CN202255483U - 一种均衡式流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种均衡式流量计，包括内径为D的管道、位于管道内的节流件，所述节流件为一平板，平板的中心不开孔，在平板中心的四周开设了1-5排节流孔，单排节流孔的圆心处于同心圆上，这样安排节流孔，在直管段长度不足的情况下，不易形成(或易于减小、消除)漩涡，流体通过节流孔后，在粘性的作用下，通过均衡的过程，使流动可以较快(即在较短的距离上)地达到理想的流动状态，提高了流量测量的精确度，也可以在中间安排一个内锥体，以增加整流的效果，其特点是可以在直管段仅2-5D(D为管内径)情况下，使流量精确度达到±0.5％。

Description

一种均衡式流量计

技术领域

本实用新型涉及一种流量计量装置，更准确地说，涉及一种不仅可耐恶劣工况，而且在直管段长度不足的情况下，仍可保持较高准确度的新型流量计。

背景技术

1、管内流速分布对流量测量的影响

对绝大多数流量仪表来说(容积式、科氏虽可除外，但口径未超过0.25米)，管道内的流速分布对流量测量准确度有举足轻重的影响。国际、国内的行业标准都对此有明确的规定，要求流量仪表前应有不少于30D(D为管内径)，后为5D的直管段长度，只有这样，管内的流速分布才有可能达到理想的状况，即充分发展紊流。但在实际现场，由于工艺的要求，必须安装形形色色的阻力件(弯头、阀门、变径管、歧管……)，组合方式万千，其出口流速分布十分复杂，难以预测。

2、现代工业对流量测量提出的要求

1、现代工业的特点：

其一，规模产生效益。现代工业的特点之一就是大型化，工程中管径已大至数米；且仍不断地增大，工艺设计中不可能为了适应经典流量仪表的准确度而安排较长的直管段。根据ISO5167-2003新标准，前直管长度必须长达30-40D。

其二，人类近数百年的文明发展，对自然资源巧取豪夺，人类的“文明”了，资源却匮乏了，资源的匮乏更需对物流进行精确的计量，这已成为全球的共识，如我国在2007年1月发布的国标(GB-17167-2006)，就对耗能的单位与设备的流量测量准确度提出了±0.5～2％的要求。

2、现代工业对流量测量出了一个难题：

上述现代工业的两个特点是相互矛盾的，既对流量测量的准确度提出了明确的、更高的要求，又无法保证较高准确度所必需的直管段安装长度，如何解决这个矛盾，必需另辟新径创新一种新型仪表，即：不要求较长的直管段长度，又能达到较高的准确度。

3、历史的回顾

回顾流量仪表应用的200多年历史，有些仪表或装置呈现了对安装直管段长度要求不高而可维持较高准确度的特征：

1939年Howell首先提出了环形孔板的设想，置一圆板于中心，形成环形通道，令流体从中心收缩改为在管壁收缩，如图1所示。Bell(1957)、Bergelin(1962)相继对21组样机进行了测试，研究及实践表明，环形孔板所形成的环形通道具有整流作用，对仪表上游的阻力件不敏感，具有在上游直管段不长的情况下，仍可具有较高的准确度，但其压损仍较大。

1986年美国McCrometer公司推出了V-Cone Flowmeter，亦称内锥流量计，如图2所示，将节流件改为内锥，它具有环形孔板对直管段要求不高仍能保持较高准确度的优点；但其不足之处在于：单臂悬挂受力不均衡、后取压点易堵、压损较大等。

流动调整器(Flow conditioners)：主要是解决直管段长度不足与较高准确度的矛盾，国际标准化组织ISOTC30几十年来一直推荐采用流动调整器，如图3所示，它们由扳孔、管束组成，但推行并不理想。因为采用它不仅增加成本，加大维修量，压损也较大；而且它本身就有约2D的长度，安装前后分别还需约4D的长度，总计约10D，对于较大的管径来说，现场仍难满足。

平衡流量计：2004年美国A+Flowtek又推出“Balanced Flowmeter”，国内某公司译为平衡式流量计，其特点是中间为一个较大的孔，与圆周间还有1～2排较小的圆孔，如图4所示。但是，这样的流量计易在中间形成漩涡，影响流量计的准确度。至今未公布令人信服的在非充分发展紊流状态下(即前直管段安装长度较短)，仍具有较高准确度的实验数据与评估报告。

流体的粘性表现在流体对剪切力阻抗的大小，具体表现是对相邻流体有阻止(或带动)其运动的能力。管道中的流动十分复杂的，流体在粘性作用下，将影响相邻的流体的运动，流速慢的流体将制约流速快的流体；反之，流速快的将带动流速慢的。在这种相互作用下，无论多么复杂的流动，在经过30-40D的直管段长度后，都将趋于流速分布较为规律，即充分发展紊流，而且不再变化。国际、国内标准中都规定了流量仪表必须安装在这种流场中。但直管段毕竟太长了，现场无法保证。

实用新型内容

本专利的思想就是：在复杂的流动状况下为精确的流量测量提供了一个条件，有效地利用流体的粘性作用，使其在较短的距离达到了理想的流动。

本实用新型为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种均衡式流量计，可通过其节流件上的小孔(孔径为di)，首先将原来复杂的流动“梳理”为多束的流动，在每束流动中间也有可能是没有规律的，但较之前平稳多了，在这样的流束内，各流束间在粘性的作用下起到了均衡的作用。在30-40di的距离后，即成为理想的流动，如果di＝1/10D，就仅需要2-5D的距离即可达到理想的流动。

本实用新型的技术方案是：一种均衡式流量计，包括内径为D的管道、位于管道内的节流件，所述节流件为一平板，所述平板的中心不开孔，在平板中心的四周加工了1-5排节流孔。

优选的是：所述管道为矩形管道，其当量直径D为：D＝(4LH/π)^1/2；其中H为管道的宽度，L为管道的长度。

优选的是：所述管道是圆形管道，所述单排节流孔的圆心等距离地分布在以所述平板的中心为圆心的圆周上。

优选的是：所述节流孔的内径di和管道的内径D满足下述关系：di＝1/20-1/5D。

优选的是：相邻两排节流孔之间的间距li为所述节流件中最小节流孔内径的0.8-1.2倍。

优选的是：所述节流件的厚度为管道内径D的1/10-1/20倍。

优选的是：所述节流孔朝向流向的一端加工有45°的倒角。

优选的是：在所述节流件的中心设置一个内锥体，所述内锥体的内锥角为60-120°，其直径d*为管道内径D的1/3-1/5倍。

优选的是：在所述节流件前后0.2D的位置各开有一个取压孔，两个取压孔分别接入压差变送器的高、低压接口；所述流量计还包管道两端的法兰。

本实用新型的流量计，其节流件中间不开孔，不易形成(或易于减小、消除)漩涡，流体通过节流孔后，可迅速达到理想的流动状态，提高了流量测量准确度。节流孔径(di)不应太大，节流孔小而多适于均衡过程，但也要适量，孔过多不宜于工艺加工的重复性。节流孔之间的间距不应太大，过大不适于均衡过程；过小则消弱了强度。加强整流效果，节流件应具有一定的厚度，厚度为1/10-1/20D，或0.5-1di，太厚过于笨重，太薄均衡效果差。在节流孔朝向流向的一端设有45°的倒角，这样可对流体起到一个导向作用。

附图说明

图1为现有技术中内锥式流量计的结构示意图。

图2为现有技术中环形孔板的结构示意图。

图3为现有技术中各种流动调整器的结构示意图。

图4为现有技术中平衡式节流件的结构示意图。

图5为本实用新型均衡式节流件的结构示意图。

图6为本实用新型均衡式节流件另一种实施方式的结构示意图。

图7为本实用新型第三种实施方式的结构示意图。

图8矩形管道中节流件的结构示意图。

图9本实用新型流量计的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本实用新型的流量计，如图9所示，包括内径为D的管道1，安装在管道两端的法兰2，还包括位于管道内的节流件3，所述节流件3为一平板。所述平板3的中心不开孔，在所述节流件的前后位置设有取压孔，测取节流件前、后的差压，并接入压差变送器4。

当管道内径D小于300mm时，可采取如图6所示的节流件，在节流件的四周开设了三排节流孔6，单排节流孔6的圆心等距离地分布在以节流件3中心为圆心的圆周上。其中，每排各加工了4个节流孔，而且，第二排节流孔的圆心处在第一排相邻节流孔圆心连线的中垂线上。第三排节流孔的圆心处在第二排相邻节流孔圆心连线的中垂线上，这样的节流孔数较少，易于加工。这样安排节流孔6，在直管段长度不足的情况下，不易形成(或易于减小、消除)漩涡，流体通过节流孔后，在粘性的作用下，通过均衡的过程，使流动可以较快(即在较短的距离上)地达到理想的流动状态，提高了流量测量的精确度。

当管道内径大于300mm时，直管段的长度难以保证，为了加强整流的效果，增加节流孔的数量，如图5所示，第一排设置了6个节流孔，第二排和第三各设置了12个节流孔。其中第三排节流孔的内径大于其他节流孔。

当管道内径D大于500mm时，为了加强整流效果，不仅应增加节流孔的数量，还可以增加内锥，如图7所示，在节流件3的中心设一个内锥体7，其内锥角根据需要为60-120°，其底部直径d*为管道内径D的1/3-1/5倍。流体在加速过程中，内锥体7有利于减小漩涡，甚至是消除。

本实用新型的流量计也适于矩形管道，如图8所示，其当量直径根据如下公式进行计算：

D＝(4LH/π)^1/2；

其中H为管道的宽度，L为管道的长度。

Claims (9)

1.一种均衡式流量计，包括内径为D的管道、位于管道内的节流件，所述节流件为一平板，其特征是：所述平板的中心不开孔，在平板中心的四周加工了1-5排节流孔。

2.根据权利要求1所述的流量计，其特征是：所述管道为矩形管道，其当量直径D为：D＝(4LH/π)^1/2；其中H为管道的宽度，L为管道的长度。

3.根据权利要求1所述的流量计，其特征是：所述管道是圆形管道，所述单排节流孔的圆心等距离地分布在以所述平板的中心为圆心的圆周上。

4.根据权利要求3所述的流量计，其特征是：所述节流孔的内径di和管道的内径D满足下述关系：di＝1/20-1/5D。

5.根据权利要求4所述的流量计，其特征是：相邻两排节流孔之间的间距li为所述节流件中最小节流孔内径的0.8-1.2倍。

6.根据权利要求5所述的流量计，其特征是：所述节流件的厚度为管道内径D的1/10-1/20倍。

7.根据权利要求1-6任一项所述的流量计，其特征是：所述节流孔朝向流向的一端加工有45°的倒角。

8.根据权利要求1-6任一项所述的流量计，其特征是：在所述节流件的中心设置一个内锥体，所述内锥体的内锥角为60-120°，其直径d*为管道内径D的1/3-1/5倍。

9.根据权利要求1-6任一项所述的流量计，其特征是：在所述节流件前后0.2D的位置各开有一个取压孔，两个取压孔分别接入压差变送器的高、低压接口；所述流量计还包管道两端的法兰。

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