CN109141555B - 具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，涉及超声波计量仪表领域，包括水表基表、采集器、流量和水费计算仪、设置装置、预警系统，所述水表基表包括过流通道、壳体，所述过流通道的超声波传播段内安装有消涡叶片，所述消涡叶片沿过流通道的轴线设置，所述消涡叶片的高度h小于过流通道管道内径D的一半。本发明在超声波流量检测仪表的基表声道内引入消涡叶片结构，对流道进行优化设计，打碎超声波流量检测仪表前各类管道元件或反射装置引入的大尺度漩涡，以改善超声波流量检测仪表测量不确定度，提高测量稳定性。
Description
技术领域
本发明提供了一种具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，涉及计量仪表技术领域，特别是一种用于各种应用超声波原理进行流量测量仪表。
背景技术
目前超声波流量测量仪表多用于水和气体介质的流量测量，如威海天罡、唐山惠中等企业的产品均采用超声波流量测量管段作为流量检测基表。由于超声波流量测量仪表测量量程宽、计量精度高、无运动部件、具备良好的高温适应性，在各个领域应用广泛。
超声波流量测量仪表多是采集声波传播路径上顺流和逆流的时间差实现声道上的线平均速度的测量，进而通过K系数（即线面速度比）将线平均速度转化成面平均速度，以实现流量的测量。由于仅对超声波传播路径上的线平均速度采样，故无法全面反映声道各个点上流动情况，故检测精度易受到大尺度漩涡的影响。湍流由不同的尺度涡构成，其能量主要包含在大尺度涡中，但是大尺度的随机涡难以在有限空间和时间尺度内通过平均化处理消除，会对流动测量的稳定性产生影响。
实际管路中难免安装一些会对流动产生影响的局部件，这些影响往往引入大尺度漩涡，造成流动测量的不稳定。比如弯管、双直角弯管、T字型转接头、管内突起或凹陷、换能器安装位置处的截面变化、阀门等。此外，当超声波热量表的管径小于50 mm，通常采用U型反射方式延长声程以保证测量精度，U型反射超声热量表的反射装置使得过流截面发生变化，从而造成被测流体流动特性复杂化，产生不同尺度的湍流漩涡。上述因素都将对超声波流量测量仪表量的测量精度和稳定性产生影响。因此无论超声波热量表表前安装误差和表内反射柱都可能引起大尺度漩涡影响超声波热量表的测量稳定性。
故通过结构优化设计有效降低大尺度漩涡引入的误差十分有必要，一方面，可以提高测量稳定性，增加测量精度；另一方面，可以减少超声波热量表的表前直管段长度，提高安装适用性。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，在过流通道内设置多个消涡叶片，用以打碎大尺度漩涡，改善超声波流量测量的不确定度，实现准确、可靠的流量计量。
本发明的技术方案如下：一种具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，包括水表基表、采集器、流量和水费计算仪、设置装置、预警系统，所述水表基表包括过流通道、壳体，所述过流通道的超声波传播段内安装有消涡叶片，所述消涡叶片沿过流通道的轴线设置，所述消涡叶片的高度h小于过流通道管道内径D的一半。
本发明技术方案还包括：所述消涡叶片为梯形结构，所述梯形结构的长边与过流通道的内壁连接。
本发明技术方案还包括：所述消涡叶片垂直于过流通道内壁安装，所述梯形结构的所属平面通过过流通道的轴心。
本发明技术方案还包括：所述梯形结构为等腰梯形。
本发明技术方案还包括：所述梯形结构的长边长度为l，所述梯形的短边长度为l-2h。
本发明技术方案还包括：所述消涡叶片的数量为N个，N≥1。
本发明技术方案还包括：所述消涡叶片在过流通道内沿周向排列。
本发明的有益效果为：本发明提供了一种具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，在超声波流量检测仪表的基表声道内引入消涡叶片结构，对流道进行优化设计，打碎超声波流量检测仪表前各类管道元件或反射装置引入的大尺度漩涡，以改善超声波流量检测仪表测量不确定度，提高测量稳定性。
且消涡叶片的高度均小于管道直径的一半h<D/2，可保证超声波有效通过管道中心。该结构可以打碎大尺度漩涡，同时又不影响声波信号的传播。
实验表明，该发明与商用缩颈超声波流量计相比，在累积流量较小时表现出更好的重复性，测量稳定性较高。
附图说明
图1为本发明超声波流量测量仪表流道结构侧视示意图；
图2为本发明超声波流量测量仪表流道结构主视示意图；
图3为本发明消涡叶片主视示意图；
图4为本发明消涡叶片侧视示意图。
其中，1、过流通道，2、消涡叶片。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步介绍。
如图1至4所示，本发明在超声波热量表的超声波传播区域的流道内根据管径的不同设置多个梯形的消涡叶片2，所述消涡叶片2在过流通道1内沿周向排列。长边长度为l，短边长度为l－2h，厚度为d，尺寸数值随着所测管径的尺寸变化，但梯形高度均小于管道直径的一半h<D/2，以保证超声波有效通过管道中心。该结构可以打碎大尺度漩涡，同时又不影响声波信号的传播。
消涡叶片2梯形结构的设计，能够降低消涡叶片2对液体的阻力，减小液体对消涡叶片2斜侧壁的冲击带来的损耗和壁面边界层分离，从而保证消涡叶片2具有较长的使用寿命。
其中，所述消涡叶片2沿过流通道1的轴线设置并垂直于过流通道1安装，所述梯形结构的长边与过流通道1的内壁连接，梯形结构的所属平面通过过流通道1的轴心。
针对20mm管径U型超声波热量表的超声波传播段设置周向对称4个消涡叶片2(l=36mm,h=6mm,d=2mm)，实验结果表明，具有消涡结构的新型户用超声波热量表在标准流量检测规程下具有较高测量精度，测量误差小于1.1%。与商用缩颈超声波热量表相比，新型户用超声波热量表在累积流量较小时表现出更好的重复性，测量稳定性较高，校表时间可以节省四倍，该实验结果符合理论分析预期。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡在本发明的精神和原则之内所做任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，包括水表基表、采集器、流量和水费计算仪、设置装置、预警系统，所述水表基表包括过流通道(1)、壳体，其特征在于：所述过流通道(1)的超声波传播段内安装有消涡叶片(2)，所述消涡叶片(2)沿过流通道(1)的轴线设置，所述消涡叶片(2)的高度h小于过流通道(1)管道内径D的一半。
2.如权利要求1所述的具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，其特征在于：所述消涡叶片(2)为梯形结构，所述梯形结构的长边与过流通道(1)的内壁连接。
3.如权利要求2所述的具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，其特征在于：所述消涡叶片(2)垂直于过流通道(1)内壁安装，所述梯形结构的所属平面通过过流通道(1)的轴心。
4.如权利要求3所述的具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，其特征在于：所述梯形结构为等腰梯形。
5.如权利要求4所述的具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，其特征在于：所述梯形结构的长边长度为l，所述梯形的短边长度为l-2h。
6.如权利要求1至5任一所述的具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，其特征在于：所述消涡叶片(2)的数量为N个，N≥1。
7.如权利要求6所述的具有消涡叶片结构的新型超声波流量测量仪表，其特征在于：所述消涡叶片(2)在过流通道(1)内沿周向排列。
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