8-测量管，9-支撑件，10-环形凸起，11-通孔。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
根据本发明实施例的节流组件包括中心节流件和多个外围节流件，多个外围节流件依次套设于中心节流件的外部，且与中心节流件同轴，中心节流件与其相邻的外围节流件之间、相邻的外围节流件之间分别形成环形流体通道，沿中心节流件的轴向方向，环形流体通道依次包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段。
使用时，节流组件可设置于待测管道内，根据节流组件的形状，待测管道可以为圆筒形或方筒形，且中心节流件、多个外围节流件和待测管道同轴设置，待测管道与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在待测管道的侧壁上靠近节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
对待测管道进行流量测量时，理想状态是管道内的流动状态为充分发展的管流。为此在实际工业过程控制或贸易结算中，对各种流量计安装时前后应设置的直管段有严格要求，以保证管流充分发展从而保证测量的准确度和可靠性。然而在实践中，受到现场条件的限制，常常无法保证直管段的设置，所以各种整流装置应运而生。此外，在设计流量计时，也期待其具备较好的整流能力，以提高流量测量准确度和可靠性。
根据本发明实施例的节流组件安装于待测管道中时，同轴设置的待测管道、中心节流件和外围节流件形成多个同轴的环形流体通道。由于环形流体通道的挤压作用，流体进入环形流体通道后流速加快、压力降低，流速分布很容易被整理成为比较标准的形态。管流的速度分布本来就是分层的状态，进一步利用同轴的环形流体通道将管流按不同的层次进行调整，就能更快地(即更短距离地)将流动状态标准化。由于节流组件能够使待测管道内的流体流动快速稳定，形成有规律的流速分布，从而不必安装现有流量测量装置测量时所需要的前后直管段，降低了对现场条件的要求。
此外，环形流体通道依次包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段，在入口收缩段，环形流体通道的横截面积沿着中心节流件的轴向方向(即节流组件安装于待测管道内之后的流体流动方向)逐渐减小，在等横截面段，环形流体通道的横截面积保持恒定不变，在出口扩张段，环形流体通道的横截面积沿着中心节流件的轴向方向逐渐增大。当流体流经节流组件时，在入口收缩段前方压力达到最大，在等横截面段压力降至最低，在出口扩张段压力有所恢复，能够形成压降从而产生可用于流量测量的差压信号。测量时，在待测管道的侧壁上靠近节流组件的入口端设置高压取压孔，在侧壁上靠近环形流体通道的等横截面段设置低压取压孔(低压取压孔优选地设置于等横截面段的轴向中心面处)，通过高压取压孔和低压取压孔进行取压，并利用压力传感器或差压传感器测量压力差，进而可以计算通过待测管道的流量。由于这种节流组件的整流效果好，因此能够获得稳定、高信噪比的差压信号，从而提高了流量测量的精度和可靠性。
在一个示例中，中心节流件和多个外围节流件的轴向长度相等，且轴向端面相互对齐，以利于形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道。
在一个示例中，中心节流件为沙漏形，且具有等直径的圆柱形中部，外围节流件为圆筒形，且中部直径缩小形成等直径的圆筒形中部，中心节流件的圆柱形中部与外围节流件的圆筒形中部的轴向长度相等。通过具有上述形状的中心节流件和外围节流件，能够形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道。在这种情况下，当节流组件设置于待测管道内时，预先在待测管道的内壁上设置环形凸起，从而待测管道与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道。该环形凸起的轴向截面可为梯形。
在一个示例中，中心节流件为纺锤形，且具有等直径的圆柱形中部，外围节流件为圆筒形，其侧壁的轴向截面为纺锤形，且外围节流件具有等直径的圆筒形中部，中心节流件的圆柱形中部与外围节流件的圆筒形中部的轴向长度相等。通过具有上述形状的中心节流件和外围节流件，能够形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道。
在一个示例中，在外围节流件的圆筒形中部设有至少一个通孔。优选地，通孔为多个，且沿外围节流件的周向均匀设置。通孔可以连通相邻的环形流体通道，使各环形流体通道内的压力基本相等。在这种情况下，通过设置于侧壁上靠近环形流体通道的等横截面段的低压取压孔可以取得各环形流体通道内的平均压力，有利于获得稳定的压力信号。通孔可以为圆形或椭圆形，优选地设于外围节流件的圆筒形中部的轴向中心面上。
在一个示例中，环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(1)，其中横截面垂直于中心节流件的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
ri为第i个环形流体通道的等横截面段的中心圆半径。
通过计算流体力学(CFD)的数值仿真和实验流体力学(EFD)的实验测定，当环形流体通道的横截面的面积满足上述公式(1)时，节流组件具有最佳整流效果，相应的流量测量精度最高。
在一个示例中，所有环形流体通道(包括中心节流件与其相邻的外围节流件之间的环形流体通道、相邻的外围节流件之间的环形流体通道以及待测管道与其相邻的外围节流件之间的环形流体通道)的横截面的面积均满足以下公式(1)，其中横截面垂直于待测管道的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
ri为第i个环形流体通道的等横截面段的中心圆半径。
实际使用时，可以根据实际工况确定各个环形流体通道内的流速，例如，当应用于长直管道且管道内壁较为光滑时，各个环形流体通道内的流速基本相等；当应用于长直管道但管道内壁粗糙度较大时，靠近测量管中心的环形流体通道内的流速较大。
在一个示例中，中心节流件为柱形，外围节流件为筒形，在垂直于中心节流件的轴向的每一个截面上，中心节流件的横截面为矩形，外围节流件的横截面为回字形，沿中心节流件的轴向方向，中心节流件依次包括第一入口收缩段、第一等尺寸段和第一出口扩张段，外围节流件依次包括第二入口收缩段、第二等尺寸段和第二出口扩张段。
其中，沿中心节流件的轴向方向(即节流组件安装于待测管道内之后的流体流动方向)，中心节流件的第一入口收缩段的矩形横截面的尺寸(长和宽)逐渐减小，第一等尺寸段的矩形横截面的尺寸保持恒定不变，第一出口扩张段的矩形横截面的尺寸逐渐增大。优选地，矩形横截面的长和宽分别以中心节流件的轴线为中心等比例变化。类似的，沿中心节流件的轴向方向，外围节流件的第二入口收缩段的回字形横截面的尺寸(外周的长和宽以及内周的长和宽)逐渐减小，第二等尺寸段的回字形横截面的尺寸保持恒定不变，第二出口扩张段的回字形横截面的尺寸逐渐增大。
类似的，环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(2)，其中所述横截面垂直于所述中心节流件的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
zi为第i个环形流体通道的等横截面段的中心矩形的对角线长度的一半。
中心矩形即位于环形流体通道外周和内周的中间位置的矩形，中心矩形的边与外周和内周的距离相等。
在一个示例中，环形流体通道内设有支撑连接件，支撑连接件可以是支撑杆或支撑片。支撑连接件可以对中心节流件与其相邻的外围节流件、相邻的外围节流件之间、以及待测管道与其相邻的外围节流件进行支撑和连接，保持这些部件之间的相对位置固定。优选地，支撑连接件相对于待测管道的轴线均匀分布于环形流体通道内。
本发明实施例还提供一种整流及流量测量装置，包括：
测量管；
所述节流组件，节流组件设于测量管内；
其中，中心节流件、多个外围节流件和测量管同轴设置，测量管与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在测量管的侧壁上靠近节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
该整流及流量测量装置能够更方便、准确地进行整流和流量测量。使用时，将整流及流量测量装置与待测管道串接即可，无需进行节流组件在待测管道内的安装，且有利于保证各环形流体通道的同轴性，从而提高测量精度。
该整流及流量测量装置的测量过程和原理与以上参考节流组件所描述的测量过程和原理是相同的，在此不再赘述。
在一个示例中，测量管的内壁上设有环形凸起，从而测量管与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道。
在一个示例中，测量管为圆筒形，环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(1)，其中横截面垂直于测量管的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
ri为第i个环形流体通道的等横截面段的中心圆半径。
在一个示例中，测量管为方筒形，环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(2)，其中横截面垂直于测量管的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
zi为第i个环形流体通道的等横截面段的中心矩形的对角线长度的一半。
在一个示例中，整流及流量测量装置还包括高压引压管、低压引压管和差压变送器，高压引压管的一端连接至高压取压孔，另一端连接至差压变送器的高压端口，低压引压管的一端连接至低压取压孔，另一端连接至差压变送器的低压端口。
根据高压端口和低压端口之间的差压，可以计算通过测量管的流量，如以下公式(3)和(4)所示：
其中：
qv为体积流量；
qm为质量流量；
α为流量系数，由实验数据校准确定；
ε为可压缩因子，当流体为不可压缩状态时，ε＝1，当流体为可压缩状态时，通过校准实验数据获得ε的值；
d为标准环形流体通道的等效直径，
ρ为被测介质密度；
ΔP为差压。
在一个示例中，测量管的两端分别设有连接法兰，可以通过连接法兰与待测管道进行连接。
实施例1
图3和4分别显示根据本发明的第一实施例的整流及流量测量装置的剖视图和侧视图，图5和6分别显示根据本发明的第一实施例的节流组件的立体图和剖视图，图7显示根据本发明的第一实施例的整流及流量测量装置的环形流体通道的剖视图。
如以上附图所示，根据本发明第一实施例的整流及流量测量装置包括测量管8和设于测量管8内的节流组件。其中，节流组件包括中心节流件2和多个外围节流件3。中心节流件2为沙漏形，且具有等直径的圆柱形中部。外围节流件3为圆筒形，且中部直径缩小形成等直径的圆筒形中部，外围节流件3的侧壁具有一定厚度。测量管8为圆筒形，其内壁设有环形凸起10，环形凸起的轴向截面为梯形。多个外围节流件3依次套设于中心节流件2的外部，中心节流件2、多个外围节流件3和测量管8同轴设置，中心节流件与其相邻的外围节流件之间、相邻的外围节流件之间、以及测量管与其相邻的外围节流件之间分别形成环形流体通道1，其中环形流体通道1a最靠近测量管8的侧壁，环形流体通道1b最靠近测量管8的轴线。沿中心节流件2的轴向方向，环形流体通道1依次包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段。每个环形流体通道1内均设有支撑连接件9，支撑连接件9对中心节流件2和外围支撑件3起到固定支撑作用。
在每个外围节流件3的圆筒形中部设有多个圆形的通孔11(见图6)，这些圆形的通孔11沿着外围节流件3的周向均匀分布。
在测量管8的侧壁上靠近节流组件的入口端设有高压取压孔4，在测量管8的侧壁上环形流体通道的等横截面段的中间位置设有低压取压孔5。高压引压管的一端连接至高压取压孔4，另一端连接至差压变送器6的高压端口，低压引压管的一端连接至低压取压孔5，另一端连接至差压变送器6的低压端口。差异变送器6与计算机7连接。
在本实施例中，中心节流件2和多个外围节流件3的轴向长度相等，且中心节流件2和多个外围节流件3的轴向端面相互对齐。环形流体通道的横截面的面积满足公式(1)，公式(1)中的Si和ri(i＝1,2,3)标注于图7中。
使用时，整流及流量测量装置与待测管道串接，流体从待测管道流至该装置时，由于节流组件的阻挡作用，在节流组件的入口端产生较高的压力，通过设于测量管侧壁上的高压取压孔及引压管将高压传递至差压变送器的高压端口；由于节流件的阻挡作用，流体只能从环形流体通道中通过，在等横截面段压力降至最低，通过设于测量管侧壁上的低压取压孔及引压管将低压传递至差压变送器的低压端口；差压变送器将高压信号和低压信号传递给计算机，由计算机根据公式(3)或(4)计算相应的流量。
实施例2
图8和9分别显示根据本发明的第二实施例的节流组件的立体图和剖视图。第二实施例与第一实施例的区别在于在每个外围节流件3的圆筒形中部设有多个椭圆形的通孔11，这些椭圆形的通孔11沿着外围节流件3的周向均匀分布。
实施例3
图10显示根据本发明的第三实施例的整流及流量测量装置的剖视图，图11和12分别显示根据本发明的第三实施例的节流组件的立体图和剖视图。
如以上附图所示，根据本发明第三实施例的整流及流量测量装置包括测量管8和设于测量管8内的节流组件。其中，节流组件包括中心节流件2和多个外围节流件3。中心节流件2为纺锤形，其具有等直径的圆柱形中部。外围节流件3为圆筒形，其侧壁的轴向截面为纺锤形，且外围节流件3具有等直径的圆筒形中部，外围节流件3的侧壁具有一定厚度。测量管8为圆筒形。多个外围节流件3依次套设于中心节流件2的外部，中心节流件2、多个外围节流件3和测量管8同轴设置，中心节流件与其相邻的外围节流件之间、相邻的外围节流件之间、以及测量管与其相邻的外围节流件之间分别形成环形流体通道1，其中环形流体通道1a最靠近测量管8的侧壁，环形流体通道1b最靠近测量管8的轴线。沿中心节流件2的轴向方向，环形流体通道1依次包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段。以环形流体通道1a为例，其入口收缩段由纺锤形的中心节流件的头部和具有纺锤形轴向截面的外围节流件的头部形成，等横截面段由中心节流件的等直径的圆柱形中部和外围节流件的等直径的圆筒形中部形成，出口扩张段由中心节流件的尾部和外围节流件的尾部形成。每个环形流体通道1内均设有支撑连接件9，支撑连接件9对中心节流件2和外围支撑件3起到固定支撑作用。
在每个外围节流件3的圆筒形中部设有多个圆形通孔(见图11和12)，这些圆形通孔沿着外围节流件3的周向均匀分布。
在测量管8的侧壁上靠近节流组件的入口端设有高压取压孔4，在测量管8的侧壁上环形流体通道的等横截面段的中间位置设有低压取压孔5。高压引压管的一端连接至高压取压孔4，另一端连接至差压变送器6的高压端口，低压引压管的一端连接至低压取压孔5，另一端连接至差压变送器6的低压端口。差异变送器6与计算机7连接。
根据第三实施例整流及流量测量装置的使用方法和原理与第一实施例相同，在此不再赘述。
实施例4
图13和14分别显示根据本发明的第四实施例的节流组件的立体图和剖视图。第四实施例与第三实施例的区别在于在每个外围节流件3的圆筒形中部设有多个椭圆形通孔，这些椭圆形通孔沿着外围节流件3的周向均匀分布。
实施例5
图15和16分别显示根据本发明的第五实施例的节流组件的立体图和剖视图，图17显示根据本发明的第五实施例的整流及流量测量装置的环形流体通道的等横截面段的剖视图。
第五实施例与第一实施例的区别在于测量管、中心节流件和外围节流件的形状不同，而且为了保证流体顺滑流动，中心节流件和外周节流件分别进行倒圆角处理，从而环形流体通道的横截面为圆角回字形。
在本实施例中，中心节流件为柱形，外围节流件为筒形，在垂直于中心节流件的轴向的每一个截面上，中心节流件的横截面为圆角矩形，外围节流件的横截面为圆角回字形，沿中心节流件的轴向方向，中心节流件依次包括第一入口收缩段、第一等尺寸段和第一出口扩张段，外围节流件依次包括第二入口收缩段、第二等尺寸段和第二出口扩张段。在本实施例中，测量管、外围节流件、中心节流件所形成的环形流体通道的横截面的面积满足以上公式(2)。在这种情况下，在应用公式(2)时，可以按照图17所示确定zi的取值，以提高计算准确性。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (16)

1.一种节流组件，其特征在于，包括中心节流件和多个外围节流件，所述多个外围节流件依次套设于所述中心节流件的外部，且与所述中心节流件同轴，所述中心节流件与其相邻的外围节流件之间、相邻的外围节流件之间分别形成环形流体通道，沿所述中心节流件的轴向方向，所述环形流体通道依次包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段。
2.根据权利要求1所述的节流组件，其特征在于，所述中心节流件和所述多个外围节流件的轴向长度相等，且轴向端面相互对齐。
3.根据权利要求2所述的节流组件，其特征在于，所述中心节流件为沙漏形，且具有等直径的圆柱形中部，所述外围节流件为圆筒形，且中部直径缩小形成等直径的圆筒形中部，所述中心节流件的圆柱形中部与所述外围节流件的圆筒形中部的轴向长度相等。
4.根据权利要求2所述的节流组件，其特征在于，所述中心节流件为纺锤形，且具有等直径的圆柱形中部，所述外围节流件为圆筒形，其侧壁的轴向截面为纺锤形，且所述外围节流件具有等直径的圆筒形中部，所述中心节流件的圆柱形中部与所述外围节流件的圆筒形中部的轴向长度相等。
5.根据权利要求3或4所述的节流组件，其特征在于，在所述外围节流件的圆筒形中部设有至少一个通孔。
6.根据权利要求3或4所述的节流组件，其特征在于，所述环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(1)，其中所述横截面垂直于所述中心节流件的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
ri为第i个环形流体通道的等横截面段的中心圆半径。
7.根据权利要求1所述的节流组件，其特征在于，所述中心节流件为柱形，所述外围节流件为筒形，在垂直于所述中心节流件的轴向的每一个截面上，所述中心节流件的横截面为矩形，所述外围节流件的横截面为回字形，沿所述中心节流件的轴向方向，所述中心节流件依次包括第一入口收缩段、第一等尺寸段和第一出口扩张段，所述外围节流件依次包括第二入口收缩段、第二等尺寸段和第二出口扩张段。
8.根据权利要求7所述的节流组件，其特征在于，所述环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(2)，其中所述横截面垂直于所述中心节流件的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
zi为第i个环形流体通道的等横截面段的中心矩形的对角线长度的一半。
9.根据权利要求3所述的节流组件，其特征在于，所述节流组件用于设置于待测管道内，所述待测管道为圆筒形，且所述中心节流件、所述多个外围节流件和所述待测管道同轴设置，所述待测管道的内壁上设有环形凸起，从而所述待测管道与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在所述待测管道的侧壁上靠近所述节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近所述环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
10.根据权利要求4所述的节流组件，其特征在于，所述节流组件用于设置于待测管道内，所述待测管道为圆筒形，且所述中心节流件、所述多个外围节流件和所述待测管道同轴设置，所述待测管道与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在所述待测管道的侧壁上靠近所述节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近所述环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
11.根据权利要求7所述的节流组件，其特征在于，所述节流组件用于设置于待测管道内，所述待测管道为方筒形，且所述中心节流件、所述多个外围节流件和所述待测管道同轴设置，所述待测管道的内壁上设有环形凸起，从而所述待测管道与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在所述待测管道的侧壁上靠近所述节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近所述环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
12.一种整流及流量测量装置，其特征在于，包括：
测量管；
根据权利要求1-5和7中任一项所述的节流组件，所述节流组件设于所述测量管内；
其中，所述中心节流件、所述多个外围节流件和所述测量管同轴设置，所述测量管与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道，在所述测量管的侧壁上靠近所述节流组件的入口端设有高压取压孔，靠近所述环形流体通道的等横截面段设有低压取压孔。
13.根据权利要求12所述的整流及流量测量装置，其特征在于，所述测量管的内壁上设有环形凸起，从而所述测量管与其相邻的外围节流件之间也形成包括入口收缩段、等横截面段和出口扩张段的环形流体通道。
14.根据权利要求12所述的整流及流量测量装置，其特征在于，所述测量管为圆筒形，所述环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(1)，其中所述横截面垂直于所述测量管的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
ri为第i个环形流体通道的等横截面段的中心圆半径。
15.根据权利要求12所述的整流及流量测量装置，其特征在于，所述测量管为方筒形，所述环形流体通道的横截面的面积满足以下公式(2)，其中所述横截面垂直于所述测量管的轴向：
其中，i＝1,…N，N为环形流体通道的数量；
Si为第i个环形流体通道的等横截面段的横截面的面积；
li为第i个环形流体通道的轴向长度；
vi为第i个环形流体通道内的等横截面段的流速；
zi为第i个环形流体通道的等横截面段的中心矩形的对角线长度的一半。
16.根据权利要求12所述的整流及流量测量装置，其特征在于，还包括高压引压管、低压引压管和差压变送器，所述高压引压管的一端连接至所述高压取压孔，另一端连接至所述差压变送器的高压端口，所述低压引压管的一端连接至所述低压取压孔，另一端连接至所述差压变送器的低压端口。
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