CN109141548A - 一种文丘里喷嘴及加工工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种文丘里喷嘴及加工工艺，涉及管道内的介质流量检测技术领域，由于现有的文丘里喷嘴中，有的虽然能测量准确，但焊点多，易泄漏；有的不易泄漏，但测量不准。本方案包括管体，管体包括外筒部、喷嘴筒部，喷嘴筒部外周壁贴紧在外筒部内周壁上，管体沿流质流动方向依次分为入口段、收缩段、喉部、扩散段、出口段，且收缩段、喉部、扩散段均位于喷嘴筒部的内部；喷嘴筒部外周壁上开有均压环槽，且外筒部的内周壁封闭住均压环槽的槽口，喷嘴筒部上开有若干个取压孔，外筒部周壁上固定连接有一根负取压管和一根正取压管。本方案只设有两个焊点，则可降低泄漏概率，且设有均压环槽和多个取压孔，以提高测量准确性。

Description

一种文丘里喷嘴及加工工艺

技术领域

本发明涉及管道内的介质流量检测技术领域，具体涉及一种文丘里喷嘴及加工工艺。

背景技术

文丘里喷嘴主要用来测量管道内流质的流量，参考图1，现行国标的文丘里喷嘴主要包括文丘里喷嘴管体1、内部开有环形空腔的均压环18、正取压管16、负取压管17、连出管19(参见GB/T2624.3-2006)，而文丘里喷嘴管体1内沿着介质的流动方向，依次包括入口段11、收缩段12、喉部13、扩散段14、出口段15。正取压管16连通进入口段11，负取压管17绕文丘里喷嘴管体1设有至少四根(国标规定，至少四根)，负取压管17一端连通进喉部13，另一端连通进均压环18，连出管19一端连通进均压环18。则可通过正取压管16测得入口段11的流质压强，通过连出管19测得喉部13的压强，并通过将两个压强之差ΔP代入中，计算得出管体内的流量。其中，q_v、c、ε、β、d、ρ₁分别为流量(m³/h)、流出系数、可膨胀系数(水为1)、喉部13直径与入口段11直径之比、喉部13直径、流质在操作状态下的密度。

上述这类文丘里喷嘴存在不足之处，由于均压环与文丘里喷嘴管体之间连接有负取压管，则各处连接点均需要通过焊接的形式进行固定，即正取压管、负取压管、连出管与各部件的连接焊点，至少要有十处。则在运输过程中，焊点处可能由于振动等原因出现裂缝，以及在运行过程中，在某些介质冷热变化下，焊点处也极易出现裂缝(比如在深冷空分领域，流质的温度在-160摄氏度至-180摄氏度，温度变化范围大，热胀冷缩的冲击下，焊点易出现裂缝；又比如该装置运用在大型制氧设备的冷箱内时，其流质的温度变化同样易导致焊点出现裂缝)。

而焊点一旦出现裂缝，则流质的泄出不仅影响了流量检测的准确性，更为严重的是，泄出的低温流质极大的影响了冷箱等设备内部的正常运行，且如果发现不及时，很可能导致整个冷箱等设备报废。而且后期的维修过程十分麻烦，停机维修更是大大影响了整个工程的运作，损失不可估量。

所以也有人为了降低由于流质泄出而导致设备损坏的概率，减少了焊点的数量，即，不设有均压环，且负取压管也只设一根，直接通过这一根负取压管对喉部进行压强检测。如授权公告号为CN202869560U的一种整体式文丘里喷嘴，该喷嘴包括管体，在管体内依次设流体入口段、收缩段、圆筒形喉部、扩散段和流体出口段，管体在流体入口段的管壁上设有正取压管，管体在圆筒形喉部的管壁上设有负取压管；正取压管与负取压管通过设置在管壁上的通孔与管体内部连通，且正取压管与负取压管在通孔的部位焊接在管体的外壁上。

对比文件中的这种设定形式，虽然能降低文丘里喷嘴出现泄露的概率，但是其压强的检测准确性也大大降低。因为流质在从入口段进至喉部过程中，管径发生变化，则流质会出现紊流，导致流质沿喉部周向各点的压强值往往相差较大，则单根负取压管内检测出的压强值往往不能代表喉部真实的压强值；而且单根负取压管内的压强值也会不断发生波动，导致很难准确、快速的知晓喉部真实的压强值。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种文丘里喷嘴，本方案只设有两个焊点，则可降低泄漏概率，且设有均压环槽和多个取压孔，以提高测量准确性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种文丘里喷嘴，包括管体，所述管体包括外筒部、安装于外筒部内部的喷嘴筒部，喷嘴筒部外周壁贴紧在外筒部内周壁上，管体沿流质流动方向依次分为入口段、收缩段、喉部、扩散段、出口段，且收缩段、喉部、扩散段均位于喷嘴筒部的内部；喷嘴筒部外周壁上开有均压环槽，且外筒部的内周壁封闭住均压环槽的槽口，喷嘴筒部绕其周向等间距设有若干个用于连通喉部与均压环槽的取压孔，外筒部周壁上固定连接有一根负取压管，负取压管一端连通于均压环槽且另一端连通于外筒部的外侧，外筒部周壁上固定连接有一根正取压管，正取压管一端连通于入口段内且另一端连通于外筒部的外侧。

通过采用上述技术方案，可降低现有技术中因为焊接点多而导致泄漏的概率，以及提高流量的检测准确性。

针对于第一点：由于只在外筒部上焊接有两根管，即一根正取压管和一根负取压管，则可从原来的十个焊点减少至两个焊点，从而大大降低管体内的流质外泄的概率。

针对于第二点：由于在喷嘴筒部的外周开设有均压环槽，以及绕喷嘴筒部周向等间距设有多个取压孔，则均压环槽能捕捉到喉部周向等间距多个点的流质压强，并在均压环槽内进行均压处理，使各个点捕捉到的流质压强能在均压环槽内相互均衡，从而使通过负取压管测得的压强值能更为贴近喉部实际的流质压强值，且检测出来的压强值更为稳定，不会出现反复大幅度波动的情况。

同时，由于取压孔的开孔数量跟焊点的数量不关联了，则不管在喷嘴筒部上等间距开设多少个取压孔，总的焊接点的数量始终维持在两个，则可在降低泄漏概率的同时，可以尽可能的提高负取压管的压强检测准确性。

本发明的进一步设置为：所述外筒部的内周壁上固定有抵接环，且喷嘴筒部远离入口段一端抵接在抵接环侧壁上；抵接环可以是焊接在外筒部的内周壁上，也可以在加工外筒部的内周壁时，通过车掉外筒部的部分内周壁，以留下一圈抵接环。

通过采用上述技术方案，在将喷嘴筒部安装进外筒部内时，可使喷嘴筒部的端部抵接至抵接环侧壁，从而在安装时起到定位作用，以使负取压管能连通至均压环槽。而且，在运行过程中，随着流质的不断冲击，喷嘴筒部有沿着流质运动方向偏移的趋势，不过在抵接环的支撑下，可防止喷嘴筒部沿着流质运动方向偏移，从而保证负取压管能与均压环槽连通，降低错位的概率。

本发明的进一步设置为：所述均压环槽沿管体径向的槽截面积大于等于所有取压孔孔口面积之和。

通过采用上述技术方案，较大的均压环槽空间可使均压环槽内的压强不会波动太明显，从而通过负取压管检测到的压强会更为稳定，不至于反复波动。

本发明的进一步设置为：所述外筒部沿管体轴向依次包括薄壁段、加厚段、薄壁段，且正取压管和负取压管连接在加厚段上。

通过采用上述技术方案，由于设有加厚段，且正取压管和负取压管连接在加厚段上，则当正取压管和负取压管遭受径向或轴向冲击时，加厚段可降低外筒部被牵连而导致损坏的概率。

本发明的进一步设置为：所述加厚段上开有正连接孔和负连接孔，正连接孔连接入口段和外筒部的外侧，负连接孔连通均压环槽和外筒部的外侧；正连接孔远离外筒部中轴线一端扩口有正安装口，且正取压管端部固定安装在正安装口内；负连接孔远离外筒部中轴线一端扩口有负安装口，且负取压管端部固定安装在负安装口内。

通过采用上述技术方案，方便在焊接之前对正取压管和负取压管进行定位，从而提高焊接的准确性。

本发明的进一步设置为：所述取压孔绕喷嘴筒部周向等间距设置，且数量为六个。

通过采用上述技术方案，国标中规定是至少四个取压孔，而此处设置六个的目的是增强检测准确性，当然，也可以开设不止六个。

本发明的进一步设置为：所述收缩段沿喷嘴筒部轴向的切面由四分之一段圆弧段组成。

通过采用上述技术方案，由于现有的国标工艺中(参见GB/T2624.3-2006)，收缩段通常由两端圆弧轮廓组成，且靠近入口段的圆弧较另一段圆弧的半径更大。设置两段圆弧的目的是，先提高沿流质运动方向收缩段的坡度，再降低沿流质运动方向收缩段的坡度，从而使流质经过收缩段时，一开始由于内径急剧收缩，则速度变化量较大，随后随着坡度的渐缓，速度变化量也逐渐变小(其中值得说明的是，两段圆弧相较于一段圆弧，其后程的坡度减缓量更大，即相同总内径收缩量的前提下，两段圆弧设置下的后程速度变化量更小)，则降低喉部流质的紊流程度，提高测量准确性。

不过设置两段圆弧一般适用于大流量的流质，而针对于小流量流质的流量检测时，一般四分之一圆弧就足以实现准确检测了。所以此处为了降低加工难度，选择只设置一个四分之一圆弧段。

而收缩段的改变，将导致流出系数C的不同于国标值，经实验可知，收缩段采用四分之一圆弧段之后，其流出系数C大致为0.7。

而且收缩段采用四分之一圆弧段的另一优点在于：使该文丘里喷嘴更适用于小雷诺数的流质流量检测。

本发明的另一个目的是提供一种文丘里喷嘴的加工工艺，通过热胀冷缩的形式可实现喷嘴筒部与外筒部的固定、贴紧，降低喷嘴筒部外壁与外筒部内壁之间出现漏缝的概率。

具体包括如下步骤：

第一步，单独加工出喷嘴筒部和外筒部，并在喷嘴筒部外周开设均压环槽，并在均压环槽的槽底开有取压孔，取压孔连通均压环槽和喉部；在外筒部周壁上开有正连接孔和负连接孔；

第二步，加热外筒部并使喷嘴筒部能伸进外筒部内；

第三步，将喷嘴筒部安装进外筒部内或将外筒部套在喷嘴筒部外周，最终待其冷却，即外筒部过盈套在喷嘴筒部的外周，此时负连接孔连通均压环槽和外筒部的外侧；之后需将正取压管和负取压管分别焊接连通在正连接孔的孔口和负连接孔的孔口。

通过采用上述技术方案，通过热胀冷缩的形式可实现喷嘴筒部与外筒部的固定、贴紧，降低喷嘴筒部外壁与外筒部内壁之间出现漏缝的概率。

本发明的进一步设置为：所述第三步的冷却过程中，需保持喷嘴筒部和外筒部同轴。

通过采用上述技术方案，如果在外筒部冷却过程中，喷嘴筒部和外筒部不同轴，则很可能出现外筒部某一处与喷嘴筒部某一处先接触，并随着外筒部的继续冷却、收缩，可能导致该接触点或线或面发生一定程度上的挤压变形，最终导致外筒部内壁与喷嘴筒部外壁留有间隙，影响均压环槽的均匀、准确取压。

本发明的进一步设置为：所述喷嘴筒部和外筒部均采用防锈铝制成。

通过采用上述技术方案，其中由于防锈铝具有易于加工，优良的耐腐蚀性，良好的低温性能等性能，特别适用于深冷空分等领域。

本发明具有以下优点：

1、本方案只设有两个焊点，可降低现有技术中因为焊接点多而导致泄漏的概率，且设有均压环槽和多个取压孔，以提高测量准确性；

2、本方案由于取压孔的开孔数量跟焊点的数量不关联了，则不管在喷嘴筒部上等间距开设多少个取压孔，总的焊接点的数量始终维持在两个，则可在降低泄漏概率的同时，可以尽可能的提高负取压管的压强检测准确性；

3、本方案中，较大的均压环槽空间可使均压环槽内的压强不会波动太明显，从而通过负取压管检测到的压强会更为稳定，不至于反复波动。

附图说明

图1为现行国标中的文丘里喷嘴的结构示意图；

图2为本实施例一的结构示意图；

图3为本实施例二的结构示意图；

图4为本实施例三的示意图。

附图标记：1、文丘里喷嘴管体；11、入口段；12、收缩段；13、喉部；14、扩散段；15、出口段；16、正取压管；17、负取压管；18、均压环；19、连出管(该标号之前的标号均为附图1中的标号)；2、管体；21、外筒部；211、加厚段；212、薄壁段；22、喷嘴筒部；23、入口段；24、收缩段；25、喉部；26、扩散段；27、出口段；28、抵接环；3、均压环槽；31、取压孔；4、正连接孔41、正安装口；42、正取压管；；5、负连接孔；51、负安装口；52、负取压管；6、第一步；7、第二步；8、第三步。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

参照附图对本发明做进一步说明。

实施例一：一种文丘里喷嘴，参考图2，包括管体2，管体2包括外筒部21、安装于外筒部21内部的喷嘴筒部22，外筒部21和喷嘴筒部22同轴线设置，喷嘴筒部22外周壁过盈贴紧在外筒部21内周壁上。管体2沿流质流动方向依次分为入口段23、收缩段24、喉部25、扩散段26、出口段27，且收缩段24、喉部25、扩散段26均位于喷嘴筒部22的内部，入口段23和出口段27位于喷嘴筒部22的轴向两端。

参考图2，入口段23的内径即为外筒部21的内径，收缩段24沿喷嘴筒部22轴向的切面由四分之一段圆弧段组成，喉部25为整个喷嘴筒部22中内径最小的一段，扩散段26沿流质流动方向的内径逐渐变大，出口段27的内径即为外筒部21的内径。

参考图2，喷嘴筒部22外周壁上开有均压环槽3，外筒部21的内周壁封闭住均压环槽3的槽口，喷嘴筒部22绕其周向等间距设有六个用于连通喉部25与均压环槽3的取压孔31。均压环槽3沿管体2径向的槽截面积大于等于所有取压孔31孔口面积之和，即，用与喷嘴筒部22中轴线重合的平面切喷嘴筒部22，该状态下，均压环槽3的切面面积要大于所有取压孔31靠近喷嘴筒部22中轴线的孔口的面积之和，且均压环槽3的切面面积可在所有取压孔31孔口面积之和的两倍以上。

参考图2，外筒部21周壁上开有一个正连接孔4和一个负连接孔5，正连接孔4连通入口段23和外筒部21的外侧，负连接孔5连通均压环槽3和外筒部21的外侧。正连接孔4远离外筒部21中轴线一端扩口有正安装口41，且正安装口41内嵌有一根正取压管42，正取压管42与外筒部21焊接。负连接孔5远离外筒部21中轴线一端扩口有负安装口51，且负安装口51内嵌有一根负取压管52，负取压管52与外筒部21焊接。

参考图2，外筒部21的内周壁上固定设有抵接环28，且喷嘴筒部22远离入口段23一端抵接在抵接环28侧壁上。则在流质的流动、冲击下，喷嘴筒部22仍能稳定的位于外筒部21内，而不会沿着喷嘴筒部22轴向发生偏移，则降低了负连接孔5与均压环槽3发生错开的概率。

参考图2，外筒部21沿管体2轴向依次包括薄壁段212、加厚段211、薄壁段212，且正取压管42和负取压管52连接在加厚段211上。

具体实施原理：流质依次流过入口段23、收缩段24、喉部25、扩散段26、出口段27，可通过正取压管42检测出入口段23内的流质压强；而喉部25内的流质可通过取压孔31进至均压环槽3内，则可通过负取压管52检测出均压环槽3内的流质压强，而均压环槽3内的流质压强等同于喉部25的流质压强。然后可将两个压强之差ΔP代入中，计算得出管体内的流量。其中，q_v、c、ε、β、d、ρ₁分别为流量(m³/h)、流出系数、可膨胀系数(水为1)、喉部25直径与入口段23直径之比、喉部25直径、流质在操作状态下的密度。

值得说明的是，本方案可降低现有技术中因为焊接点多而导致泄漏的概率，以及提高流量的检测准确性。

针对于第一点：由于只在外筒部21上焊接有两根管，即一根正取压管42和一根负取压管52，则可从原来的十个焊点减少至两个焊点，从而大大降低管体2内的流质外泄的概率。

针对于第二点：由于在喷嘴筒部22的外周开设有均压环槽3，以及绕喷嘴筒部22周向等间距设有六个取压孔31，则均压环槽3能捕捉到喉部25周向等间距六个点的流质压强，并在均压环槽3内进行均压处理，使各个点捕捉到的流质压强能在均压环槽3内相互均衡，从而使通过负取压管52测得的压强值能更为贴近喉部25实际的流质压强值，且检测出来的压强值更为稳定，不会出现反复大幅度波动的情况。

同时，由于取压孔31的开孔数量跟焊点的数量不关联了，则不管在喷嘴筒部22上等间距开设多少个取压孔31，总的焊接点的数量始终维持在两个，则可在降低泄漏概率的同时，可以尽可能的提高负取压管52的压强检测准确性。

实施例二：参考图3，与实施例一唯一的区别在于，喷嘴筒部22是以焊接的形式固定在外筒部21的内部的，且需使得喷嘴筒部22外周壁贴紧在外筒部21内周壁上，以保证入口段23内的流质不会通过喷嘴筒部22与外筒部21之间的缝隙泄漏进均压环槽3内。

具体实施原理：与实施例一相同。

实施例三：参考图4，一种文丘里喷嘴的加工工艺，包含了实施例一或实施例二中的一种文丘里喷嘴，具体步骤如下：

第一步6，采用防锈铝，单独加工出喷嘴筒部22和外筒部21，并在喷嘴筒部22外周开设均压环槽3，并在均压环槽3的槽底开有六个取压孔31，六个取压孔31绕喷嘴筒部22周向等间距设置，取压孔31连通均压环槽3和喉部25；而且需要使得均压环槽3的切面面积可在所有取压孔31孔口面积之和的两倍以上；然后在外筒部21周壁上开有正连接孔4和负连接孔5；接着需要在外筒部21的内周壁上焊接上抵接环28；

第二步7，加热外筒部21并使喷嘴筒部22能伸进外筒部21内；

第三步8，将喷嘴筒部22安装进外筒部21内或将外筒部21套在喷嘴筒部22外周，且组装过程中，需保持喷嘴筒部22和外筒部21始终同轴；最终待其冷却，即直至外筒部21过盈套在喷嘴筒部22的外周，此时负连接孔5连通均压环槽3和外筒部21的外侧；之后需将正取压管42和负取压管52分别焊接连通在正安装口41内和负安装口51内。

具体实施原理：其中由于防锈铝具有易于加工，优良的耐腐蚀性，良好的低温性能等性能，特别适用于深冷空分等领域。

由于防锈铝的熔点一般在400多度，则通过将外筒部21加热至370度左右，即可将喷嘴筒部22组装进外筒部21的内部，待冷却后，喷嘴筒部22的外周壁过盈贴紧在外筒部21的内周壁上。通过上述这种热胀冷缩的形式可实现喷嘴筒部22与外筒部21的固定、贴紧，从而可实现实施例一中所述的各项优点，而且这种形式下的喷嘴筒部22外壁与外筒部21内壁之间不容易出现漏缝。

实施例四：参考图4，与实施例三唯一的区别在于，抵接环28并不是焊接在外筒部21内周壁上的；抵接环28的加工过程为，通过车床对外筒部21内周壁进行切削，即，沿外筒部21径向车掉一定区域的外筒部21的内周壁，以留下一圈环状的结构，即为抵接环28。

具体实施原理：等同于实施例三，只不过车出的抵接环28比焊接上外筒部21内周壁的抵接环28更牢固。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种文丘里喷嘴，包括管体（2），其特征是：所述管体（2）包括外筒部（21）、安装于外筒部（21）内部的喷嘴筒部（22），喷嘴筒部（22）外周壁贴紧在外筒部（21）内周壁上，管体（2）沿流质流动方向依次分为入口段（23）、收缩段（24）、喉部（25）、扩散段（26）、出口段（27），且收缩段（24）、喉部（25）、扩散段（26）均位于喷嘴筒部（22）的内部；喷嘴筒部（22）外周壁上开有均压环槽（3），且外筒部（21）的内周壁封闭住均压环槽（3）的槽口，喷嘴筒部（22）绕其周向等间距设有若干个用于连通喉部（25）与均压环槽（3）的取压孔（31），外筒部（21）周壁上固定连接有一根负取压管（52），负取压管（52）一端连通于均压环槽（3）且另一端连通于外筒部（21）的外侧，外筒部（21）周壁上固定连接有一根正取压管（42），正取压管（42）一端连通于入口段（23）内且另一端连通于外筒部（21）的外侧。

2.根据权利要求1所述的一种文丘里喷嘴，其特征是：所述外筒部（21）的内周壁上固定设有抵接环（28），且喷嘴筒部（22）远离入口段（23）一端抵接在抵接环（28）侧壁上；抵接环（28）可以是焊接在外筒部（21）的内周壁上，也可以在加工外筒部（21）的内周壁时，通过车掉外筒部（21）的部分内周壁，以留下一圈抵接环（28）。

3.根据权利要求1所述的一种文丘里喷嘴，其特征是：所述均压环槽（3）沿管体（2）径向的槽截面积大于等于所有取压孔（31）孔口面积之和。

4.根据权利要求1所述的一种文丘里喷嘴，其特征是：所述外筒部（21）沿管体（2）轴向依次包括薄壁段（212）、加厚段（211）、薄壁段（212），且正取压管（42）和负取压管（52）连接在加厚段（211）上。

5.根据权利要求4所述的一种文丘里喷嘴，其特征是：所述加厚段（211）上开有正连接孔（4）和负连接孔（5），正连接孔（4）连接入口段（23）和外筒部（21）的外侧，负连接孔（5）连通均压环槽（3）和外筒部（21）的外侧；正连接孔（4）远离外筒部（21）中轴线一端扩口有正安装口（41），且正取压管（42）端部固定安装在正安装口（41）内；负连接孔（5）远离外筒部（21）中轴线一端扩口有负安装口（51），且负取压管（52）端部固定安装在负安装口（51）内。

6.根据权利要求1所述的一种文丘里喷嘴，其特征是：所述取压孔（31）绕喷嘴筒部（22）周向等间距设置，且数量为六个。

7.根据权利要求1所述的一种文丘里喷嘴，其特征是：所述收缩段（24）沿喷嘴筒部（22）轴向的切面由四分之一段圆弧段组成。

8.一种包含权1-7任意一项所述文丘里喷嘴的加工工艺，其特征是：包括如下步骤：

第一步（6），单独加工出喷嘴筒部（22）和外筒部（21），并在喷嘴筒部（22）外周开设均压环槽（3），并在均压环槽（3）的槽底开有取压孔（31），取压孔（31）连通均压环槽（3）和喉部（25）；在外筒部（21）周壁上开有正连接孔（4）和负连接孔（5）；

第二步（7），加热外筒部（21）并使喷嘴筒部（22）能伸进外筒部（21）内；

第三步（8），将喷嘴筒部（22）安装进外筒部（21）内或将外筒部（21）套在喷嘴筒部（22）外周，最终待其冷却，即外筒部（21）过盈套在喷嘴筒部（22）的外周，此时负连接孔（5）连通均压环槽（3）和外筒部（21）的外侧；之后需将正取压管（42）和负取压管（52）分别焊接连通在正连接孔（4）的孔口和负连接孔（5）的孔口。

9.根据权利要求8所述的一种文丘里喷嘴的加工工艺，其特征是：所述第三步（8）的冷却过程中，需保持喷嘴筒部（22）和外筒部（21）同轴。

10.根据权利要求8所述的一种文丘里喷嘴的加工工艺，其特征是：所述喷嘴筒部（22）和外筒部（21）均采用防锈铝制成。