CN112461304B - 一种喉管截面大小可变的文丘里管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种喉管截面大小可变的文丘里管，包括刚性外管，在刚性外管内设有第一层管状空腔和第二层管状空腔，在第一层与第二层管状空腔之间设有第一层管状隔套，在第二层管状空腔外环侧设有第二层管状隔套，第一层与第二层管状隔套均被分割成相互连接的弹性中间段和刚性两侧段，在第一层管状空腔内填充有磁流体液，在第二层管状空腔内填充有电流变液，在第二层管状空腔的内表面的两侧附着有两个相互隔离的导电层，且导电层分别与电极连接，在刚性外管的外部还设有若干组电磁线圈，若干组电磁线圈及导线分别与控制器连接。该文丘里管可根据文丘里管喉管部位限流实际需要，随时调节管体内文丘里管的喉管截面尺寸用于限流等特点。
Description
技术领域
本发明涉及文丘里管结构技术领域，具体涉及一种喉管截面大小可变的文丘里管。
背景技术
对于液体及气体的流量测量，通过在流体流经的管道上安装传感器，通过传感器测量电信号，通过该电信号能反映管道内部流体的压差，经过压差能计算出流体的流速，根据流体的密度ρ、流速v及横截面A与流量Q的关系即：Q＝ρ×v×A能获得流量；由于传感器测量的范围的限制，能够感知的压差Δp在Δpmin～Δpmax之间，对于同一测量管道，流量的量程比等于/>
在实际使用场景中，有些流动过程的量程比很大，单个的常规流量计不能满足全量程测量的要求，现有技术通常采用多个流量测量装置并联，通过阀门切换或组合的方式进行全量程测量对不同过程的流量进行测量，这种方式需要针对不同的流动状态切换不同的阀门组合，一方面测量过程较为繁琐，控制程序复杂，也需要更多的执行元件配合才能完成测量装置的切换；另一方面使得测量成本提高了若干倍；最后多个测量装置需要更大的安装空间，对适用环境提出了更高的要求，相应也大大增加了安装、维护和检修成本。
中国专利CN 110987094 A公开了一种刚性变截面装置，包括：检测管道，用于供待测流体通过，由刚性材料制成；驱动部件，用于为执行部件提供驱动力；所述执行部件，与驱动部件动力输出端传动连接，安装在所述检测管道的内壁上，包括至少一个能在驱动力作用下动作从而改变执行部件与安装壁面之间间隙的变形单元，通过变形单元使检测管道内部的横截面积产生变化。解决现有技术中检测管路复杂、成本高、安装空间大等问题，通过在线改变检测管道横截面以拓宽量程比，大大降低成本并缩小安装空间，提供了刚性检测管道变截面的可实现性，且动作灵活可靠，灵敏性高，易于操作。但上述检测装置的结构依然比较复杂，操作依然不够简便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种结构简单，测量便捷，可根据文丘里管喉管部位限流流量、温度、压力的实际需要，随时方便地调节管体内文丘里管的喉管截面尺寸用于限流的一种喉管截面大小可变的文丘里管。
为实现上述目的，本发明的技术方案是提供了一种喉管截面大小可变的文丘里管，所述文丘里管包括刚性外管，在刚性外管内设有第一层管状空腔和第二层管状空腔，在第一层管状空腔与第二层管状空腔之间设有第一层管状隔套，在第二层管状空腔外环侧设有第二层管状隔套，第一层管状隔套与第二层管状隔套均被分割成相互连接的弹性中间段和刚性两侧段，在第一层管状空腔内填充有磁流体液，在第二层管状空腔内填充有电流变液，在第二层管状空腔的内表面的两侧附着有两个相互隔离的导电层，且导电层分别与电极连接，电极通过导线连接到刚性外管的外部，在刚性外管的外部还设有若干组电磁线圈，若干组电磁线圈及导线分别与控制器连接。
由于在刚性外管内设置有在第一层管状空腔与第二层管状空腔，并在第一层管状空腔内填充有磁流体液，在第二层管状空腔内填充有电流变液，在在刚性外管的外部还设有若干组电磁线圈，再将若干组电磁线圈及导线分别与控制器连接。而且在第一层管状空腔与第二层管状空腔之间设有第一层管状隔套，在第二层管状空腔外环侧设有第二层管状隔套，第一层管状隔套与第二层管状隔套均被分割成相互连接的弹性中间段和刚性两侧段。当需要调节文丘里管的喉管截面大小时，只需通过控制器对若干组电磁线圈施加不同大小的电压或电流，就可以使得磁流体液流向具有电磁场的部位，而且磁流体液将按电磁场强度大小的不同进行分部，位于点磁场强度大的部位磁流体液的聚集量就会多一些，位于点磁场强度小的部位磁流体液的聚集量就会少一些，通过施加在若干组电磁线圈上的不同加电量，即可构成沿轴向呈现为不同截面面积的磁流体液汇集状态。由于设置在第一层管状空腔内侧的第一层管状隔套中部具有弹性层，聚集后的磁流体液可将弹性层向文丘里管的内部挤压，从而形成文丘里管的喉管部。然而由于磁流体液为柔性的液体状态，在流体流动压力的作用下，所形成的喉管部结构不稳定。因此通过填充在第二层管状空腔内的电流变液在加电后凝固成固体状态，从而就可以将磁流体液加电后构成的喉管部结构固定成型。当不需要测量文丘里管内的流量压力时，只需通过控制器关闭施加在磁流体液上的磁场和施加在电流变液电极上的电场，文丘里管就可以变为普通管道。
为了避免填充在第一层管状空腔内的磁流体液泄漏，同时也便于将磁流体液添加到第一层管状空腔内，优选的技术方案是，在所述第一层管状空腔内设有管状液囊，磁流体液填充在管状液囊内。管状液囊就如同具有一定壁厚的管道。
为了便于管状液囊的加工制作，便于将其放置在第一层管状空腔内，同时便于磁流体液在电磁场的作用下聚集后形成喉管变形结构，进一步优选的技术方案是，所述管状液囊为整体套管结构式的管状液囊，或由若干个柱状液囊通过环形阵列排布成管状液囊，管状液囊由弹性材料制成，其中弹性材料为弹性塑胶材料。
为了避免填充在第二层管状空腔内的电流变液的泄漏，同时也便于将电流变液体的添加到第二层管状空腔内，优选的技术方案还有，在所述第二层管状空腔内设有管状液囊，电流变液填充在管状液囊内。
为了便于管状液囊的加工制作，便于将其放置在第二层管状空腔内，同时便于电流变液体在电场的作用下将聚集后形成喉管变形后的结构固定成型，进一步优选的技术方案还有，所述管状液囊为整体套管结构式的管状液囊，或由若干个柱状液囊通过环形阵列排布成管状液囊，管状液囊由弹性材料制成。
为了能够使得第一管状隔套与第二层管状隔套的弹性中间段同步向内或向外移动，同时不对液囊产生破坏，进一步优选的技术方案还有，在所述第一层管状隔套与第二层管状隔套的弹性中间段之间设有若干个成环形阵列排布的径向支撑片或支撑杆，若干个柱状液囊由径向支撑片或支撑杆之间穿过。
为了便于在刚性外管内部构成第一层管状空腔与第二层管状空腔，同时便于管件的加工、制作、装配，进一步优选的技术方案还有，在所述第一层管状空腔与第二层管状空腔的两端分别设有与刚性外管内部配合的端部内套管。
为了便于第一层管状隔套与第二层管状隔套在刚性外管内轴向位移，用于配合弹性中间段的弹性膨胀与收缩，同时避免第一层管状空腔与第二层管状空腔内液囊之间的位移相互干扰，进一步优选的技术方案还有，所述端部内套管在朝向第一层管状隔套与第二层管状隔套的一侧设有环形导向槽，第一层管状隔套与第二层管状隔套的一端分别插入环形导向槽内，且与环形导向滑动配合。
为了能够使电流变液液囊内的电流变液在电场的作用形成固态结构，需要在液囊的内表面设置有施加正电荷的电极层和负电荷的电极层，进一步优选的技术方案还有，在所述整体套管结构式的管状液囊或柱状液囊的内表面通过镀膜工艺构成两片电极，两片电极分别设置在整体套管液囊结构的外环内表面和内环外表面，将整体套管液囊结构内壁的两端作为端部绝缘区，或将柱状液囊内壁的两段半圆面成两片电极，将柱状液囊内壁的两端和两段半圆面之间的隔离线作为端部及母线绝缘区，电极通过导线穿过刚性外管的管壁与控制器连接。
为了便于测量文丘里管喉管部位的压力与流速，进一步优选的技术方案还有，在所述刚性外管与第二层管状隔套之间设有穿过第一层管状空腔与第二层管状空腔的径向测压管，径向测压管的一端插入到文丘里管的喉管内部，径向测压管的另一端伸出至刚性外管的外部，且与压力表连接，文丘里管的两端通过法兰与待测流体流量的管道连接。
本发明的优点和有益效果在于：该喉管截面大小可变的文丘里管具有结构简单，测量便捷，可根据文丘里管喉管部位限流流量、温度、压力的实际需要，随时方便地调节管体内文丘里管的喉管截面尺寸用于限流等特点。当需要检测不同喉管截面积状态下流体的压力、流速等参数时，可以通过对若干组电磁感应线圈输入不同频率、不同强度的电流电压使其在喉管部位产生不同前度的磁场，进而使的磁流体液产生不同体积的聚集量，用于改变喉管部位的截面尺寸，同时在通过对电流变液施加电场，将磁流体液聚集后构成的喉管结构加以固定定型。而测量后通过控制器关闭施加在电磁感应线圈上的电量和时间在电流变液液囊上的电场，文丘里管便可恢复为普通直管，不会阻碍流体的流动。
附图说明
图1是本发明喉管截面大小可变的文丘里管轴向截面图；
图2是本发明喉管截面大小可变的文丘里管径向截面图之一；
图3是本发明喉管截面大小可变的文丘里管径向截面图之二；
图4是图2中管状液囊的截面放大结构示意图；
图5是图3中柱状液囊的截面放大结构示意图；
图6是图1的使用状态图。
图中：1、刚性外管；2、第一层管状空腔；3、第二层管状空腔；4、第一层管状隔套；5、第二层管状隔套；4.1/5.1、弹性中间段；4.2/5.2、刚性两侧段；6、磁流体液；7、电流变液；8、导电层；9、电极；10、导线；11、电磁线圈；12、管状液囊；13、柱状液囊；14、支撑片；15、端部内套管；16、径向测压管；17、压力表；18、法兰。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1～6所示，本发明是一种喉管截面大小可变的文丘里管，所述文丘里管包括刚性外管1，在刚性外管1内设有第一层管状空腔2和第二层管状空腔3，在第一层管状空腔2与第二层管状空腔3之间设有第一层管状隔套4，在第二层管状空腔3外环侧设有第二层管状隔套5，第一层管状隔套4与第二层管状隔套5均被分割成相互连接的弹性中间段4.1/5.1和刚性两侧段4.2/5.2，在第一层管状空腔内2填充有磁流体液6，在第二层管状空腔3内填充有电流变液7，在第二层管状空腔3的内表面的两侧附着有两个相互隔离的导电层8，且导电层8分别与电极9连接，电极9通过导线10连接到刚性外管1的外部，在刚性外管1的外部还设有若干组电磁线圈11，若干组电磁线圈11及导线10分别与控制器(图中未视)连接。其中刚性外管1可选用金属管或硬塑料管，第一层管状隔套4和第二层管状隔套5中的刚性两侧段5.2可选用塑料管，弹性中间段5.1可选用橡胶材料，磁流体液6与电流变液7为外购品，电磁线圈11可依据使用需要制作或订购。
由于在刚性外管1内设置有在第一层管状空腔2与第二层管状空腔3，并在第一层管状空腔2内填充有磁流体液6，在第二层管状空腔3内填充有电流变液7，在在刚性外管1的外部还设有若干组电磁线圈11，再将若干组电磁线圈11及导线10分别与控制器连接。而且在第一层管状空腔2与第二层管状空腔3之间设有第一层管状隔套4，在第二层管状空腔3外环侧设有第二层管状隔套5，第一层管状隔套4与第二层管状隔套5均被分割成相互连接的弹性中间段4.1/5.1和刚性两侧段4.2/5.2。当需要调节文丘里管的喉管截面大小时，只需通过控制器对若干组电磁线圈11施加不同大小的电压或电流，就可以使得磁流体液6流向具有电磁场的部位，而且磁流体液6将按电磁场强度大小的不同进行分部，位于点磁场强度大的部位磁流体液6的聚集量就会多一些，位于点磁场强度小的部位磁流体液6的聚集量就会少一些，通过施加在若干组电磁线圈11上的不同加电量，即可构成沿轴向呈现为不同截面面积的磁流体液6汇集状态。由于设置在第一层管状空腔2内侧的第一层管状隔套4中部具有弹性层4.2，聚集后的磁流体液可将弹性层4.1向文丘里管的内部挤压，从而形成文丘里管的喉管部。然而由于磁流体液6为柔性的液体状态，在流体流动压力的作用下，所形成的喉管部结构不稳定。因此通过填充在第二层管状空腔3内的电流变液7在加电后凝固成固体状态，从而就可以将磁流体液6加电后构成的喉管部结构固定成型。当不需要测量文丘里管内的流量压力时，只需通过控制器关闭施加在磁流体液6上的磁场和施加在电流变液7电极9上的电场，文丘里管就可以变为普通管道。
为了避免填充在第一层管状空腔2内的磁流体液6泄漏，同时也便于将磁流体液6添加到第一层管状空腔2内，本发明优选的实施方案是，如图1、2、6所示，在所述第一层管状空腔2内设有管状液囊12，可将磁流体液6填充在管状液囊12内，管状液,12就如同具有一定壁厚的管道。
为了便于管状液囊12的加工制作，便于将其放置在第一层管状空腔2内，同时便于磁流体液6在电磁场的作用下聚集后形成喉管变形结构，本发明进一步优选的实施方案是，如图1、2、6所示，所述管状液囊12为整体套管结构式的管状液囊，或由若干个柱状液囊13通过环形阵列排布成管状液囊12，管状液囊12或柱状液囊13由弹性材料制成，其中弹性材料为弹性塑胶材料。
为了避免填充在第二层管状空腔3内的电流变液7的泄漏，同时也便于将电流变液体7的添加到第二层管状空腔3内，本发明优选的实施方案还有，如图1、2、6所示，在所述第二层管状空腔3内设有管状液囊12，电流变液7填充在管状液囊12内。
为了便于管状液囊12的加工制作，便于将其放置在第二层管状空腔3内，同时便于电流变液7在电场的作用下将聚集后形成喉管变形后的结构固定成型，本发明进一步优选的实施方案还有，如图1、2、6所示，所述管状液囊12为整体套管结构式的管状液囊，或由若干个柱状液囊13通过环形阵列排布成管状液囊，管状液囊12或柱状液囊13由弹性材料制成。
为了能够使得第一管状隔套4与第二层管状隔套5的弹性中间段4.1/5.1同步向内或向外移动，同时不对液囊产生破坏，本发明进一步优选的实施方案还有，如图2所示，在所述第一层管状隔套4与第二层管状隔套5的弹性中间段4.1/5.1之间设有若干个成环形阵列排布的径向支撑片14或支撑杆，若干个柱状液囊13由径向支撑片14或支撑杆之间穿过。
为了便于在刚性外管1内部构成第一层管状空腔2与第二层管状空腔3，同时便于管件的加工、制作、装配，本发明进一步优选的实施方案还有，如图1、6所示，在所述第一层管状空腔2与第二层管状空腔3的两端分别设有与刚性外管1内部配合的端部内套管15。
为了便于第一层管状隔套4与第二层管状隔套5在刚性外管1内轴向位移，用于配合弹性中间段4.1/5.1的弹性膨胀与收缩，同时避免第一层管状空腔2与第二层管状空腔3内液囊之间的位移相互干扰，本发明进一步优选的实施方案还有，如图1、6所示，所述端部内套管15在朝向第一层管状隔套3与第二层管状隔套4的一侧设有环形导向槽，第一层管状隔套4与第二层管状隔套5的一端分别插入环形导向槽内，且与环形导向槽滑动配合。
为了能够使电流变液7液囊内的电流变液7在电场的作用形成固态结构，需要在液囊的内表面设置有施加正电荷的电极层和负电荷的电极层，本发明进一步优选的实施方案还有，如图4、5所示，在所述整体套管结构式的管状液囊12或柱状液囊13的内表面通过镀膜工艺构成两片电极9，两片电极9分别设置在整体套管液囊12结构的外环内表面和内环外表面，将整体套管液囊12结构内壁的两端作为端部绝缘区，或将柱状液囊内壁的两段半圆面成两片电极9，将柱状液囊内壁的两端和两段半圆面之间的隔离线作为端部及母线绝缘区，电极9通过导线10穿过刚性外管1的管壁与控制器连接。
为了便于测量文丘里管喉管部位的压力与流速，本发明进一步优选的实施方案还有，如图1、6所示，在所述刚性外管1与第二层管状隔套5之间设有穿过第一层管状空腔2与第二层管状空腔3的径向测压管16，径向测压管16的一端插入到文丘里管的喉管内部，径向测压管16的另一端伸出至刚性外管1的外部，且与压力表17连接，文丘里管的两端通过法兰18与待测流体流量的管道连接。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，所述文丘里管包括刚性外管，在刚性外管内设有第一层管状空腔和第二层管状空腔，在第一层管状空腔与第二层管状空腔之间设有第一层管状隔套，在第二层管状空腔外环侧设有第二层管状隔套，第一层管状隔套与第二层管状隔套均被分割成相互连接的弹性中间段和刚性两侧段，在第一层管状空腔内填充有磁流体液，在第二层管状空腔内填充有电流变液，在第二层管状空腔的内表面的两侧附着有两个相互隔离的导电层，且导电层分别与电极连接，电极通过导线连接到刚性外管的外部，在刚性外管的外部还设有若干组电磁线圈，若干组电磁线圈及导线分别与控制器连接。
2.根据权利要求1所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，在所述第一层管状空腔内设有管状液囊，磁流体液填充在管状液囊内。
3.根据权利要求2所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，所述管状液囊为整体套管结构式的管状液囊，或由若干个柱状液囊通过环形阵列排布成管状液囊，管状液囊由弹性材料制成。
4.根据权利要求1所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，在所述第二层管状空腔内设有管状液囊，电流变液填充在管状液囊内。
5.根据权利要求4所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，所述管状液囊为整体套管结构式的管状液囊，或由若干个柱状液囊通过环形阵列排布成管状液囊，管状液囊由弹性材料制成。
6.根据权利要求3或5所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，在所述第一层管状隔套与第二层管状隔套的弹性中间段之间设有若干个成环形阵列排布的径向支撑片或支撑杆，若干个柱状液囊由径向支撑片或支撑杆之间穿过。
7.根据权利要求1所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，在所述第一层管状空腔与第二层管状空腔的两端分别设有与刚性外管内部配合的端部内套管。
8.根据权利要求7所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，所述端部内套管在朝向第一层管状隔套与第二层管状隔套的一侧设有环形导向槽，第一层管状隔套与第二层管状隔套的一端分别插入环形导向槽内，且与环形导向滑动配合。
9.根据权利要求5所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，在所述整体套管结构式的管状液囊或柱状液囊的内表面通过镀膜工艺构成两片电极，两片电极分别设置在整体套管液囊结构的外环内表面和内环外表面，将整体套管液囊结构内壁的两端作为端部绝缘区，或将柱状液囊内壁的两段半圆面成两片电极，将柱状液囊内壁的两端和两段半圆面之间的隔离线作为端部及母线绝缘区，电极通过导线穿过刚性外管的管壁与控制器连接。
10.根据权利要求1所述喉管截面大小可变的文丘里管，其特征在于，在所述刚性外管与第二层管状隔套之间设有穿过第一层管状空腔与第二层管状空腔的径向测压管，径向测压管的一端插入到文丘里管的喉管内部，径向测压管的另一端伸出至刚性外管的外部，且与压力表连接，文丘里管的两端通过法兰与待测流体流量的管道连接。
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