CN206725022U - 文丘里管流量计及流量计组件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种文丘里管流量计及流量计组件，涉及气液两相流体流量测量技术领域，以缓解现有的流量计在使用过程中，由于入口段和喉管段的面积比值无法调节，从而导致测量范围小的技术问题。本实用新型所述的文丘里管流量计，包括：依次连通的入口段、收缩段、喉管段和扩张段，入口段、收缩段、喉管段和扩张段的横截面均为矩形，且入口段、收缩段、喉管段和扩张段均包括上部分和下部分；上部分的外侧壁和下部分的内侧壁贴合设置，且上部分和下部分滑动配合，用于改变入口段和喉管段的横截面积；入口段和喉管段均与差压变送器连通。本实用新型主要应用于气液两相流体流量的测量过程中。

Description

文丘里管流量计及流量计组件

技术领域

本实用新型涉及气液两相流体流量测量技术领域，具体而言，涉及一种文丘里管流量计及流量计组件。

背景技术

气液两相流是指管道内流动的流体有两个不同的相，分别是气相和液相，气体或液体单独流动时流动规律基本相同，都遵从流体的连续性方程和伯努利方程，但是当它们共同存在并同时流动时，由于两相流体的介质特性存在较大的差异，使得气液两相的流动与单相流相比更为复杂，近几十年来，随着石油天然气工程、化学工程、冶金工程、核反应工程、航空航天工程等领域的迅速发展，对气液两相流流量的测量技术的要求也越来越高。

现有技术中对气液两相流的测量方法主要包括两种：分离法和非分离法，传统的分离法通常用于计量站，设备庞大，成本高，因此实际应用中主要使用非分离法，非分离法是指不需要对两相流进行任何程度的分离，由测量系统直接测量两相流量，其中，差压式节流装置是工业界及学术界公认的在两相流的各种流态下都能稳定工作的一种节流装置，是非分离测量装置的首选。差压式节流装置一般采用文丘里管，根据文丘里效应，利用入口段和喉管段的压差计算出流体的流量，然而差压式节流装置作为单相仪表用于两相流测量时，由于液相的引入而存在读数的虚高现象，为了克服虚高现象带来的误差，可在文丘里管的收缩段和喉管段上分别环形设置多个流体出口，并在多个流体出口外套设环形气室，通过压差变送器连通两个环形气室，即可测出收缩段和喉管段的压力差值，进而计算出气液两相流的流量。

然而，本申请发明人发现，文丘里管的流量测量范围与入口段和喉管段的面积比值密切相关，该面积比值一旦确定，文丘里管的测量范围也随之确定，然而在实践中，待测量的气液两相流体在其生命周期内，流量往往会发生很大变化(例如海上钻井平台、石油油井等)，或者需要利用一台流量计测量不同管路中的两相流流量，使用现有技术中的流量计均无法满足上述要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种文丘里管流量计及流量计组件，以缓解现有的流量计在使用过程中，由于入口段和喉管段的面积比值无法调节，从而导致测量范围小的技术问题。

本实用新型提供一种文丘里管流量计，包括：依次连通的入口段、收缩段、喉管段和扩张段，所述入口段、所述收缩段、所述喉管段和所述扩张段的横截面均为矩形，且所述入口段、所述收缩段、所述喉管段和所述扩张段均包括上部分和下部分；所述上部分的外侧壁和所述下部分的内侧壁贴合设置，且所述上部分和所述下部分滑动配合，用于改变所述入口段和所述喉管段的横截面积；所述入口段和所述喉管段均与差压变送器连通。

实际应用时，所述上部分的所述外侧壁上设置有凸起，所述下部分的所述内侧壁上与所述凸起匹配设置有导向槽；所述导向槽沿流体流动方向垂直设置。

其中，所述入口段和所述喉管段均设置有流体出口，且所述入口段和所述喉管段外分别套设有第一环形测压腔和第二环形测压腔，所述入口段的所述流体出口与所述第一环形测压腔连通，所述喉管段的所述流体出口与所述第二环形测压腔连通；所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔包括与所述上部分连接的第一部分和与所述下部分连接的第二部分；所述第一部分插入所述第二部分中；所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔分别与所述差压变送器连通。

具体地，所述入口段的所述流体出口和所述喉管段上的所述流体出口均为多个，且多个所述流体出口位于同一竖直平面内。

进一步地，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔的顶端均设置有测压口，所述测压口均与所述差压变送器连通，且所述测压口与多个所述流体出口所在的平面之间留有距离。

其中，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔的底部均设置有排污口。

实际应用时，所述入口段的前端和所述扩张段的后端均连接有转换软管，用于过渡连接待测试管路及所述入口段和所述扩张段。

相对于现有技术，本实用新型提供的文丘里管流量计具有以下优势：

本实用新型提供的文丘里管流量计中，由于入口段、收缩段、喉管段和扩张段均包括上部分和下部分，且入口段、收缩段、喉管段和扩张段的横截面均为矩形，因此在上部分和下部分滑动配合的过程中，上部分的外侧壁和下部分的内侧壁能够紧密贴合，保证流体不会从上部分和下部分的连接处溢出，通过改变上部分伸入下部分中的深度，同时改变入口段和喉管段的横截面积，设入口段的和喉管段在初始状态下分别为边长为D和d的正方形，上部分伸入下部分的距离为x，则入口段和喉管段的面积比值随x变化的函数为：

该函数的函数图像如图1所示，即在(0，d)区间内，入口段和喉管段的面积比值随x的增大而增大，因此通过改变上部分伸入下部分的距离，能够改变入口段和喉管段的面积比值，同时将入口段和喉管段分别与差压变送器连通，设入口段内流体的平均压力和入口段横截面积分别为p₁、S₁，喉管段内流体的平均压力和横截面积分别为p₂、S₂，气液两相流体的密度为ρ，流量用Q表示，根据文丘里管流量计算公式：

在S₁、S₂均确定的情况下，根据差压变送器测得入口段和喉管段的压力差即可测出流体的流量，因此使用本实用新型提供的文丘里管流量计，能够缓解现有的流量计在使用过程中，由于入口段和喉管段的面积比值无法调节，从而导致测量范围小的技术问题。

本实用新型还提供一种流量计组件，包括本实用新型提供的文丘里管流量计，所述上部分和所述下部分上相对设置有拉环，所述拉环通过皮带与电机连接。

实际应用时，本实用新型提供的流量计组件还包括：分别与所述上部分和所述下部分相抵接的多组弹簧；且所述弹簧两两相对设置。。

其中，所述上部分的所述外侧壁和所述下部分的所述内侧壁上匹配设置有光电传感器，所述光电传感器和控制器电连接，所述控制器和所述电机电连接。

所述流量计组件与上述文丘里管流量计相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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为入口段和喉管段的面积比值随上部分伸入下部分的距离变化的函数图像；

图2为本实施例提供的文丘里管流量计组件的结构示意图；

图3为图1中A－A方向剖视图；

图4为图1中B部分局部放大图；

图5为本实施例提供的文丘里管流量计的俯视结构示意图；

图6为本实施例提供的文丘里管流量计接入待检测管路的配合示意图。

图标：10－上部分；11－凸起；20－下部分；21－导向槽；30－差压变送器；40－流体出口；41－第一环形测压腔；42－第二环形测压腔；43－第一部分；44－第二部分；45－测压口；46－排污口；50－转换软管；60－拉环；61－皮带；62－电机；70－弹簧。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1为入口段和喉管段的面积比值随上部分伸入下部分的距离变化的函数图像；图2为本实施例提供的文丘里管流量计组件的结构示意图；图3为图1中A－A方向剖视图；图4为图1中B部分局部放大图；图5为本实施例提供的文丘里管流量计的俯视结构示意图；图6为本实施例提供的文丘里管流量计接入待检测管路的配合示意图。

本实用新型实施例提供一种文丘里管流量计，如图2所示，包括：依次连通的入口段、收缩段、喉管段和扩张段，入口段、收缩段、喉管段和扩张段的横截面均为矩形，且入口段、收缩段、喉管段和扩张段均包括上部分10和下部分20；上部分10的外侧壁和下部分20的内侧壁贴合设置，且上部分10和下部分20滑动配合，用于改变入口段和喉管段的横截面积；入口段和喉管段均与差压变送器30连通。

相对于现有技术，本实用新型实施例提供的文丘里管流量计具有以下优势：

本实用新型实施例提供的文丘里管流量计中，由于入口段、收缩段、喉管段和扩张段均包括上部分10和下部分20，且入口段、收缩段、喉管段和扩张段的横截面均为矩形，因此在上部分10和下部分20滑动配合的过程中，上部分10的外侧壁和下部分20的内侧壁能够紧密贴合，保证流体不会从上部分10和下部分20的连接处溢出，通过改变上部分10伸入下部分20中的深度，同时改变入口段和喉管段的横截面积，设入口段的和喉管段在初始状态下分别为边长为D和d的正方形，上部分10伸入下部分20的距离为x，则入口段和喉管段的面积比值(y)随x变化的函数为：

该函数的函数图像如图1所示，即在(0，d)区间内，入口段和喉管段的面积比值随x的增大而增大，因此通过改变上部分10伸入下部分20的距离，能够改变入口段和喉管段的面积比值，同时将入口段和喉管段分别与差压变送器30连通，设入口段内流体的平均压力和入口段横截面积分别为p₁、S₁，喉管段内流体的平均压力和横截面积分别为p₂、S₂，气液两相流体的密度为ρ，流量用Q表示，根据文丘里管流量计算公式：

在S₁、S₂均确定的情况下，根据差压变送器30测得入口段和喉管段的压力差即可测出流体的流量，因此使用本实用新型实施例提供的文丘里管流量计，能够缓解现有的流量计在使用过程中，由于入口段和喉管段的面积比值无法调节，从而导致测量范围小的技术问题。

实际应用时，为了确保上部分10和下部分20平稳匹配，如图5所示，上部分10的外侧壁上设置有凸起11，下部分20的内侧壁上与凸起11匹配设置有导向槽21；导向槽21沿流体流动方向垂直设置，在实际应用中，需要将本实施例提供的文丘里管流量计接入待检测的管路中，在使用过程中，两端的待检测管路之间的距离确定，因此上部分10和下部分20在滑动的过程中，需要保证上部分10和下部分20的总长度不变，因此通过凸起11和导向槽21将上部分10的运动轨迹限制在与流体流动方向垂直的方向上，使上部分10和下部分20在滑动配合的过程中，只能够在同一方向上运动。

其中，为了降低虚高现象引起的误差，如图2－图4所示，入口段和喉管段均设置有流体出口40，且入口段和喉管段外分别套设有第一环形测压腔41和第二环形测压腔42，入口段的流体出口40与第一环形测压腔41连通，喉管段的流体出口40与第二环形测压腔42连通；第一环形测压腔41和第二环形测压腔42包括与上部分10连接的第一部分43和与下部分20连接的第二部分44；第一部分43插入第二部分44中；第一环形测压腔41和第二环形测压腔42分别与差压变送器30连通，当气液两相流体从流体出口40处射入第一环形测压腔41或第二环形测压腔42后，随着环境参数改变(第一环形测压腔41以及第二环形测压腔42内的气液比例与入口段或喉管段内不同)，气液分离，从而缓解了液相流体对差压变送器30带来的读数虚高现象。

具体地，为了加快第一环形测压腔41和第二环形测压腔42内的气液动态平衡过程，如图3所示，入口段的流体出口40和喉管段上的流体出口40均为多个，且多个流体出口40位于同一竖直平面内，采用此种设置，通过多个流体出口40同时将气液两相流体射入第一环形测压腔41和第二环形测压腔42内，能够提高气液隔离效率，进而提高气液两相流体中压力测量信息稳定性。。

进一步地，为了进一步降低液相对测压结果的干扰，如图4所示，第一环形测压腔41和第二环形测压腔42的顶端均设置有测压口45，测压口45均与差压变送器30连通，且测压口45与多个流体出口40所在的平面之间留有距离，采用此种设置，能够降低气液两相流体从流体出口40射出时，直接射入测压口45中的几率，从而进一步降低液相的引入对测压结果的干扰，使测量结果更准确。

其中，为了在测量结束后及时将第一环形测压腔41和第二环形测压腔42内的流体排出，如图4所示，第一环形测压腔41和第二环形测压腔42的底部均设置有排污口46，在测量过程中，由于管路内的流体会由流体出口40射出，并遗留在第一环形测压腔41和第二环形测压腔42的腔室内，长期使用后，第一环形测压腔41和第二环形测压腔42的腔室内遗留有大量的流体，会严重干扰测量结果的准确性，为了缓解这一情况，在第一环形测压腔41和第二环形测压腔42的底部分别设置排污口46，排污口46处设置有电磁阀，在一次测量过程结束后，电磁阀开启，将第一环形测压腔41和第二环形测压腔42的腔室内的流体排出，从而降低对下次测量结果的干扰。

实际应用时，为了使本实施例提供的文丘里管流量计与待检测的管路配合更紧密，如图6所示，入口段的前端和扩张段的后端均连接有转换软管50，用于过渡连接待测试管路及入口段和扩张段，由于本实施例提供的文丘里管流量计的横截面均为矩形(即方管)，而一般流体的输送管路均为圆管，为了使方管和圆管紧密配合，在方管和圆管之间设置转换软管50，转换软管50一端与待检测管路连接，另一端与入口段或扩张段连接，从而使方管和圆管之间实现平滑过渡。

此处需要补充说明的是，转换软管50的材质可以为橡胶等具有延展性与弹性的材料。

本实用新型还提供一种流量计组件，如图2所示，包括本实用新型实施例提供的文丘里管流量计，上部分10和下部分20上相对设置有拉环60，拉环60通过皮带61与电机62连接，通过电机62转动带动皮带61，进而拉动拉环60，实现将上部分10从下部分20中拉出。

实际应用时，如图2所示，本实用新型实施例提供的流量计组件还包括：分别与上部分10和下部分20相抵接的多组弹簧70；且弹簧70两两相对设置，弹簧70抵设在上部分10和下部分20上，为上部分10伸入下部分20中提供动力，同时通过弹簧70与电机62配合，能够实现上部分10向下部分20方向的往复滑动。

其中，为了对上部分10伸入下部分20中的距离的控制，上部分10的外侧壁和下部分20的内侧壁上匹配设置有光电传感器，光电传感器和控制器电连接，控制器和电机62电连接，光电传感器分为发射器和接收器，发射器和接收器分别设置在上部分10和下部分20中，且发射器和接收器的方向和导向槽21平行，通过发射器和接收器重合的长度，判断上部分10伸入下部分20中的距离，进而确定入口段和喉管段的横截面积的比值。

所述流量计组件与上述文丘里管流量计相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种文丘里管流量计，包括：依次连通的入口段、收缩段、喉管段和扩张段，其特征在于，所述入口段、所述收缩段、所述喉管段和所述扩张段的横截面均为矩形，且所述入口段、所述收缩段、所述喉管段和所述扩张段均包括上部分和下部分；

所述上部分的外侧壁和所述下部分的内侧壁贴合设置，且所述上部分和所述下部分滑动配合，用于改变所述入口段和所述喉管段的横截面积；

所述入口段和所述喉管段均与差压变送器连通。

2.根据权利要求1所述的文丘里管流量计，其特征在于，所述上部分的所述外侧壁上设置有凸起，所述下部分的所述内侧壁上与所述凸起匹配设置有导向槽；

所述导向槽沿流体流动方向垂直设置。

3.根据权利要求1所述的文丘里管流量计，其特征在于，所述入口段和所述喉管段均设置有流体出口，且所述入口段和所述喉管段外分别套设有第一环形测压腔和第二环形测压腔，所述入口段的所述流体出口与所述第一环形测压腔连通，所述喉管段的所述流体出口与所述第二环形测压腔连通；

所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔包括与所述上部分连接的第一部分和与所述下部分连接的第二部分；所述第一部分插入所述第二部分中；

所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔分别与所述差压变送器连通。

4.根据权利要求3所述的文丘里管流量计，其特征在于，所述入口段的所述流体出口和所述喉管段上的所述流体出口均为多个，且多个所述流体出口位于同一竖直平面内。

5.根据权利要求4所述的文丘里管流量计，其特征在于，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔的顶端均设置有测压口，所述测压口均与所述差压变送器连通，且所述测压口与多个所述流体出口所在的平面之间留有距离。

6.根据权利要求5所述的文丘里管流量计，其特征在于，所述第一环形测压腔和所述第二环形测压腔的底部均设置有排污口。

7.根据权利要求1所述的文丘里管流量计，其特征在于，所述入口段的前端和所述扩张段的后端均连接有转换软管，用于过渡连接待测试管路及所述入口段和所述扩张段。

8.一种流量计组件，其特征在于，包括如上述权利要求1－7中任一项所述的文丘里管流量计，所述上部分和所述下部分上相对设置有拉环，所述拉环通过皮带与电机连接。

9.根据权利要求8所述的流量计组件，其特征在于，还包括：分别与所述上部分和所述下部分相抵接的多组弹簧；且所述弹簧两两相对设置。

10.根据权利要求9所述的流量计组件，其特征在于，所述上部分的所述外侧壁和所述下部分的所述内侧壁上匹配设置有光电传感器，所述光电传感器和控制器电连接，所述控制器和所述电机电连接。