CN1095071C

CN1095071C - 涡流流量计

Info

Publication number: CN1095071C
Application number: CN 96121350
Authority: CN
Inventors: 中津清二; 谷本淳
Original assignee: Oval Corp
Current assignee: Oval Corp
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1996-12-22
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2016-12-22
Also published as: JP3153752B2; CN1164022A; JPH09178520A

Abstract

本发明提供了即使在测量污浊流体时也不会使污浊物质附着在涡流发生体上，从而不会使仪器误差特性不稳定的涡流流量计。本发明的涡旋发生体2的剖面形状，相对于流动方向的轴X-X对称，朝向中央部的宽度较大，且在最大宽度AC的位置处，还设有在与流动成直角方向的长度为y，在流动方向的宽度为X的突起形成的分离发生片3，4，涡流发生体2的斜面DA，DC构成的面形成的顶角为α，所以可使污浊物质不附着在分离发生片3，4处，从而可长时间稳定地测量污浊流体的流量。

Description

涡流流量计

本发明涉及涡流流量计，具体涉及到具有可对污浊流体进行长期、稳定、高精度测量的涡流发生体的涡流流量计。

众所周知，涡流流量计是一种使由涡流发生体发生的卡曼涡旋的发生频率处于预定的雷诺数范围内，利用流量比例关系的推测型流量计，它大多采用具有由与流过被测流体的支管相接的主体，装在主体内的发生涡旋用的涡流发生体，以及检测由该涡流发生体分离发生的涡旋的流量运算显示用的计数部构成的简单形状，没有可动部件的典型的推测型流量计。

涡流流量计的构成简单，但从流量计的精度的角度上看，要求在较大的雷诺数范围内产生稳定的涡旋有一定的比例常数(斯多罗哈尔数)。因此，要根据发生立体卡曼涡旋的二元涡旋理论，近似地求出涡流发生状态。作为其条件，其一是要确定与涡流发生体的流动成直角方向的幅度d相对于流管(主体)内径H的比d/H，另一个条件是确定涡流发生体的剖面形状。

流管内径H相对于与涡流发生体的流动成直角方向的宽度d的比d/H，通常为0.28。涡流发生体的剖面形状，可为具有易于产生沿流动方向容易分离的强力涡流的锋利边缘的矩形、三角形、板形、或是它们的组合。

具有这些剖面形状的涡流发生体，均具有相当的阻力系数。但是，反之，阻力系数较大的涡流发生体，未必在宽的雷诺数范围内具有恒定的斯多哈尔数，所以实际上要对种种形状尺寸比，或上述形状的变形的剖面形状等进行选择。

涡流流量计是将涡流发生体两端固定在流管(主体)内的简单形状，由于流动方向的开口面积较大，故可以用来作为测量污浊流体，比如说含有微碳粒的粗制汽油等用的流量计。

在上述构成的涡流流量计中，涡旋是因从涡流发生体处形成，分离而发生的，涡旋的分离现象起初是不稳定的。为了使涡旋的不稳定状态保持恒定，涡流发生体的剖面形状通常要保持一定。然而，原有的涡流发生体，为了能产生强力涡流，大多使用，比如说呈矩形，等腰三角形等的流动面为平面的发生体。因此，作为流动面的涡流发生体面处的动压比较大，在该压力作用下，诸如粗制汽油中的游离碳粒等的污浊物质的微粒会附着堆积在涡流发生体表面，这实质上改变了涡流发生体的剖面形状，改变了分离条件，从而会出现所谓仪表误差特征变动的问题。

本发明的目的是要提供一种涡流流量计，它具有涡流发生体，即使在测量污浊流体流量时有污浊物质附着在涡流发生体，也能在较大流量范围内进行高精度地流量计量。

根据发明，提供一种可由相对流管内的流动设置的涡流发生体发生的单位时间内的涡旋数检测出流量的涡流流量计，其特征在于，形成有涡流发生体，其剖面形状相对于流动方向的中心轴线对称，且朝向流动的中央部尺寸变大，同时在该涡流发生体的最大宽度位置处，设有在与流动成直角方向上延伸的分离发生片，该分离发生片的上流测面与流动方向成直角，下流侧面是倾斜的面，该分离发生片的与流动方向平行的顶端面形成平面，该平面与所述分离发生片的下流侧面一起形成向着下流侧延伸的突起。

在上述涡流流量计中，最好与所述突起的所述顶端面对向的尾流侧的面，是呈圆弧状。

在上述涡流流量计中，最好所述突起的剖面形状是三角形。

根据本发明的上面所述的这种可由相对流管内的流动设置的涡流发生体发生的在单位时间内的涡旋数检测出流量的涡流流量计，由于可利用倾斜流动的流动体作用，可使流体中的污浊物质不附着在涡流分离部分而流动，所以通常分离条件恒定，可以长期稳定地在涡流分离部分而流动，所以通常分离条件恒定，可以长期稳定地测量污浊流体。

图1为说明本发明的涡旋流量计的实施形态用的示意图。

图2为说明本发明的涡流流量计中涡流发生体剖面形状的其它实施形态用的示意图。

图3为说明图1所示的分离发生体的其它形状用的示意图。

图4为本发明的涡流流量计的仪器误差雷诺数的特性图。

在附图中参考标号的含义为

1……流管，2……涡流发生体，3、4……分离发生片，5……保护筒，6……涡流流量计变换器，7……突起。

下面说明实施例

图1为本发明的涡流流量计实施形态的说明图，图1(A)为涡流流量计流动方向的剖面图，图1(B)示出了沿箭头B-B方向剖开的涡流发生体剖面的一个实例。在图中，1为流管，2为涡流发生体，3，4为分离发生片，5为保护筒，6为涡流流量计变换器。

图1(A)中，涡流发生体2与流管1内的流动方向成直角配置的两端被固定住。涡流发生体2内部装有诸如检测涡旋的涡旋传感器。传送涡旋传感器信号的信号线(未示出)，通过装在流管1外部的保护筒5内部，与涡流流量计变换器6相连接，以进行流体流量的显示和远距离传送等。

图1(B)中，涡流发生体2的剖面形状，呈如ABCD所示的棱形，它相对于流体流动的流管1的中心轴线(X-X)对称形成相同形状的三角形△DAB＝△DCB。

因此，棱形形状ABCD由上流侧具有顶点D的顶角为α的等腰三角形△DAC，和下流侧具有顶点B的顶角为β的等腰三角形△BCA构成，从而使两等腰三角形的底边AC，位于相对流动方向宽度最大的轴线Y-Y位置处。而且，在宽度最大的等腰三角形底边CA的延长线上，即从Y-Y轴线上的点A处，设有长度为Y，在X-X轴线的流动方向上长度为X的矩形的分离发生片3。同样，与分离发生片3大小形状相同的分离发生片4，由点C沿AC方向设置在轴线Y-Y上。

具有如图1(B)所示剖面形状的涡流发生体2，当流体沿箭头Q方向流入时，流体流经边DA，DC构成的面，流经分离发生片3，4的上流侧面，在分离发生片3，4的拐角部分3a、4a处产生分离，从而交替产生稳定的卡曼涡旋而流出。若不设置分离发生片3，4，但流入的流体与上述相类似，涡旋在上述侧点D分离，沿边DA，DC构成的面流动，由于角∠DAB、角∠DCB较大，故小流量难以分离。而且，由于产生涡旋所需的循环流动较小，故在流动中不能产生具有在轴线Y-Y方向上有预定振幅的正弦波状流动方式的流动，从而不能作为稳定的流量信号加以检测。

分离发生片3、4是产生这种稳定涡旋所不可缺少的，而且当流体为污浊流体时，流经倾斜斜面DA，DC的流体，将沿分离发生片3、4的上流侧面向外侧流动。这一流动的结果，将使包含在流体中的污浊物质，在流动中不可能堆积在产生稳定涡流所不能缺少的分离发生片3、4的上流侧面，以及分离流动的角部3a，4a部分处，所以即使为污浊流体，也能长期稳定地测量其流量。另外，在图1中的涡流发生体2的剖面形状为其下流侧较长的棱形，但并不限于这种形状。而且，其中的顶角∠ADC，∠ABC为锐角，但也不限于此。

图2为本发明涡流流量计的涡流发生体剖面形状的其它实施形态的说明图，图2(A)示出了图1(B)所示棱形涡流发生体的又一实例，图2(B)示出了图1(B)所示棱形剖面的涡流发生体的再一实例，图2(C)示出了椭圆剖面的涡流发生体的一个实例，与图1中所用相同的部分，赋予与图1中相同的参考标号。

图2(A)所示的涡流发生体，对图1(B)所示的涡流发生体的剖面形状尺寸比d/H作了改变，剖面形状为AD/CB的涡流发生体，相对于分界线AC的上流侧和下流侧的形状相同。即上流侧以点D₁为顶点的等腰三角形△AD₁C，下流侧以点B为顶点的等腰三角形，构成为△AD₁C＝△ABC的棱形形状。这时，由于上流侧和下流侧的形状相同，故可以正确地计量由正反两方面流动的流体，而且由于污浊物质不会附着在分离发生片3、4的上下流侧的面上，故可以稳定地进行流量计量。而且，剖面形状为AD₂CB的涡旋发生体的顶角δ₁为钝角，即∠AD₂C＞∠ABC。

图2(B)所示的涡流发生体，是使图2(A)所示的涡流发生体的棱形剖面形状的流入侧、流出侧，以及流动方向的最大宽度部分的顶部呈平板状，而大体呈棱形。剖面形状A₁D₃D₄C₁C₂B₁B₂A₂相对于轴线Y-Y成对称形状，朝流动方向的顶点部分D₃D₄，下流侧的顶点部分B₁B₂均为平面，最大宽度部分A₁A₂和C₁C₂与流动平行的面，所以这时，可以用同一测量常数测量正反两方向的流量。当剖面形状A₁D₅D₆C₁C₂B₁B₂A₂的流入侧顶角δ₂为钝角时，无论怎样污浊物质均不会附着在分离发生片3，4的流动侧面上。

图2(C)所示的涡流发生体的剖面形状呈椭圆状，剖面形状AD₇CB₃A相对于轴线Y-Y为上、下流侧对称，故可用同一计量常数测量正反两方向的流量，且由于剖面形状AD₈CB₃相对于轴线Y-Y为不对称的剖面形状，故污浊物质不会附着在分离发生片3、4上。

图2(A)、图2(B)、图2(C)所示的涡流发生体形状虽不同，但它们均具有图1所示涡流流量计的特征，故均属于本发明。而且，本发明的涡流流量计中的涡流发生体2，不使污浊物质附着在分离发生片3、4上，使污浊流体向外部流出，在长时间测量污浊流体的流量时也不会改变其初始状态，从而是可进行稳定测定的主要部件，但它并不仅限于图1(B)所示的矩形断面形状，也可为可获得同样效果其它形状。

图3为说明图1所示的分离发生片的其它形状的示意图，图3(A)表示的为梯形形状，图3(B)、图3(C)表示的为图3(A)的梯形形状的变形形状，在图中，7、7a为突起。

图3(A)所示的分离发生片3-1呈梯形形状，涡流发生体的顶点A侧沿流动方向的宽度，大于其顶端的沿流动方向的宽度。作为分离部分的角部3-1a为钝角，有锋利边缘，故可进行稳定的分离。

图3(B)所示的分离发生片3-2，设有由矩形或梯形形状的顶端朝向下流侧的、上表面呈直线状而下表面呈圆弧状的突起7，但上流侧面的角部3-2a仍为锋利边缘，故不会影响到分离效果，可消除污浊物质的附着。

图3(C)所示的分离发生片3-3，与图3(B)所示的分离发生片3-2相类似，亦呈上流角部3-3a为锋利边缘的矩形或梯形形状，且具有由顶端向下流侧突起的突起7a，突起7a的形状呈下表面朝向下流顶端具有一定的倾斜角的三角型，它与图3(B)分离发生片3-2相类似，即不会影响分离效果，且可防止污浊物质附着。

图4为本发明的涡流流量计的仪器误差雷诺数特征图，横轴表示雷诺(Re)数及流量(m³/H)，纵轴表示仪器误差E(％)；仪表误差为与流量读出值相对应的值，试验流体为汽油。涡流发生体的剖面形状，为图2(B)所示的剖面为A₁D₃D₄C₁C₂B₁B₂A的基本上呈棱形的形状。

如图4所示，分析仪器误差(E)-雷诺(Re)数特性时可知，当Re数在大约6.5×10⁶(流量为3～48m³/h，流量比为16)的范围内时，仪器误差在±0.3％以内，与市售的常规涡流流量计，在5～50m³/h(流量比为10)的流量范围内的误差在±1％以内相比，虽从仪器误差角度看难以简单比较，但流量范围扩大了60％，故仪器误差改善了许多。长时间运行也不会附着有残留碳粒等的污浊粒子，故仪器误差特性的变化相当小。

Claims

1.一种可由相对流管内的流动设置的涡流发生体发生的单位时间内的涡旋数检测出流量的涡流流量计，其特征在于，形成有涡流发生体，其剖面形状相对于流动方向的中心轴线对称，且朝向流动的中央部尺寸变大，同时在该涡流发生体的最大宽度位置处，设有在与流动成直角方向上延伸的分离发生片，该分离发生片的上流测面与流动方向成直角，下流侧面是倾斜的面，该分离发生片的与流动方向平行的顶端面形成平面，该平面与所述分离发生片的下流侧面一起形成向着下流侧延伸的突起。

2.如权利要求1所述的涡流流量计，其特征在于，与所述突起的所述顶端面对向的所述下流侧面，是呈圆弧状。

3.如权利要求1或2所述的涡流流量计，其特征在于，所述突起的剖面形状是三角形。