CN203732104U - 一种用于高温高压气体流量检测的层流管 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于高温高压气体流量检测的层流管，与现有技术相比解决了无法对高温、高压特殊工况环境进行气体流量检测的缺陷。本实用新型包括壳体、层流芯和挡圈，壳体内设有限位凸台，层流芯安装在壳体内，挡圈抵在壳体与层流芯的进气端之间并将层流芯的出气端顶在限位凸台上；所述的层流芯将壳体分隔为进气室和出气室，进气室上部设有与进气室相通的进气测量口，出气室上部设有与出气室相通的出气测量口；所述的层流芯上设有贯穿进气端和出气端的导流管，导流管的数量大于3个，导流管的半径与长度的比例为1：20。本实用新型可以实现高温高压特殊工况环境下的气体流量检测，可以用于高温高压工况下的火焰气体流量的精确测定。
Description
技术领域
本实用新型涉及流量检测设备技术领域，具体来说是一种用于高温高压气体流量检测的层流管。
背景技术
目前航空航天的燃气燃料流速检测、半导体行业的配气、汽车及内燃机行业、发动机进气流量测量、增压器进气流量测量、风机进气流量测量、发动机排放测量等领域中都需要使用层流管进行测量，其主要测量空气流量、校正微小流量计（差压检漏仪、流量检漏仪）标定设备，也可以用于计量部门的流量检测、实验室的流量检测实验及微小流量分析检测。但目前国外只有少数国家如法国的ATQE公司、日本的COSMO公司能够生产常温、常压的层流管和层流流量计，并且作为技术秘密不对外公开。而对于雷诺数小于2300，温度高于2000℃，相对压力大于50MPa工况下的流量检测，特别是针对航空航天的燃气发动机、高温火焰、大型燃气轮机和燃气锅炉的高温、高压气体流量检测则均无法完成。如何开发出一种可以用于高温、高压气体流量检测的层流管已经成为急需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术中无法对高温、高压特殊工况环境进行气体流量检测的缺陷，提供一种用于高温高压气体流量检测的层流管来解决上述问题。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种用于高温高压气体流量检测的层流管，包括壳体、层流芯和挡圈，壳体内设有限位凸台，层流芯安装在壳体内，挡圈抵在壳体与层流芯的进气端之间并将层流芯的出气端顶在限位凸台上；所述的层流芯将壳体分隔为进气室和出气室，进气室上部设有与进气室相通的进气测量口，出气室上部设有与出气室相通的出气测量口；所述的层流芯上设有贯穿进气端和出气端的导流管，导流管的数量大于3个，导流管的半径与长度的比例为1：20。
所述的导流管的数量为199个。
所述的壳体、层流芯和挡圈的材质均为钨铜合金。
所述的导流管的半径为1毫米、长度为40毫米。
有益效果
本实用新型的一种用于高温高压气体流量检测的层流管，与现有技术相比可以实现高温高压特殊工况环境下的气体流量检测，可以用于高温高压工况下的火焰气体流量的精确测定。通过层流管半径与长度的比例为1：20的设计，可以保证气体进入层流管内会形成稳流。在使用时接上差压变送器，由于差压变送器的ΔP与流量Q呈线性关系，且在测差压ΔP时起到阻尼元件的作用，可以不用稳压箱直接测出脉动气体的平均流量。还具有量程宽、性能稳定、测量精度高、压力损失小、响应时间短、结构简单和使用方便等优点，特别适合在内燃机、真空泵等存在脉动气流而需测定其吸入空气流量的场合。
附图说明
图1为本实用新型的剖面主视图
图2为本实用新型中层流芯的结构示意图
图3为本实用新型的使用示意图
其中，1-壳体、2-层流芯、3-挡圈、4-差压变送器、11-进气室、12-出气室、13-进气测量口、14-出气测量口、15-限位凸台、21-导流管、22-进气端、23-出气端。
具体实施方式
为使对本实用新型的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：
如图1所示，本实用新型所述的一种用于高温高压气体流量检测的层流管，包括壳体1、层流芯2和挡圈3，壳体1内设有限位凸台15，限位凸台15用于安装层流芯2时限定层流芯2的出气端23位置。层流芯2与壳体1之间轻度过盈配合，层流芯2安装在壳体1内。挡圈3抵在壳体1与层流芯2的进气端22之间并将层流芯2的出气端23顶在限位凸台15上，层流芯2在壳体1内其出气端23直接被限位凸台15所限制，其进气端22与壳体1之间还存在小范围的空隙，则通过挡圈3抵在壳体1与进气端之间，从而将层流芯2固定安装在壳体1内。安装在壳体1内的层流芯2，将壳体1分隔为进气室11和出气室12，进气室11用于进气，出气室2用于出气。进气室11和出气室12可以设计为螺纹结构，春螺纹规格为M55×2，可以方便进气接管和出气接管，或为喇叭状进口作为进气收集件。进气室11上部设有与进气室11相通的进气测量口13，进气测量口13用于使用时外接差压变送器4。出气室12上部设有与出气室12相通的出气测量口14，出气测量口14也同样用于使用时外接差压变送器4。进气测量口13和出气测量口14可以设计为两个螺纹孔，螺纹规格为G1/8，更方便接差压变送器4的两端。
如图2所示，层流芯2上设有贯穿进气端22和出气端23的导流管21，导流管21的数量大于3个，只有保证最少为3个导流管，才能形成层流芯2的稳流。导流管21的半径与长度的比例为1：20，也只有达到这个比例，才可以保证形成稳流。最好可以将导流管21的数量设置为199个，导流管21的半径为1毫米、长度为40毫米。在导流管21的半径为1毫米、长度为40毫米的情况下，单根导流管的计算公式为：
；
R为导流管半径、L为导流管长度，单位采用SI制；ΔP为进气与出气两端的压力差，简称差压。即ΔP=P2-P1,单位为Pa,；μ为气体粘度系数，单位为Pa·s，Q为流量，单位为m3/s。
通过上述的公式和数据，单根导流管在标准状态下，ΔP=600Pa，通入空气，此时的层流流量为Q=3.25×10-4 m3/s,换算成工程单位为19.5L/min。
当层流芯2的导流管21的数量n=199根时，其计算公式为
；
R为导流管半径、L为导流管长度，单位采用SI制。 其层流流量为Q=6.45×10-1 m3/s,换算成工程单位为3880L/min。
对于特殊工况下使用高温高压层流管，温度为T，压力为P，以公式进行修正，修正系数为f(T,P),修正系数是f(T,P)是温度T，压力P的函数，可由实验来确定。特殊工况的流量计算公式为：
通过计算可以得知，导流管21的数量设置为199个，导流管21的半径为1毫米、长度为40毫米时，其测试和使用效果最佳。还可以将壳体1、层流芯2和挡圈3的材质采用钨铜合金，材料的牌号为WCu7，这样耐高温效果更好，可以耐高温3000℃以上，并且原料容易取得，工艺成熟而简单。
在制作时，先设计制造三副粉末冶金注射模具，分别是壳体1、层流芯2和挡圈3的模具。注射用的原料是93%的球磨钨粉和7%的纯铜粉通过搅拌机搅拌均匀，用高压注射机，原料加热到165℃注射到粉末冶金注射模具内，注射压力为65MPa。注射成型的零件经过冷却后脱模，放置在高温真空电炉进行真空烧结，加热温度为2300℃，加热时间为3小时，电炉内的真空度为1.3×10-3Pa。烧结好的壳体1、层流芯2和挡圈3三个零件进行装配，在组装时，层流芯2通过轻度的过盈配合压入壳体1。壳体1中的限位凸台15使得层流芯2的出气端23与限位凸台15的限位面贴合，然后将挡圈3直径压缩推入壳体1的进气端22与壳体1之间已进行固定。
在实际使用时，如图3所示，在壳体1的进气测量口13和出气测量口14上接上差压变送器4。壳体1的进气室11的进气端22接上气源或需要测量的高温高压气体处，出气室12的出气端23接上标准流量计，标定结果的单位是(L/min)/Pa。当进气端22有气源进入时，经过层流芯2上的导流管21，由于导流管21的半径与长度的比例为1：20且数量为3个以上，导流管21中的气体已经形成稳流，再通过差压变送器4和出气端23上的标准流量计测得流量，检测结果更准确。由于差压变送器4的ΔP与流量Q呈线性关系，且在测压差ΔP时起到阻尼元件的作用，可以不用稳压箱直接测出脉动气体的平均流量。在内燃机、真空泵等存在脉动气流而需测定其吸入空气流量的场合，其优点尤为显著，适用于各种气体流量的测量。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型的范围内。本实用新型要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (4)
1.一种用于高温高压气体流量检测的层流管，其特征在于：包括壳体（1）、层流芯（2）和挡圈（3），壳体（1）内设有限位凸台（15），层流芯（2）安装在壳体（1）内，挡圈（3）抵在壳体（1）与层流芯（2）的进气端（22）之间并将层流芯（2）的出气端（23）顶在限位凸台（15）上；所述的层流芯（2）将壳体（1）分隔为进气室（11）和出气室（12），进气室（11）上部设有与进气室（11）相通的进气测量口（13），出气室（12）上部设有与出气室（12）相通的出气测量口（14）；所述的层流芯（2）上设有贯穿进气端（22）和出气端（23）的导流管（21），导流管（21）的数量大于3个，导流管（21）的半径与长度的比例为1：20。
2.根据权利要求1所述的一种用于高温高压气体流量检测的层流管，其特征在于：所述的导流管（21）的数量为199个。
3.根据权利要求1所述的一种用于高温高压气体流量检测的层流管，其特征在于：所述的壳体（1）、层流芯（2）和挡圈（3）的材质均为钨铜合金。
4.根据权利要求1所述的一种用于高温高压气体流量检测的层流管，其特征在于：所述的导流管（21）的半径为1毫米、长度为40毫米。
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