CN1229174A - 用于气体输送管道的流量调节装置 - Google Patents

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Abstract

用于气体输送管路的流量调节装置含有至少一个与管的轴线XX′基本上垂直的冲孔板,冲孔板含有一个中心孔和几组在至少三个同心圆环上分布的附属孔,以便限定一个轴对称的冲孔板,由于在任何一个同心圆环内所有的圆孔具有相同的直径d1、d2、d3,沿着中心孔向外的方向到相邻的同心圆环,孔的直径在减小和增加的方向上交替地变化,且每一个同心圆环上孔的数目等于或多于六个。冲孔板与位于其上游且与其平行的多孔板相联。

Description

用于气体输送管道的流量调节装置
本发明涉及一种用于气体输送管道的流量调节装置，该调节装置包括至少一个与管道的轴线XX＇基本垂直的冲孔板且包括一个中心孔和几组附属孔，几组附属孔有规则地分布在以管道的轴线为圆心的同心圆环上。
当将转子气体流量计安装在供气站中、扩张部分或如阀、弯管、双弯管、收缩管、三通管、或其他非直线性的管件的干扰物的下游处时，流量计的精度就会有受到那些干扰物在流动中产生的扰动的影响的危险。到目前为止一直在采用的解决的办法之一是将一根长长的直通管放在流量计与位于下游的最后一个干扰物之间。此种解决办法不但不利于使供应站的结构紧凑，而且这也证明那些直通管不足以满足完全地削弱某种主要扰动的影响。
因此，为了消除这种干扰同时减小供应站的尺寸，利用流量调节装置通常是必要的。这样的设备改进了流量结构，使流量特性接近于那种在非常长的直通管的下游处所得到的未受到干扰的流量特性，通常称为“完全展开的”或“定型的”流量。
现在存在着很多种流量调节装置，其中有很多在IS05167标准或AGA报告7标准中提到过。然而，尽管现有的调节装置具有减轻气流旋转(通称为涡流)的能力，但是它们中很少能以一种令人满意的方式降低那种在某种扩张部分-调节阀的下游处观察到的非对称性流量或强烈射流的影响。这些调节装置是为了在上游和下游使用长度相当于管子的标称直径的几倍的直通管而设计的，当调节装置需要使带有扩张部分与流量计的供应站结构更紧凑时，这就限制了这种优点。
特别是，专利文献GB-A-2,235,064介绍了一种流量调节装置，含有一个冲孔板，冲孔板具有一个中心孔和一组其他的分布在一些以中心孔为圆心的同心圆环上的孔。在每一个同心圆环上，这些孔有规则地分布且它们都具有相同的直径，因此该装置是轴对称的。在从中心孔向每一个同心圆环向外的方向上，孔的直径在减小。如果将它与长度很长的直通管结合起来用，这样的流量调节装置十分有效，但是结果证明是不足以安装在结构紧凑的带有扩张部分与流量计的供应站中。
专利文献US-A-5,495,872和US-A-5,529,093介绍了一种流量调节装置，它包括一个没有中心孔的冲孔板，但是有一组基本上分布在以冲孔板的中心为圆心的两到四个同心圆环上的孔。在任何一个同心圆环上，孔是有规则地间隔开且具有相同的直径。一个同心圆环上的孔与另一个同心圆环上的孔的直径不同。一组在等边三角形的顶点上的三个小直径的孔位于两个同心圆环的中心，来替代中心孔。像这样的冲孔板同样也不能使性能最佳化，且上面提到的文献坚持将冲孔板与一种用于消除气流涡旋的装置结合使用，这种装置由一组管子组成且与冲孔板分隔开，长度不可忽略的直通管也必须包括在冲孔板的上下游处的流量调节装置中。
本发明是为了设法解决上述缺陷和在结构紧凑的装置中达到以下可能性，即消除由于气体流经调节阀和扩张部分或某种如双弯管、三通管似的管件而产生的射流影响、涡流、以及紊流，并在气体流量计处获得下述的一种流量，即该流量是气流没有任何旋流且紊流度可以与完全展开的流动相媲美的相对于管道的轴线对称的流量。
这些目的可通过用于气体输送管路的流量调节装置实现，该调节装置含有至少一个与管道的轴线XX＇基本上垂直的冲孔板，冲孔板含有一个中心孔和几组附属孔，附属孔有规则地分布在以管的轴线为圆心的同心圆环上，流量调节装置特征在于在至少三个同心圆环上分布有附属孔，以便限定一个轴线对称的冲孔板，在任何一个同心圆环内所有的圆孔具有相同的直径d1、d2 d3，沿着中心孔向外的方向到相邻的同心圆环，孔的直径在减小和增加的方向上交替地变化，且每一个同心圆环上孔的数目等于或多于六个。
更详细地而言，围绕中心圆孔，在沿着离开管子的轴线向外的方向上，冲孔板包括一个由一组具有较小直径d1的孔组成的内部第一圆环，一个由一组较大直径d2的孔组成的中间第二圆环，一个由一组直径在较小直径d1与较大直径d2之间为d3的孔组成的外部第三圆环。
冲孔板有助于削弱干扰和促进下游流量的快速重新展开。孔的位置和尺寸以这样的方式来确定，即出口流量相对于管子的轴线对称，没有任何涡旋气流并且紊流度可以与完全展开流量相媲美，从而促进流量的快速重新展开。
在最佳实施例中，冲孔板包括一个中心孔，组成内部第一同心圆环的十二个具有较小的直径d1的孔，组成中间第二同心圆环的八个具有较大直径d2的孔，以及组成外部第三同心圆环的二十个具有中等直径d3的孔。
有利的是，组成冲孔板外部第三圆环的孔的中等直径d3与中心孔的直径d0相近。
最好，冲孔板具有基本等于中间第二同心圆环的孔的直径d2的厚度 e。
在最佳的方式中，在冲孔板中，用DI表示与流量调节装置相联的管道的内径：具有较小直径d1的孔分布在平均直径为D1(约为0.23DI)的内部第一同心圆环上；具有较大直径d2的孔分布在平均直径为D2(约为0.46DI)的中间第二同心圆环上；具有中等直径d3的孔分布在平均直径为D3(约为0.84DI)的外部第三同心圆环上。
在最佳实施例中，在冲孔板中，用DI表示与流量调节装置相联的管道的内径：中心孔的直径d0约等于0.12DI；分布在的内部第一同心圆环上的孔的直径d1约等于0.05DI；分布在中间第二同心圆环上的孔的直径d2约等于0.16DI；分布在外部第三同心圆环上的孔的直径d3约等于0.12DI。
冲孔板也可以与位于冲孔板上游且平行的多孔板相联。在任何情况下，冲孔板对可能在流量方向上承受着较大冲击力的多孔板来说起到了一个机械支承件的作用。
多孔板提高了冲孔板的效果，并且在使流量变得均匀同时消除较大的紊流结构方面显示出极好的性能。
多孔板由一种孔隙率在90％至96％范围内的均质材料构成，且多孔板与流量的接触面积是筛目的函数且在500m2/m3至2500m2/m3范围内。
有利的是，厚度大约为10mm的多孔板(2)由非常疏松的镍-铬泡沫材料组成。
冲孔板或由冲孔板与多孔板组成的组件相对于管道的轴线以同轴的方式放置，且垂直于轴线固定。
因此，在一个具体的实施例中，调节装置包括一个用来安装在管道的两个法兰之间的外部环形支承件，且冲孔板放于该支承件内，或者冲孔板与多孔板一起放在支承件内。
外部环形支承件上有一个充当冲孔板的支承座的下游环形台肩，还通过可移动的间隔圈将冲孔板压靠在所述的下游环形台肩上而固定。
在一个特定的实施例中，调节装置有一个置于可移动的间隔圈与冲孔板之间的多孔板，冲孔板自身背靠下游环形台肩位于支承座中。
与一个特定特征相适应，外部环形支承件上有径向方向的压力引出点，引出点分别位于与上游可移动的间隔圈相齐的位置和与下游环形台肩相齐的位置，以便能够进行压差检测。
在任何情况下，压差计使监测在流经调节装置的水头损失方面的变化成为可能，这样可以得知多孔体变得堵塞的程度。
有利的是，调节装置位于调节阀-扩张部分的下游和流量计的上游处，且在轴向方向上的尺寸不超过气管标称直径DN的三分之一。
本发明的其他特征和优点会从下面作为例子给出并结合附图的描述的具体的实施例的说明中呈现出来，其中：
·图1是安装有本发明的流量计的输送管道的沿轴线方向的剖面图，且表示出了气流经过调节装置后发生的变化；
·图2是构成本发明调节装置的基本元件-冲孔板的主视图；
·图3是沿图2中的剖面线III-III的剖面图；
·图4是表示怎样将图2和图3中的冲孔板通过环形支承件安装在一起的例子的轴向剖面图；
·图5是类似于图4的轴向剖视图，但表示的是既包括有冲孔板又有多孔板的流量调节装置是怎样实现的；
·图6是类似于图5的轴向剖视图，但是还表示出形成于环形支承件中的压力引出点；
·图7是表示在本发明流量调节装置中使用不同的多孔板的水头损失的曲线图表。
本发明的流量调节装置主要包括与气体输送管道10的轴线XX＇基本垂直的冲孔板3(图1到图3)，且冲孔板3自身就已经构成了一个具有极佳效果的流量调节装置，给出了穿过冲孔板3形成的开口的分布。冲孔板有助于削弱干扰和在下游处流量快速地重新展开，且它可以单独使用，因为为了有助于流量的快速重新展开，孔的位置和尺寸设计成能使出口流量相对于管的轴线对称、没有气流涡旋、以及紊流度足以与完全展开流量相媲美。
从图2和3可以看出，冲孔板3含有一个直径为d0的中心孔30、一个由一组小直径为d1的孔310组成的内部第一同心圆环31、一个由一组大直径为d2的孔320组成的中间第二同心圆环32、一个由一组大小在直径d1与d2的之间中等尺寸直径d3的孔330组成的外部第三同心圆环33。
冲孔板3的厚度最好与中间圆环32的孔320的直径d2相近。
在图2和3所示的例子中，内部同心圆环31有十二个孔310，孔310的圆心有规则地分布在直径为D1的同心圆环上。中间圆环32有八个孔320，孔320的圆心有规则地分布在直径为D2的同心圆环上。外部圆环33有二十个孔330，孔330的圆心有规则地分布在直径为D3的同心圆环上。
外部同心圆环33上的孔330的直径d3最好是与中心孔30的直径相近。
举例来说，用DI代表气体输送管道10的内径，冲孔板3的一些参数表示如下：
e＝0.162DI   D1＝0.226DI
d0＝0.123DI D2＝0.461DI
d1＝0.046DI D3＝0.844DI
d2＝0.162DI
d3＝0.119DI
因为孔的分布方式，特别是因为由一组位于具有相对较大的直径d0的中心孔30周围的小孔310构成的内部第一同心圆环31的存在，使得冲孔板3将紊流21转变成在多数情况下具有令人满意的特性的定型流22成为可能(图1)。
尽管如此，如果充满整个气流断面的冲孔板3与多孔板2相结合，流量调节装置的效果能够进一步改进，其中多孔板2被放在冲孔板3的上游位置且使两者相接触，从而整个气流流经两个元件2和3(图1)。冲孔板3对于多孔板2也充当一个机械支承件，多孔板2自身在流量方向上承受着与它产生的水头损失成比例的巨大的冲击力。多孔板2有助于消除流量的非对称性和削弱高紊流度。
多孔板2有使流量均匀化的同时消除较大紊流结构的极佳的性能。所用的材料是孔隙率(空腔部分与全部体积的百分比)在90％到96％的均质材料。多孔板2与流量的接触面积是筛目的函数，且在500m2/m3(对于粗网眼)到2500m2/m3(对于细网眼)范围内，网眼越细，由于粘滞度造成的水头损失就越大。对于在大气压力下和以10m·s-1的速度流动的气体，厚度为10mm的多孔材料板2的水头损失系数(水头损失/动态压力)在2.7到15.7的范围内。
举例来说，多孔板2的多孔材料可以由Sumitomo欧洲有限公司出售的名为Celmet的非常疏松的镍-铬泡沫组成。
图7有一条表示由直径为80mm厚度为10mm的Celmet板产生的水头损失(以“巴”为单位)作为基准流量(以m3/h为单位)(流速简化为压力和温度常规条件，即1.013巴和273.15开尔文)的函数的曲线，且保持5巴的恒定的下游压力。
所用的多孔板的密度与所要求的相适应。较细的粒料在消除流量扰动方面更有效，而较粗粒料则可避免堵塞的危险。所选的粒料的尺寸是上面两制约因素之间综合考虑的结果。
在图7中，曲线A与粗粒料的Celmet相对应，曲线B与细粒料的Celmet相对应，曲线C与在气体输送网络中使用了一年后的细粒料的Celmet相对应。
关于怎样在管道的两法兰11和12之间安装本发明的流量调节装置的例子下面将参照图4至6进行叙述。
为了确保由流量调节装置本身构成的组件，无论是由冲孔板3(图4)构成的还是有冲孔板3和多孔板2(图5和6)构成的，相对于管道10的轴线严格同轴，并且为了保持流量调节装置的活动元件2、3与管道10垂直，这些活动元件2、3被固定在环形的支承件4、4＇中，支承件4、4＇自身固定在管道10的上下游的两法兰11和12之间。
可移动的间隔圈1A(图4)、1B(图5)、或1C(图6)，其在轴向方向上的厚度既与支承环4、4＇的厚度相适应也与流量调节装置的活动元件2、3的厚度相适应，该间隔圈用来使冲孔板3(图4)或由冲孔板3与多孔板2(图5和6)构成的组件背靠在形成于外部环形支承件4、4＇中的作为支承座的下游环形台肩41、41＇上进行固定。
支承件4、4＇由与其自身的支承片同轴的且分为两部分的环形开口贯通。几乎占支承件4、4＇全长的上游部分由与支承片1A、1B、1C、2、和3的外径相一致的直径贯通，从而片式组件1A、3或1B、2、3或1C、2、3安装在支承件4、4＇中。下游部分由一个稍微小一些的直径贯通，与气体输送管道10的内径相等以便形成一个供上面提到的片式元件构成的组合件顶靠的台肩41、41＇。
这三片(环1B或1C，多孔板2，以及冲孔板3)的厚度之和必须比支承件4、4＇的用于堆积这些片形元件的环形开口在台肩41、41＇与上游端面之间测得的长度稍微大一些，结果当该组件被夹在法兰11和12中时多孔体2有一点被压扁且组合件完全被闭塞。这就消除了任何产生的振动和噪音的可能性。由两个O型环8和9提供密封，O型环8和9安装在加工于支承件4、4＇的每一个端面的沟槽中，且与法兰11和12的光滑密封表面接触。
支承件4、4＇的台肩41、41＇以及间隔圈1A、1B、1C的内径与管道10的内径一致且相等，所以就不存在内径的突变而对流量产生干扰。
当流量调节装置直接安装在下游处时，一个贯通支承件4、4＇的任意的径向孔5使扩张部分的先导阀中排气口能够连接在该孔处。当该装置直接放在扩张部分的下游时，这有使通过先导系统的流量也包括在计量流量中成为可能的优点。孔开口与多孔板2相对。这有分散由先导流量造成的射流的作用，由此削弱在相反的情况下将会在低流速和没有流量调节装置的情况下产生的流量的非对称性。
在支承件4、4＇的下游端面的外周具有一个台肩42、42＇，以有利于组件相对于下游法兰12达到同轴。台肩42、42＇套装在位于管道下游的法兰12的凸面120外围。台肩42、42＇的厚度必须比法兰12的接触表面120厚度要小，从而只能通过O型环8而不是通过台肩42、42＇来产生接触。
在图6所示的实施例中，支承件4＇的宽度比在图4和5中的支承件4的宽度要大，以便在支承件4＇上形成两个径向孔6和7，其中之一(孔6)位于多孔板2的上游而另一个孔(孔7)则位于冲孔板3的下游。
通过将压差计连接到这两个孔6和7上，就可能监测经过流量调节装置的水头损失的变化，这样确定多孔体2堵塞到了何种程度。这在气体含有大量的易于凝结的物质区域的高度扩张下游处是特别有利。
本发明的调节装置特别适用于安装在气体供应站内的调节阀-扩张部分的下游处，且流经多孔板2的水头损失很容易就会比较大。通常，本发明的流量调节装置适用于直接放在任何一个通常出现在气体输送站中的干扰物的下游处，如弯管、双弯管、扩散管口、收缩管口、……等等。
本发明的流量调节装置设计成不但能够背靠下游管的上游法兰12放置，而且能够直接背靠气体流量计(如转子流量计)的上游法兰12放置，而不需要在调节装置与流量计之间放一根长长的直通管。
因此，使用本发明的流量调节装置，可以取消通常用于流量计与最后一个干扰物之间的直通管，直通管依据不同的国家和供气站有不同的推荐长度，范围在5DN至10DN之间。比如美国的涉及转子流量计的AGA标准就推荐了一种使用一种调节装置标准结构，在调节装置的下游端面与流量计之间放置至少有5DN长的直通管，且流量计与最后的干扰物之间为10DN的直通管，其中DN代表气管的标称直径(如150mm)。
在轴线方向上，本发明的流量调节装置非常小，且其长度不到DN/3。
将会看出，将组件完全放在法兰之间和不插入管道的直通部分，固定和不固定都有利。组件能够通过松开一半螺栓而抽出来。没有必要将一部分管道移开。
作为一个支承件4、4＇中的组合件的各种同心元件1A、3；1B、2、3；1C、2、3的位置使改变调节装置的结构和随意地增加或移走多孔板2而不需要改变气体输送站的结构变得容易。
多孔板2的存在有保护流量计免受碎石和冰块或可能会破坏流量计的叶片(如果是有转子流量计构成的话)的含水化合物的冲击。

Claims (16)

1、一种用于气体输送管路的流量调节装置，调节装置含有至少一个与管(10)的轴线XX＇基本上垂直的冲孔板(3)，冲孔板(3)含有一个中心孔(30)和几组(31、32、33)附属孔(310、320、330)，附属孔(310、320、330)有规则地分布在以管(10)的轴线为圆心的同心圆环上，其特征在于：在至少三个同心圆环(31、32、33)上分布有附属孔(310、320、330)，以便限定一个轴线对称的冲孔板(3)，由于在任何一个同心圆环(31、32、33)内所有的圆孔(310、320、330)具有相同的直径d1、d2、d3，沿着中心孔向外的方向到相邻的同心圆环(31、32、33)，孔(310、320、330)的直径在减小和增加的方向上交替地变化，且每一个同心圆环(31、32、33)上孔(310、320、330)的数目等于或多于六个。
2、根据权利要求1所述的流量调节装置，其特征在于：围绕中心圆孔(30)，沿着离开管道(10)的轴线向外的方向，冲孔板(3)包括一个由一组具有较小直径d1的孔(310)组成的内部第一同心圆环(31)，一个由一组较大直径d2的孔(320)组成的中间第二同心圆环(32)，一个由一组直径在较小直径d1与较大直径d2之间为d3的孔(330)组成的外部第三同心圆环(33)。
3、根据权利要求1或2所述的流量调节装置，其特征在于：冲孔板(3)包括一个中心孔(30)，组成内部第一同心圆环(31)的十二个具有较小的直径d1的孔(310)，组成中间第二同心圆环(32)的八个具有较大直径d2的孔(320)，以及组成外部第三同心圆环(33)的二十个具有中等直径d3的孔(330)。
4、根据权利要求2或3所述的流量调节装置，其特征在于：组成冲孔板(3)外部第三同心圆环(33)的孔(330)的中等直径d3与中心孔(30)的直径d0相近。
5、根据权利要求2至4中的任一项权利要求所述的流量调节装置，其特征在于：冲孔板(3)具有基本上与中间第二同心圆环(32)的孔(320)的直径d2相等厚度 e。
6、根据权利要求2至5中的任一项权利要求所述的流量调节装置，其特征在于：在冲孔板(3)中，用DI表示与流量调节装置相联的管道(10)的内径：具有较小直径d1的孔(310)分布在平均直径为D1的内部第一同心圆环(31)上，D1约等于0.23DI；具有较大直径d2的孔(320)分布在平均直径为D2的中间第二同心圆环(32)上，D2约等于0.46DI；具有中等直径d3的孔(330)分布在平均直径为D3的外部第三同心圆环(33)上，D3约等于0.84DI。
7、根据权利要求2至6中的任一项权利要求所述的流量调节装置，其特征在于：在冲孔板(3)中，用DI表示与流量调节装置相结合的管道(10)的内径：中心孔(30)的直径d0约等于0.12DI；分布在内部第一同心圆环(31)上的孔(310)的直径d1约等于0.05DI；分布在中间第二同心圆环(32)上的孔(320)的直径d2约等于0.16DI；分布在外部第三同心圆环(33)上的孔(330)的直径d3约等于0.12DI。
8、根据权利要求1至7中的任一项权利要求所述的流量调节装置，其特征在于：冲孔板(3)与位于其上游且与其平行的多孔板(2)相联结。
9、根据权利要求8所述的流量调节装置，其特征在于：多孔板(2)由一种孔隙率在90％至96％范围内的均质材料构成，多孔板(2)与流量的接触面积是筛目的函数且在500m2/m3至2500m2/m3范围内。
10、根据权利要求8或9所述的流量调节装置，其特征在于：多孔板(2)具有约为10mm的厚度并且由非常疏松的镍-铬泡沫材料组成。
11、根据权利要求1至10中的任一项权利要求所述的流量调节装置，其特征在于：调节装置包括一个安装在管道(10)的两个法兰(11、12)之间的外部环形支承件(4)且其中安放有冲孔板(3)或者冲孔板(3)与多孔板(2)。
12、根据权利要求11所述的流量调节装置，其特征在于：外部环形支承件(4、4＇)有一个充当冲孔板(3)的支承座的下游环形台肩(41、41＇)，通过可移动的间隔圈(1A、1B、1C)将冲孔板(3)压靠在所述的下游环形台肩(41、41＇)上而固定。
13、根据权利要求12所述的流量调节装置，其特征在于：调节装置有一个置于可移动的间隔圈(1B、1C)与冲孔板(3)之间的多孔板(2)，冲孔板(3)自身背靠下游环形台肩(41、41＇)位于支承座中。
14、根据权利要求13所述的流量调节装置，其特征在于：外部环形支承件(4＇)上有径向方向的压力引出点(6、7)，引出点(6、7)分别位于与上游可移动的间隔圈(1C)相齐的位置和与下游环形台肩(41＇)相齐的位置，以便能够进行压差检测。
15、根据权利要求1至14中的任一项权利要求所述的流量调节装置，其特征在于：调节装置位于调节阀-扩张部分的下游和流量计的上游处，且在轴向方向上的尺寸不超过气管标称直径DN的三分之一。
16、根据权利要求8或15或权利要求11至14中的任一项权利要求所述的流量调节装置，其特征在于：径向孔(5)贯通支承件(4＇)，径向孔(5)与扩张部分的先导阀排气口相连，径向孔(5)位于与多孔板(2)相齐的位置以分散由先导流量产生的射流。
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