CN110160473B - 一种基于超声测量气液两相流周向液膜厚度的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于超声测量气液两相流周向液膜厚度的装置，包括超声换能器、测量管道和固定在测量管道两端的法兰，在测量管道的外壁周向设置多个开孔，并设置固定套，在固定套的周向与测量管道外壁周向相对的位置也设置多个贯穿固定套的通孔，并将固定套上的各个通孔在固定套的一侧贯通，用以引出超声换能器电缆线端口，固定套与测量管道固定连接，测量管道的开孔分别和固定套的通孔一一对齐，固定套的通孔能够容纳超声换能器并开设有内螺纹，通过压紧螺丝将超声换能器固定在通孔内；所述的法兰为采用加宽的法兰，两端法兰通过拉紧丝杠固定连接。

Description

一种基于超声测量气液两相流周向液膜厚度的装置
技术领域
本发明涉及一种基于超声测量气液两相流周向液膜厚度的装置。
背景技术
气液两相流作为工程领域中最常见的多相流之一，其包含了多种复杂的流型。而环状流又是气液两相流中重要研究的流型之一，其气相和液相流速较大，在气液界面形成扰动波，扰动波液膜厚度特征参数的研究对准确认识气液两相流的流动机理和发展演化规律有重要意义。相较电学和光学等方法，超声方法具有结构简单、穿透性强以及工况适应强等特性。
目前，国内外学者大多利用超声脉冲反射法测量气液两相分层流底部液膜厚度，由于分层流底部液膜厚度相对较厚，大多处于毫米量级，所以超声脉冲反射法能够满足其精度要求。此外，只安装一个超声换能器就能满足测量管道底部液膜厚度的需求，对于一个超声换能器，便于测量，大多数研究者采用捆扎的方式使其固定。但是对于广泛存在的气液环状流流型，由于气相和液相流速较大，导致气相集中在管道中心高速流动形成气核，而液相覆盖在管道的四周内壁形成液膜，液膜相对较薄，在中高压情况下大多处于微米级。近年来，针对环状流周向液膜厚度的测量，研究者提出了超声回波谐振主频法，该方法可以较精确地测量微米级液膜厚度。专利申请2018107473038给出一种一种基于超声测量气液两相流液膜厚度的方法。然而，管道周向超声换能器的布置，涉及到许多有待解决的问题，如下：
(1)管道底部液膜测量需要1个换能器，采用捆扎的方式较为简便，而周向液膜厚度测量需要多个比如12个换能器，采用捆扎的方式换能器之间必然会相互影响，且安装极为不方便。
(2)在非侵入式超声测量中，换能器与管道之间要添加透声媒质，即耦合剂，那么换能器与管道之间的贴合度必然会影响超声回波信号的强度，采用传统的捆扎方式，贴合度难以调整，对信号强度造成影响。
(3)以往测量管道气相两相流液膜厚度时大部分仅考虑了常压状态，而在中高压状态下，对管道装置提出了更高的要求，即有足够的耐压能力。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是克服现有技术、装置的不足，结合超声回波谐振主频法，提供一种制作简单，安装便利以及稳定性和安全性较强，适用于超声测量周向液膜厚度的装置。本发明能够提高超声换能器安装精度，适合于中高压状态，增强超声测量气液两相流周向液膜厚度整体稳定性。本发明的技术方案如下：
一种基于超声测量气液两相流周向液膜厚度的装置，包括超声换能器、测量管道和固定在测量管道两端的法兰，其特征在于，在测量管道的外壁周向设置多个开孔，并设置固定套，在固定套的周向与测量管道外壁周向相对的位置也设置多个贯穿固定套的通孔，并将固定套上的各个通孔在固定套的一侧贯通，用以引出超声换能器电缆线端口，固定套与测量管道固定连接，测量管道的开孔分别和固定套的通孔一一对齐，固定套的通孔能够容纳超声换能器并开设有内螺纹，通过压紧螺丝将超声换能器固定在通孔内；所述的法兰为采用加宽的法兰，两端法兰通过拉紧丝杠固定连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
本发明针对超声测量气液两相流周向液膜厚度装置不易安装，耐压性差等特点，与现有技术相比具有以下优点：
(1)本发明采用固定套套在管道上，固定套上加工了安装超声换能器的12个孔，明确了超声换能器的安装位置，提高了超声换能器的安装精度,解决了超声换能器不易安装、不易捆扎等问题。
(2)由于超声换能器和管道之间添加有耦合剂，耦合剂容易蒸发变干，在固定套上安装有可调节的压紧螺丝，极大地方便了超声换能器的拿取安装以及耦合剂的添加，此外压紧螺丝提高了换能器和管道之间的贴合度，使超声信号达到预期的强度。
(3)由于实验过程中需要中高压条件且管道振动剧烈，拉紧丝杠对有机玻璃管道起到了有效的固定，保证了管道和法兰之间的连接紧密度，提高了管道的耐压性与稳定性。
附图说明
图1是本发明的基于超声测量气液两相流周向液膜厚度装置的三维图。
图2是本发明的超声换能器周向阵列，图2(a)是超声换能器周向阵列的前视图，图2(b)是剖面A-A图。
图中标号说明：1管道视窗；2缓冲垫；3法兰；4固定套；5超声换能器；6换能器电缆线端口。7压紧螺丝；8固定套固定螺丝；9拉紧丝杠；10螺母。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。
参见图1和图2，本发明提供的基于超声测量气液两相流周向液膜厚度的装置，采用长度为500mm，内径为50mm，厚度为15mm的有机玻璃透明管道视窗1，也称为测量管道，方便实验中流型的观察与记录。为了固定12个换能器的安装位置，将有机玻璃管道视窗外壁周向均匀开孔12个，每一个孔径均为14mm，深度为5mm，提高了超声换能器5的安装位置精度。固定套4采用不锈钢材质，同样固定套4上周向均匀开孔12个，贯穿固定套4，孔径为18mm，此外为了引出超声换能器电缆线端口6，将固定套4上的12个孔与固定套4的一侧贯通，每一个贯通宽度为10mm。固定套4与管道视窗1之间用4个固定螺丝8连接，使管道视窗1上的12个小孔分别和固定套4上的12个小孔对齐。固定套4的12个小孔上面分别安装有压紧螺丝7，当超声换能器5取出时，压紧螺丝7旋进孔内，当超声换能器5需要放入时，压紧螺丝7旋出，将换能器5放入孔内，然后旋入压紧螺丝7，根据换能器超声信号的强弱，适当压紧换能器。采用加宽的法兰3，法兰直径310mm，四条拉紧丝杠9形成的内径为280mm，避免了与压紧螺丝7之间的相互碰撞，同时保证了实验过程中的耐压性与安全性。法兰3和管道视窗1之间安装有缓冲垫2，使管道视窗1在安装过程中不易挤压变形。

Claims (1)

1.一种基于超声测量气液两相流周向液膜厚度的装置，包括超声换能器、测量管道、固定套和固定在测量管道两端的法兰，其特征在于，测量管道为有机玻璃透明管道，在测量管道的外壁周向设置多个开孔，并设置固定套，在固定套的周向与测量管道外壁周向相对的位置也设置多个贯穿固定套的通孔，并将固定套上的各个通孔在固定套的一侧贯通，用以引出超声换能器电缆线端口，固定套与测量管道通过固定螺丝固定连接，测量管道的开孔分别和固定套的通孔一一对齐，固定套的通孔能够容纳超声换能器并开设有内螺纹；所述的法兰为采用加宽的法兰，两端法兰通过拉紧丝杠固定连接，法兰和测量管道之间设置有缓冲垫；固定套上的各个通孔分别安装有压紧螺丝，当超声换能器取出时，压紧螺丝（ 7）旋进通孔内，当超声换能器需要放入时，压紧螺丝旋出，将超声换能器放入固定套的通孔，然后旋入压紧螺丝，根据换能器超声信号的强弱，适当压紧换能器。
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