CN114964393A - 一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，蒸汽流量计包括主管、压力变送器、温度变送器、差压计、螺旋管、离子检流组件，主管一端对外连接需检测蒸汽流量管道，主管另一端连接螺旋管，螺旋管旋流的气流外缘与芯部分别连接差压计，差压计、压力变送器、温度变送器相互电连接。螺旋管后分别接第一支管和第二支管，两支管在与螺旋管连接的位置处为同心套合结构，离子检流组件设置在第一支管的后半段上，离子检流组件包括释放口、接收板、分支泄放管，释放口和接收板分别设置在第一支管内壁相对的两个面上，释放口朝向第一支管流道内投入负离子，接收板上朝向第一支管流道的一面上带正性电荷，接收板上按管道延伸方向分若干区域。

Description

一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计

技术领域

本发明涉及蒸汽流量计技术领域，具体为一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计。

背景技术

工业中有大量场合需要用到集中供热系统，供热体系最常用的热介质就是蒸汽，蒸汽管路上，为了有效控制热流量，调整锅炉功率，需要获知管路上的蒸汽流量。

现有技术中，对于蒸汽流量测试，仍然大量使用传统的孔板流量计进行检测，气体在孔板前后根据不同的流量有不同的压力损失，然而，这样的流量计尽管在液体介质下具有较为准确的测量值以及较低的成本，但是，对于高温的气体介质而言，气体的可压缩性是不可忽视的特性，而且孔板节流压降时，压力变化导致的温度变化也是不能忽视的因素，因此，传统的孔板流量计在蒸汽流量测量领域具有较大的误差，只能用在粗糙计量的场合。

现有技术也有在蒸汽管路上设置额外的压力温度传感器获取测量参数，配合压差获得补偿后的流量信号，准确度有所提升，但是，仍然具有一定的缺陷，一个是压差计设置位置的测量头对于蒸汽流动具有较大的扰动，压差测量不能充分反应流量参数，还有就是没有校准校核传感器，只依赖一处容易存在累积误差的测量结构获取流量信号，蒸汽流量的测量仍然不能准确稳定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，蒸汽流量计包括主管、压力变送器、温度变送器、差压计、螺旋管，主管一端对外连接需检测蒸汽流量管道，主管另一端连接螺旋管，螺旋管旋流的气流外缘与芯部分别连接差压计，差压计、压力变送器、温度变送器相互电连接。

待检测蒸汽从主管进入，然后进入到螺旋管内被导流为螺旋前进，附上圆周速度后，不同的流量下会在螺旋气流的芯部与外缘产生不等的压差，检测这一压差可以初步反应流量大小，考虑到蒸汽为可压缩性气体且由于饱和蒸气压曲线附近的蒸汽状态在温度变化时，压力变化较大，所以，需要以蒸汽的初始压力、温度为参考值，在差压计检测获得流量信号后进行修正。螺旋管充分旋流蒸汽气流，在螺旋管的后段形成稳定内外层差压，然后被检测读取。

进一步的，螺旋管后分别接第一支管和第二支管，第一支管和第二支管在与螺旋管连接的位置处为同心套合结构，第一支管进口截面为环形，第一支管占据螺旋管出口通道截面上的外缘，第二支管占据螺旋管出口通道截面上的芯部，第二支管向后延伸的一段穿出第一支管的壁面，

差压计的两个检压点分别设置到第一支管和第二支管上，第一支管和第二支管的末端汇流并设置出流管。

螺旋管末段通道截面上分别通过第一支管和第二支管引流并导入两根独立的支管内，在两个支管内充分向后流动形成更加稳定的压力状态后被差压计检测获得压力差，从而检测获得的差压误差更小，让实际检测时，压差所对应的流量与出厂标定数据表的一致性更好，不容易由于差压计的测点设置影响螺旋管构建的内外层压差流体扰动。

进一步的，螺旋管内设置螺旋叶，第一支管在第二支管穿出后的段落上设置变径段，第一支管在变径段之后的管道通道面积等于第二支管的通道面积，第一支管进口大径对应圆面积等于第二支管进口圆形面积的两倍。

第一支管在第二支管穿出后，且通道面积如果仍以原始的半径，则其面积比其入口时要大，所以，需要进行变径缩小至其进口面积，以让其后续流动过程中的压力与进口处压力保持近似一致，更准确反应螺旋流动后的内外层流动压差。

进一步的，蒸汽流量计还包括离子检流组件，离子检流组件设置在第一支管的后半段上，离子检流组件包括释放口、接收板、分支泄放管，释放口和接收板分别设置在第一支管内壁相对的两个面上，释放口朝向第一支管流道内投入负离子，接收板上朝向第一支管流道的一面上带有正极性电荷，接收板上按第一支管延伸方向分为若干区域。

释放口向流道内投入离子，水蒸气的气体分子与离子的结合力并不强，而离子也受到接收板吸引而朝向接收板运动，最终离子都会落到接收板上，但是，流道内如果有更大流量的蒸汽，则离子在从释放口到接收板的路径上更容易被冲击而去往轴向距离更远位置的接收板区域，因此，可以通过接收板上的接收的离子分布情况来反应第一支管内蒸汽分子的密度、流量情况。

进一步的，离子检流组件还包括感应线圈、防聚电极，接收板上每个区域独立连接分支泄放管，分支泄放管外部设置感应线圈，接收板朝向第一支管的一侧设置若干锥形孔，锥形孔尖端连接分支泄放管，锥形孔侧壁内设置防聚电极，防聚电极朝向第一支管的一侧为正电极，防聚电极背向第一支管的一侧为负电极，防聚电极表面带有绝缘膜。

防聚电极朝向第一支管正面的正电极将离子吸引到导入分支泄放管后，离子具有前进速度，会越过防聚电极的正电极界线，越过后，负电极起排斥作用，让离子不会堆积到防聚电极附近，而是沿着分支泄放管向后流动，让接收板接收后续的离子。感应线圈在分支泄放管上检测过流离子所显示的离子电流，反映该分支泄放管内过流离子的数量。绝缘膜不允许电荷交换，只运行电荷相互之间的吸引排斥力。

进一步的，离子为负氧离子。氧气分子与电子结合形成负氧离子，让较大的负氧离子注入第一支管内，相比于直接电子注入，负氧离子与蒸汽分子的撞击概率更大，负氧离子更容易被冲击偏离垂直流道的运动方向而向后倾斜运动，在接收板上产生的离子分布更准确反应蒸汽粒子流量。

进一步的，离子检流组件还包括回流总管，分支泄放管远离接收板的一端汇集到回流总管上，回流总管另一端折弯连接到释放口上。

每条分支泄放管检测完毕离子分布后，汇总回流返回释放口，负氧离子重复使用，离子的循环动力来自于防聚电极对于离子的加速作用。

进一步的，离子检流组件还包括补气管和电子发生器，补气管以支管形式连接在回流总管上，电子发生器设置在回流总管上，电子发生器位于释放口和补气管之间，电子发生器注入的电子数量多于补气管补充进入回流总管内的氧气分子数量。

从释放口出流的负氧离子大部分能够被吸引运动到接收板处被收集回流，少部分混入蒸汽气流中向后流动，循环过程不断缺失的负氧离子需要补充，补充的氧气分子被电子注入而带电，注入更多量的电子确保所有的氧气分子附着电子，减少中性的氧气分子从释放口进入第一支管后混入蒸汽气流。

进一步的，第一支管上还设有正极中和网，正极中和网位于离子检流组件的后方，正极中和网连接一直流电源正极，该直流电源负极接地。正极中和网对过流的蒸汽分子、负氧离子进行电荷除去，卸下的电荷导向大地。第二支管内也设有离子检流组件和正极中和网。第二支管内也通过离子注入与检测落点检测支管内过流的蒸汽流量，与第一支管整合后再与差压计检测获得的主管流量进行比较，相互校对数据，及时获知检测误差增大的情况。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过螺旋管为过流蒸汽赋予旋转速度，离心运动造成螺旋管末段范围上形成稳定的内外层压差，并分别导入两个支管内形成不易被破坏压力状态的管内独立流动，之后通过差压计获得两处位置的压力差，不同的主管流量对应不同压差，在出厂前形成标定关系，以主管上的压力、温度变送器补偿蒸汽流动时的可压缩性影响，

两个支管上分别设置离子检流组件，在流道内注入垂直的离子流，流道内蒸汽分子量越多，撞击概率越大，有更多的离子运动到更远的位置，可以根据接收板上获得的离子分布情况反应流道内蒸汽流量，离子检流组件检测结果与差压计结果互相比对校核，获得准确稳定的流量测量结构。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体流程结构示意图；

图2是本发明螺旋管处的结构示意图；

图3是本发明第一支管处设置离子检流组件的流量检测原理图；

图4是本发明接收板处的结构示意图；

图5是离子检流组件完整流程示意图；

图中：1-主管、21-压力变送器、22-温度变送器、23-差压计、31-螺旋管、311-螺旋叶、32-第一支管、321-变径段、33-第二支管、4-离子检流组件、41-释放口、42-接收板、43-分支泄放管、44-感应线圈、45-防聚电极、46-回流总管、47-补气管、48-电子发生器、5-正极中和网、9-出流管。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图5，本发明提供技术方案：

一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，蒸汽流量计包括主管1、压力变送器21、温度变送器22、差压计23、螺旋管31，主管1一端对外连接需检测蒸汽流量管道，主管1另一端连接螺旋管31，螺旋管31旋流的气流外缘与芯部分别连接差压计23，差压计23、压力变送器21、温度变送器22相互电连接。

如图1、2所示，待检测蒸汽从主管1进入，然后进入到螺旋管31内被导流为螺旋前进，附上圆周速度后，不同的流量下会在螺旋气流的芯部与外缘产生不等的压差，检测这一压差可以初步反应流量大小，考虑到蒸汽为可压缩性气体且由于饱和蒸气压曲线附近的蒸汽状态在温度变化时，压力变化较大，所以，需要以蒸汽的初始压力、温度为参考值，在差压计23检测获得流量信号后进行修正。螺旋管31充分旋流蒸汽气流，在螺旋管31的后段形成稳定内外层差压，然后被检测读取。

螺旋管31后分别接第一支管32和第二支管33，第一支管32和第二支管33在与螺旋管31连接的位置处为同心套合结构，第一支管32进口截面为环形，第一支管32占据螺旋管31出口通道截面上的外缘，第二支管33占据螺旋管31出口通道截面上的芯部，第二支管33向后延伸的一段穿出第一支管32的壁面，

差压计23的两个检压点分别设置到第一支管32和第二支管33上，第一支管32和第二支管33的末端汇流并设置出流管9。

如图1、2所示，螺旋管31末段通道截面上分别通过第一支管32和第二支管33引流并导入两根独立的支管内，在两个支管内充分向后流动形成更加稳定的压力状态后被差压计23检测获得压力差，从而检测获得的差压误差更小，让实际检测时，压差所对应的流量与出厂标定数据表的一致性更好，不容易由于差压计的测点设置影响螺旋管31构建的内外层压差流体扰动。

螺旋管31内设置螺旋叶311，第一支管32在第二支管33穿出后的段落上设置变径段321，第一支管32在变径段321之后的管道通道面积等于第二支管33的通道面积，第一支管32进口大径对应圆面积等于第二支管33进口圆形面积的两倍。

如图1、2所示，第一支管32在第二支管33穿出后，且通道面积如果仍以原始的半径，则其面积比其入口时要大，所以，需要进行变径缩小至其进口面积，以让其后续流动过程中的压力与进口处压力保持近似一致，更准确反应螺旋流动后的内外层流动压差。

蒸汽流量计还包括离子检流组件4，离子检流组件4设置在第一支管32的后半段上，

离子检流组件4包括释放口41、接收板42、分支泄放管43，释放口41和接收板42分别设置在第一支管32内壁相对的两个面上，释放口41朝向第一支管32流道内投入负离子，接收板42上朝向第一支管32流道的一面上带有正极性电荷，接收板42上按第一支管32延伸方向分为若干区域。

如图3所示，释放口41向流道内投入离子，水蒸气的气体分子与离子的结合力并不强，而离子也受到接收板42吸引而朝向接收板42运动，最终离子都会落到接收板42上，但是，流道内如果有更大流量的蒸汽，则离子在从释放口41到接收板42的路径上更容易被冲击而去往轴向距离更远位置的接收板42区域，因此，可以通过接收板42上的接收的离子分布情况来反应第一支管32内蒸汽分子的密度、流量情况。

离子检流组件4还包括感应线圈44、防聚电极45，接收板42上每个区域独立连接分支泄放管43，分支泄放管43外部设置感应线圈44，接收板42朝向第一支管32的一侧设置若干锥形孔，锥形孔尖端连接分支泄放管43，锥形孔侧壁内设置防聚电极45，防聚电极45朝向第一支管32的一侧为正电极，防聚电极45背向第一支管32的一侧为负电极，防聚电极45表面带有绝缘膜。

如图4所示，防聚电极45朝向第一支管32正面的正电极将离子吸引到导入分支泄放管43后，离子具有前进速度，会越过防聚电极45的正电极界线，越过后，负电极起排斥作用，让离子不会堆积到防聚电极45附近，而是沿着分支泄放管43向后流动，让接收板42接收后续的离子。感应线圈44在分支泄放管43上检测过流离子所显示的离子电流，反映该分支泄放管43内过流离子的数量。绝缘膜不允许电荷交换，只运行电荷相互之间的吸引排斥力。

离子为负氧离子。氧气分子与电子结合形成负氧离子，让较大的负氧离子注入第一支管32内，相比于直接电子注入，负氧离子与蒸汽分子的撞击概率更大，负氧离子更容易被冲击偏离垂直流道的运动方向而向后倾斜运动，在接收板42上产生的离子分布更准确反应蒸汽粒子流量。

离子检流组件4还包括回流总管46，分支泄放管43远离接收板42的一端汇集到回流总管46上，回流总管46另一端折弯连接到释放口41上。

如图5所示，每条分支泄放管43检测完毕离子分布后，汇总回流返回释放口41，负氧离子重复使用，离子的循环动力来自于防聚电极45对于离子的加速作用。

离子检流组件4还包括补气管47和电子发生器48，补气管47以支管形式连接在回流总管46上，电子发生器48设置在回流总管46上，电子发生器48位于释放口41和补气管47之间，电子发生器48注入的电子数量多于补气管47补充进入回流总管46内的氧气分子数量。

如图5所示，从释放口41出流的负氧离子大部分能够被吸引运动到接收板42处被收集回流，少部分混入蒸汽气流中向后流动，循环过程不断缺失的负氧离子需要补充，补充的氧气分子被电子注入而带电，注入更多量的电子确保所有的氧气分子附着电子，减少中性的氧气分子从释放口41进入第一支管32后混入蒸汽气流。

第一支管32上还设有正极中和网5，正极中和网5位于离子检流组件4的后方，正极中和网5连接一直流电源正极，该直流电源负极接地。

如图5所示，正极中和网5对过流的蒸汽分子、负氧离子进行电荷除去，卸下的电荷导向大地。

第二支管33内也设有离子检流组件4和正极中和网5。

第二支管33内也通过离子注入与检测落点检测支管内过流的蒸汽流量，与第一支管32整合后再与差压计23检测获得的主管1流量进行比较，相互校对数据，及时获知检测误差增大的情况。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述蒸汽流量计包括主管（1）、压力变送器（21）、温度变送器（22）、差压计（23）、螺旋管（31），所述主管（1）一端对外连接需检测蒸汽流量管道，主管（1）另一端连接螺旋管（31），所述螺旋管（31）旋流的气流外缘与芯部分别连接差压计（23），所述差压计（23）、压力变送器（21）、温度变送器（22）相互电连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述螺旋管（31）后分别接第一支管（32）和第二支管（33），所述第一支管（32）和第二支管（33）在与螺旋管（31）连接的位置处为同心套合结构，第一支管（32）进口截面为环形，第一支管（32）占据螺旋管（31）出口通道截面上的外缘，所述第二支管（33）占据螺旋管（31）出口通道截面上的芯部，所述第二支管（33）向后延伸的一段穿出第一支管（32）的壁面，

所述差压计（23）的两个检压点分别设置到第一支管（32）和第二支管（33）上，所述第一支管（32）和第二支管（33）的末端汇流并设置出流管（9）。

3.根据权利要求2所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述螺旋管（31）内设置螺旋叶（311），所述第一支管（32）在第二支管（33）穿出后的段落上设置变径段（321），所述第一支管（32）在变径段（321）之后的管道通道面积等于第二支管（33）的通道面积，第一支管（32）进口大径对应圆面积等于第二支管（33）进口圆形面积的两倍。

4.根据权利要求2所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述蒸汽流量计还包括离子检流组件（4），所述离子检流组件（4）设置在第一支管（32）的后半段上，

所述离子检流组件（4）包括释放口（41）、接收板（42）、分支泄放管（43），所述释放口（41）和接收板（42）分别设置在第一支管（32）内壁相对的两个面上，释放口（41）朝向第一支管（32）流道内投入负离子，所述接收板（42）上朝向第一支管（32）流道的一面上带有正极性电荷，接收板（42）上按第一支管（32）延伸方向分为若干区域。

5.根据权利要求4所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述离子检流组件（4）还包括感应线圈（44）、防聚电极（45），所述接收板（42）上每个区域独立连接分支泄放管（43），所述分支泄放管（43）外部设置感应线圈（44），所述接收板（42）朝向第一支管（32）的一侧设置若干锥形孔，锥形孔尖端连接分支泄放管（43），所述锥形孔侧壁内设置防聚电极（45），所述防聚电极（45）朝向第一支管（32）的一侧为正电极，防聚电极（45）背向第一支管（32）的一侧为负电极，防聚电极（45）表面带有绝缘膜。

6.根据权利要求5所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述离子为负氧离子。

7.根据权利要求6所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述离子检流组件（4）还包括回流总管（46），所述分支泄放管（43）远离接收板（42）的一端汇集到回流总管（46）上，所述回流总管（46）另一端折弯连接到释放口（41）上。

8.根据权利要求7所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述离子检流组件（4）还包括补气管（47）和电子发生器（48），所述补气管（47）以支管形式连接在回流总管（46）上，所述电子发生器（48）设置在回流总管（46）上，电子发生器（48）位于释放口（41）和补气管（47）之间，电子发生器（48）注入的电子数量多于补气管（47）补充进入回流总管（46）内的氧气分子数量。

9.根据权利要求8所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述第一支管（32）上还设有正极中和网（5），所述正极中和网（5）位于离子检流组件（4）的后方，正极中和网（5）连接一直流电源正极，该直流电源负极接地。

10.根据权利要求9所述的一种具有气压补偿计量的蒸汽流量计，其特征在于：所述第二支管（33）内也设有离子检流组件（4）和正极中和网（5）。

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