CN202304911U - 旋进漩涡质量流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种旋进漩涡质量流量计，包括：设置有第一取压口和第二取压口的测量管；分别与第一取压口和第二取压口相连通的第一取压管和第二取压管，且两者连通处设有差压传感器；和漩涡进动频率采集器；测量管的第一取压口和第二取压口之间具有变截面流道，其沿测量管的入口端至出口端的方向上依次分为收缩段、等截面段和扩张段，漩涡进动频率采集器位于所述变截面流道的等截面段的后部。本实用新型提供的旋进漩涡质量流量计通过测量漩涡进动频率和两个取压口之间的压差实现流体的质量流量测量，同时通过改变测量管的流道形状，降低了对信号采集设备的高灵敏度要求，最终降低了整个流量计的制造成本。

Description

旋进漩涡质量流量计

技术领域

本实用新型涉及流量计技术领域，更具体地说，涉及一种旋进漩涡质量流量计。

背景技术

旋进漩涡质量流量计由于其具有功能强、流量范围宽、操作维修简单、安装方便等优点越来越被广泛地应用。

为了实现流量计对质量流量的测量，需要采集整个流量计的漩涡进动的频率和流量计两端的差压，进而通过公式(a)计算出质量流量。

$q_m=\mathrm{\ρUA}=\frac{{2A}^2{K}_v}{C_D}\frac{\mathrm{\ΔP}}{f}---\left(a\right)$

上述公式中：q_m为流体流经流量计的质量流量，单位为kg/s；ρ为流体密度，单位为kg/m³；U为流体的流速，单位为m/s；A为流量计入口的流通面积，单位为m²；K_v为旋进漩涡流量计的仪表系数(已知)，单位为m^-3，ΔP为整个流量计的入口和出口的压差，单位为Pa，f为漩涡进动的频率，单位为Hz，C_D为阻力系数，无量纲。

通过上述可以得出，由于流量计的入口流通面积、流量计的仪表系数和阻力系数都是确定的，所以流经整个旋进漩涡质量流量计的质量流量只与流量计入口、出口之间的压差和漩涡进动频率的比值相关。

现有的旋进漩涡流量计是一种速度是流量计，只采集漩涡进动频率f，测量流体的体积流量，而不能测量流体的质量流量。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了旋进漩涡质量流量计，可测量被测流体的质量流量。

为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种旋进漩涡质量流量计，包括：

设置有第一取压口和第二取压口的测量管；

分别与所述第一取压口和第二取压口相连通的第一取压管和第二取压管，且两者连通处设有差压传感器；和漩涡进动频率采集器；

所述测量管的第一取压口和第二取压口之间具有变截面流道，其沿所述测量管的入口端至出口端的方向上依次分为收缩段、等截面段和扩张段，所述漩涡进动频率采集器位于所述变截面流道的等截面段后部；

与所述差压传感器和漩涡进动频率采集器相连，并根据两者的信号转换为质量流量。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，该旋进漩涡质量流量计位于所述收缩段中的起旋器的螺旋叶片的数量为4～6片。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，所述螺旋叶片的螺旋角为30°～60°。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，还包括设置在所述扩张段的消旋器。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，所述测量端的入口端的流道和出口端的流道均为等截面流道，所述第一取压口设置在所述入口端，所述第二取压口设置在所述出口端。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，所述第一取压口和第二取压口位于所述测量管的同侧。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，所述第一取压口设置在所述入口端的外端面距所述起旋器距离的1/2处，所述第二取压口设置在所述出口端的外端面距所述消旋器距离的1/2处。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，所述测量管的入口端和出口端均设置有连接法兰。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，所述第一取压口和第二取压口的中心线均与所述测量管的轴线相垂直。

优选的，上述旋进漩涡质量流量计中，所述第一取压口和第二取压口与所述测量管的流道相连通的端面处于同一平面内。

本实用新型提供的旋进漩涡质量流量计中，测量管的第一取压口和第二取压口之间具有变截面流道，该变截面流道自测量管的入口端至出口端的方向上依次分为收缩段、等截面段和扩张段，进入到测量管中的流体经过收缩段的加速，实现对流体的增速减压，经过等截面段后进入到扩张段进而实现对流体的减速和增压，经过上述变截面流道的漩涡流，产生了漩涡进动现象。当流体经过稳定的等截面段的后部时，漩涡进动频率采集器对旋涡进动频率进行采集，然后进入到扩张段。同时第一取压管和第二取压管中连通处的差压传感器对差压信号进行采集。本实用新型提供的旋进漩涡质量流量计中通过改变测量管的流道形状，实现了流体在经过流量计时产生明显的旋涡进动现象，进而使得整个流体的漩涡进动频率和差压更加明显，降低了对差压信号采集装置和漩涡进动频率信号采集装置的灵敏度要求，进而降低了差压信号采集装置和漩涡进动频率信号采集装置的成本，在实现旋进漩涡流量计质量流量测量的同时也降低了流量计的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的旋进漩涡质量流量计测量管的结构示意图。上图中：

测量管1、起旋器2、消旋器3、第一取压管4、第二取压管5、流量转换器6、漩涡进动频率采集器7、差压传感器8、法兰9、法兰10、入口端11、出口端12、入口端的流道13、收缩段14、等截面段15、扩张段16、出口端的流道17。

具体实施方式

为了引用和清楚起见，现在将本专利中涉及到的技术术语进行解释如下：

起旋器：使得管道中的流体产生漩涡流的一种装置。

消旋器：消除流体中的漩涡的一种装置；

收缩段：指的是流道从流体流入端到流出端的横截面积逐渐减小；

扩张段：指的是流道从流体流入端到流出端的横截面积逐渐增大；

等截面段：指的是流道的横截面积处处相等。

本实用新型提供了一种旋进漩涡质量流量计，通过对其测量管中流道形状的改变，进而使得流经该流道的漩涡进动频率和差压更加明显，进而降低了差压信号采集装置和漩涡进动频率信号采集装置灵敏度的要求，最终降低了旋进漩涡流量计的制造成本。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参考附图1，图1为本实施例提供的旋进漩涡质量流量计测量管的结构示意图。

本实用新型实施例提供的旋进漩涡质量流量计，包括：测量管1、第一取压管4、第二取压管5、差压传感器8、漩涡进动频率采集器7、起旋器2和流量转换器6；其中：

测量管1具有整个被测流体流经的通道，其上设置有第一取压口和第二取压口；

第一取压管4与第一取压口相连通，第二取压管5与第二取压口相连通，第一取压管4和第二取压管5相连通，差压传感器8设置在第一取压管4和第二取压管5的连通处，用于采集第一取压口和第二取压口的压力差；

起旋器2设置在测量管1的收缩段14的一侧，使得流体产生漩涡流后，进而产生漩涡进动现象，漩涡进动频率采集器7用于采集流体的漩涡进动频率；

上述测量管1中的第一取压口和第二取压口之间具有变截面流道，其沿测量管1的入口端11至出口端12的方向上依次分为收缩段14、等截面段15和扩张段16，漩涡进动频率采集器7位于变截面流道的等截面段15后部；

流量转换器6与差压传感器8和漩涡进动频率采集器7相连，并根据两者的信号，根据公式(5)转换为质量流量，并进行显示。

本实施例提供的旋进漩涡质量流量计的工作原理为：

当流体进入旋进漩涡流量计后，经起旋器2的作用，形成漩涡流，再经等截面段和扩张段的作用，产生了漩涡进动现象，旋涡进动频率与流速成正比。

根据旋进漩涡流量计的流量计算公式：

$q_v=\frac{f}{K_v}---\left(1\right)$

式中：q_v-体积流量，m³/s；

f-漩涡进动的频率，Hz；

K_v-旋进漩涡流量计的仪表系数，m^-3。

由式(1)可得：

$f=q_v{K}_v=\frac{\mathrm{\π}}{4}{D}^2{K}_{v}U---\left(2\right)$

式中：D-旋进漩涡流量计的公称通径，m；

U-流速，m/s。

根据旋进漩涡流量计的压力损失计算公式：

$\mathrm{\ΔP}=\frac{1}{2}{C}_D\mathrm{\ρ}{U}^2---\left(3\right)$

式中：ΔP-旋进漩涡流量计的压力损失，Pa；

C_D-阻力系数；

ρ-流体密度，kg/m³。

(3)式除以(2)，经整理可得质量流速ρU：

$\mathrm{\ρU}=\frac{\mathrm{\π}{D}^2{K}_v}{2C_D}\×\frac{\mathrm{\ΔP}}{f}---\left(4\right)$

(4)式乘以管道横截面积A就可以获得流经流量计流体的质量流量q_m：

$q_m=\mathrm{\ρUA}=\frac{{2A}^2{K}_v}{C_D}\frac{\mathrm{\ΔP}}{f}---\left(5\right)$

式中：q_m-流体流经流量计的质量流量，kg/s；

A-流量计入口的流通面积，m²。

从(5)式中可以看出，测量出流体旋涡进动的频率f和差压ΔP就可以实现质量流量的测量。

本实用新型实施例提供的旋进漩涡质量流量计的工作过程为：流体进入到测量管1中以后，经过起旋器2的作用，产生漩涡流。测量管1的第一取压口和第二取压口之间具有变截面流道，该变截面流道自测量管1的入口端11至出口端12的方向上依次分为收缩段14、等截面段15和扩张段16，进入到测量管中的流体经过收缩段的加速，实现对流体的增速减压，经过等截面段后进入到扩张段进而实现对流体的减速和增压，产生漩涡进动现象。由于上述变截面流道的作用，流体的漩涡进动现象更加明显，设置在等截面段的漩涡进动频率采集器对流体的漩涡进动频率进行采集，而第一取压管4和第二取压管5的连通处的差压传感器8对差压信号进行采集，当流量转换器6接收到差压传感器8和漩涡进动频率采集器7的信号后，根据上述公式(5)最终转换为流体的质量流量。

本实施例中提供的旋进漩涡质量流量计通过改变测量管1的流道形状，实现了流体经过流量计时产生更加明显的漩涡进动现象，进而使得整个流体的漩涡进动频率和压差更加明显，降低了对差压信号采集装置和漩涡进动频率信号采集装置的灵敏度要求，进而降低了差压信号采集装置和漩涡进动频率采集装置的成本，降低了旋进漩涡流量计的制造成本。

本实施例中提供的旋进漩涡质量流量计中，优选的，上述起旋器2位于测量管1中变截面流道的收缩段14中，该种设置使得流体经过起旋器2的作用后直接受到收缩段14的作用，实现了流体产生更为明显的漩涡进动现象。为了进一步优化上述技术方案，上述起旋器2的螺旋叶片数为4～6，优选的，上述螺旋叶片的螺旋角为30～60°。为了更进一步优化上述技术方案，上述螺旋叶片的螺旋角可调，螺旋叶片的数量可调，通过调节螺旋叶片的数量和螺旋角度从而实现仪表系数K_v和差压ΔP，从而可以改变整个流量计的量程范围。在实际的设计过程中，设计人员可以根据不同种类的流体介质选择合适类型的起旋器。

为了进一步优化上述技术方案，上述测量管1的变截面流道的扩张段16中还设置有消旋器3，通过消旋器3实现流体更平稳地经过第二取压口，最终实现更为准确、稳定的差压信号获取。

请参考附图1，上述实施例中提供的旋进漩涡质量流量计中，测量管1的入口端11的流道13和出口端12的流道17均为等截面流道，第一取压口设置在入口端，第二取压口设置在出口端。上述第一取压口和第二取压口均位于测量管1的同侧，该种结构使得第一取压管4和第二取压管5可以布置在测量管1的一侧，方便了取压管的布管和维修。上述测量管1的入口端11和出口端12均为等截面流道，流体流经该部位时运动比较平稳，降低了差压信号的波动性。优选的，上述第一取压口设置在入口端11的外端面距所述起旋器2距离的1/2处，所述第二取压口设置在所述出口端12的外端面距所述消旋器3距离的1/2处。

为了进一步优化上述技术方案，上述第一取压口和第二取压口的中心线均与测量管1的轴线相垂直。更为优选的，上述第一取压口和第二取压口与所述测量管1的流道相连通的端面处于同一平面内，该种结构实现在采集压力信号时，第一取压口和第二取压口获取的是位于测量管1中同一高度的流体压力信号，提高了差压信号获取的准确性。

为了方便本实施例提供的旋进涡流质量流量计在测量的过程中与流体管道的连接，上述旋进涡流质量流量计中，测量管1的入口端11设置有法兰9，出口端12设置有法兰10。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种旋进漩涡质量流量计，包括：

设置有第一取压口和第二取压口的测量管(1)；分别与所述第一取压口和第二取压口相连通的第一取压管(4)和第二取压管(5)，且两者连通处设有差压传感器(8)；和漩涡进动频率采集器(7)；

其特征在于，所述测量管(1)的第一取压口和第二取压口之间具有变截面流道，其沿所述测量管(1)的入口端(11)至出口端(12)的方向上依次分为收缩段(14)、等截面段(15)和扩张段(16)，所述漩涡进动频率采集器(7)位于所述变截面流道的等截面段(15)后部；

与所述差压传感器(8)和漩涡进动频率采集器(7)相连，并根据两者的信号转换为质量流量。

2.根据权利要求1所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，该旋进漩涡质量流量计位于所述收缩段(14)中的起旋器(2)的螺旋叶片的数量为4～6片。

3.根据权利要求2所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，所述螺旋叶片的螺旋角为30°～60°。

4.根据权利要求2-3中任意一项所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，还包括设置在所述扩张段(16)的消旋器(3)。

5.根据权利要求4所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，所述测量端的入口端(11)的流道(13)和出口端(12)的流道(17)均为等截面流道，所述第一取压口设置在所述入口端(11)，所述第二取压口设置在所述出口端(12)。

6.根据权利要求5所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，所述第一取压口和第二取压口位于所述测量管(1)的同侧。

7.根据权利要求6所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，所述第一取压口设置在所述入口端(11)的外端面距所述起旋器(2)距离的1/2处，所述第二取压口设置在所述出口端(12)的外端面距所述消旋器(3)距离的1/2处。

8.根据权利要求7所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，所述测量管(1)的入口端(11)和出口端(12)均设置有连接法兰。

9.根据权利要求1所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，所述第一取压口和第二取压口的中心线均与所述测量管(1)的轴线相垂直。

10.根据权利要求9所述的旋进漩涡质量流量计，其特征在于，所述第一取压口和第二取压口与所述测量管(1)的流道相连通的端面处于同一平面内。

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