CN201277870Y - 流量测量装置 - Google Patents

Abstract

一种流量测量装置，包括检测棒，连接管道，差压变送器和显示电路。检测棒截面外形型线为改进的多边形，前段相对后段较钝，低压取压口设置于前段末端；检测棒采用高、低压腔双腔对等并行布置，低压腔两侧低压取压口和低压引压管道对称布置；检测棒高度方向上设置有至少一取压平面，检测棒高度20－2000mm。该流量测量装置具有较宽的测量范围和较高的精度、防堵能力强、且对高流速流场的测量稳定，此外还具有工艺较简单、制造精度易满足、工作可靠等特点。

Description

流量测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种流体流量测量装置，尤其是能应用于高流速流场的流量测量装置。

背景技术

在工业生产制造中，为了及时掌握和控制通流设备的运行工况与生产能力，必须监测生产过程中各种流体的流量，如：蒸汽流量，空气流量，供油流量，冷却水流量等。流量测量的准确程度、可靠性将直接影响效率计算，成本核算。因此，流量测量是保证工业生产制造安全、经济运行的重要因素。利用差压测量流量的方法制成的差压式流量计技术较为成熟，应用广泛，约占各种流量测量方式的70％。差压式流量计由一次装置和二次装置组成。一次装置称流量测量元件，它安装在被测流体的管道中，产生与流量(流速)成比例的压力差，供二次装置进行流量显示。二次装置称显示仪表。它接收测量元件产生的差压信号，并将其转换为相应的流量进行显示。差压流量计的一次装置常为节流装置或动压测定装置(皮托管、均速管等)。二次装置为各种机械式、电子式、组合式差压计配以流量显示仪表。差压计的差压敏感元件多为弹性元件。由于差压和流量呈平方根关系，故流量显示仪表都配有开平方装置，以使流量刻度线性化。目前生产的产品分为：孔板流量计、楔形流量计、文丘里管流量计、平均皮托管等。差压式流量计应用范围广泛，至今尚无任何一类流量计可与之相比拟；检测件与变送器、显示仪表分别由不同厂家生产，便于规模经济生产；应用最多的孔板式流量计结构牢固，性能稳定可靠，使用寿命长。但是其测量精度普遍偏低，测量范围较窄，对现场安装条件要求较高，且孔板、喷嘴压损大。市场上出现过的阿牛巴流量计采用皮托管测量原理测量挡体上游的动压力与下游的静压力之间形成的压差。阿牛巴流量计用于测量管道直径在DN20到DN12000之间液体、气体和液体的体积流量。阿牛巴流量计主要用于工业过程中各种能源如液体、燃料气、蒸气和气体的批处理及连续测量，具有较高的稳定性和重复性。与其它形式的流量计相比，阿牛巴流量计系列产品更容易安装。市场上还有一种威力巴流量计，是一种差压式、速率平均式流量传感器，通过传感器在流体中所产生的差压进行流量测量。威力巴流量计反映流体真实的流速，其突出优点是：能输出一个稳定、无脉动的差压信号。其子弹头截面形状的探头能产生准确的压力分布，固定的流体分离点；位于探头侧后两边、流体分离点之前的低压取压孔，可以生成稳定的差压信号，并且有效防堵。内部一体化结构能避免信号渗漏，提高探头结构强度，保持长期稳定精度。阿牛巴与威力巴的区别在于取压探头形状不一样。阿牛巴取压探头是圆形，前面有两到三组正压孔，静压孔只有一个，而且是导管式，容易堵塞。阿牛巴的检测棒容易导致流体产生较大的涡旋区，从而使检测棒产生振动，不仅影响测量结果，而且可能导致检测棒受损。而且低压取压口设置在检测棒后的涡旋区域边缘，杂质堆积较严重，进一步影响测量精度，不仅可能由于压力幅值变化较大而导致差压信号波动增大，甚至可能阻塞低压取压口。威力巴取压探头形状是子弹形，静压孔在两边，有效解决了堵塞问题，但造成的压损较大，而且差压较小，测量范围受限，并提高了受微扰动影响的程度。测量湿蒸汽时还可能在引压管内析出水分，对差压信号产生影响。流体漩涡与检测棒的分离点位于检测棒后端圆角附近，随流速变化而变动，其保持流出系数不变的雷诺数范围较窄，即流速测量范围受限。此外，市场上的存在的德尔塔巴流量计是运用差压式的工作原理，插入式的安装方法，设计成的一种流量传感器。取压方式是通过一直径约为20mm的探头(探针)，探头前后有两排不均匀分布的、若干个8mm的引压孔。通过该两排孔将管道从上到下(/从左到右)的不同压力(/流速)在孔内取平均，(因为管道两侧流速慢，中间快)构成了差压，进而可以计算出质量流量或体积流量。其压损较小，差压较大，量程比宽，测量范围广，耐堵性好，但是精度和稳定性有所欠缺。

实用新型内容

为了克服市场上现有的流量测量装置在高流速下获得精确测量结果的不足，本实用新型提供一种流量测量装置，该流量测量装置不仅能保证较大的差压，从而保证较强的、不易受微扰动干扰的差压信号，而且能持续稳定地对高流速流场进行测量，此外，还具有防堵能力强，压力损失小，工作可靠等特点。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该种流量测量装置包括以差压变送器和显示电路为部分构件的流量计和连接、紧固装置，流量计检测棒中开有两对称空心腔体，分别与前端迎流处设置的高压取压口、两侧设置的低压取压口通过引压管道连通，工艺管道连接检测棒和弯管，差压变送器通过弯管获取高低压差压，并将转换后的电信号传送至显示电路进一步处理。其特征主要有：检测棒外形采用适合高速流体流动的设计，前段表面粗糙，高压取压口两侧与斜边采用圆角过渡，前段与后段采用光滑样条曲线过渡，以及尾部型线和前后段比例的设计，均是为减小检测棒对流动的影响；高流速下雷诺数较大，脱流位置易于确定，低压取压口可设置于前段接近末端处以使压力最低，差压最大；检测棒高度取20～2000mm，高度方向上可设置至少一取压平面，即设计一组或多组开口进行取压，多组取压平面便于取得流场中不同位置的多组差压的一个或多个的平均值；取压平面数量为1-99，多组取压平面，取压平面之间的间距为20-1960mm；低压取压口两侧开口和检测棒的销孔为高速流体冲击下测量装置的稳定而设计；检测棒内部管道经工艺管道和弯管与差压变送器连接，检测棒的固定一般采用销钉连接紧固即可，如有必要亦可进一步使用弹簧锁紧。

本实用新型主要是检测棒采用适于高流速流场的设计，根据流体动力学的有限元模拟结果进行设计，前段采用改进的对称多边形，后段为湍流区采用改进的小顶角对称三角形并将小顶角加工为样条曲线，采用圆角或样条曲线光滑过渡各棱角。这样的型线设计，一方面利用了较大雷诺数下确定的转捩区域，在转捩区域附近设置了低压取压口，确保流出系数稳定，从而扩大测量范围，提高测量的精度和灵敏度；另一方面防止了流场中杂质在检测棒取压口的堆积和湍流区的不定因素影响，减小振动产生的干扰，提高测量的精度和重复性。此外，检测棒腔体设计多处对称且型线确定，连接和紧固装置较为简单，差压处理装置采用已知技术，从而保证在满足精度要求和稳定测量的前提下，可降低生产成本。

本实用新型的进一步方案是采用PLC控制单元与差压变送器和二次仪表、计算机连接，实现自动或半自动数据记录。

本实用新型的有益效果是，可以在测量高速流动的同时，使测量构件对流动产生的干扰不明显，并且取压口不堵塞，有利于长期免维护使用，测量装置在高流速流体长时冲击下测量数据稳定，不仅不影响正常测量和工业流程，而且减轻了维护的劳动成本，并且具有可扩展自动测量的特性。由此可见，本实用新型与现有技术相比，具有实质性进步和特点，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图[1]是本实用新型的安装示意图。

图[2]是流量计主要管道构件和检测棒的装配结构剖视图。

图[3]是图2的I-I剖视放大图。

图中[1].显示电路，[2].差压变送器，[3].高压输入口，[4].低压输入口，[5].通流弯管，[6].螺纹连接阀门，[7].扩展电信号端口，[8].螺纹套筒，[9].工艺管道，[10].检测棒，[11].流动速度场，[12].高压流道，[13].低压流道，[14].销孔，[15].高压腔，[16].低压腔，[17].低压取压口，[18].高压取压口，[19].低压引压管道，[20].高压引压管道。

具体实施方式

如图[1]-图[2]所示，本实用新型所述的流量测量装置包括检测棒[10]，连接管道[5]、[9]，差压变送器[2]和显示电路[1]组成。经由弯管[5]出流通道的水平管道连接采用螺纹连接阀门[6]，垂直管道采用螺纹套筒与工艺管道[9]连接，工艺管道[9]与检测棒[10]之间使用弹簧锁紧或销钉连接紧固。检测棒[10]设计如图[3]所示，检测棒前端的高压取压口[18]与高压腔[15]连通。低压腔[16]与高压腔[15]对称设计。低压腔[16]两侧与低压取压口[17]连通，低压取压口设于迎流面末段接近流体转捩处。根据实际使用时管道的尺寸和测量的要求分别确定检测棒插入深度和取压口开口平面，高压取压口应正面迎流。差压变送器获得高低压流体压差并通过AD转换电路转换成电信号供显示电路进行计算和数显。显示电路包含积分模块、除法模块、数显模块和通道切换开关。差压变送器和显示电路各模块可以采用已知技术。

检测棒[10]横截面最大宽度为9.95mm，跨度为31.65mm。前段迎流斜面夹角36°，迎流正面弧段曲率半径6.75mm，高压取压口[18]宽度0.8mm，迎流正面与斜面之间采用半径0.5mm的圆角过渡。后段斜面夹角28°，斜面之间采用样条曲线过渡，该样条曲线跨度1.36mm。前段与后段之间采用样条曲线过渡，低压引压管道[19]宽度1.04mm。高、低压腔[15]、[16]为同一圆柱分隔而成，半径2.47mm，隔板宽度0.5mm，均可自由选定。检测棒[10]插入深度和取压平面分布可按需要设计。高、低压取压口[18]、[17]和高、低压引压管道[20]、[19]高度8mm-20mm。

进行流量检测时，将检测棒[10]通过连接管道[5]、[9]与差压变送器[2]和显示电路[1]相连接，并将检测棒[10]垂直插入待测管道流道中，通过检测棒上的高压取压口[18]，获得高流速流体的高压，通过低压取压口[17]获得低压，并通过高、低压引压管道[19]、[20]将两种压力分别引入高、低压腔[15]、[16]，差压变送器[2]高、低压输入口[3]-[4]通过连接管道[5]、[9]获得高、低压腔[15]、[16]的压力，并将差压信号转换成为电信号，由显示电路处理该信号并显示输出，即可获知所需流量数据。

本实用新型还可以通过在差压变送器[2]扩展电信号端口[7]将流量信号输出至其他转换电路或计算机，供其他处理方式使用。本方案可以实现自动流量记录、流量积分等工作。

Claims (6)

1、一种流量测量装置，包括检测棒，连接管道，差压变送器和显示电路，其特征在于：检测棒截面外形型线为改进的多边形，前段相对后段较钝，低压取压口设置于前段末端；检测棒采用高、低压腔双腔对等并行布置，低压腔两侧低压取压口和低压引压管道对称布置；检测棒高度方向上设置有至少一取压平面，检测棒高度20-2000mm。

2、根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于：检测棒紧固于工艺管道是采用销钉连接紧固或使用弹簧锁紧。

3、根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于：检测棒横截面最大宽度为9.95mm，跨度为31.65mm。

4根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于：检测棒横截面前段迎流斜面夹角为36°，高压取压口宽度为0.8mm，低压引压管道宽度为1.04mm；后段斜面夹角为28°，过渡样条曲线跨度为1.36mm。

5、根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于：检测棒高、低压取压口和高、低压引压管道的高度为8mm-20mm。

6、根据权利要求1所述的流量测量装置，其特征在于：该取压平面数量为1-99，多个取压平面之间的间距为20-1960mm。

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