CN206945063U - 一种用于两相流检测的长喉颈文丘里管及检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于两相流检测的长喉颈文丘里管，其整体为一个长喉颈文丘里管,由前至后分为前直管段、收缩管段、长喉颈段、扩张管段和后直管段；在前直管段上开有第一取压孔，在长喉颈段上开有第二取压孔；长喉颈段的管体中段为双层管壁，分别为不锈钢管外壁和石英玻璃管内壁，在外壁上开有4个圆形窗口。本实用新型在已有文丘里管差压流量计的基础上进行优化设计，通过合理的结构设计，充分发挥了文丘里管与近红外光谱技术在各自测量方式上的优势，使两种测量手段在结合方式上更加合理有效，实现了基于文丘里管的两相流流量不分离测量的目的，解决了文丘里管测量两相流流量时流型识别的问题。

Description

一种用于两相流检测的长喉颈文丘里管及检测装置

技术领域

本新型属于气液两相流检测设备，具体的说本实用新型涉及一种用于两相流检测的长喉颈文丘里管及检测装置。

背景技术

两相流动比单相流动要复杂得多，这与两相的分布状况和流动型态有关。同样的相含率下两相分布状态不同,其流体力学特性和传热传质特性也会不同,而且在同一两相流系统中两相的相界面和相分布是随着流动过程不断随机变化的,这使得两相流动特性更加复杂多变，因此两相流的流动型态严重影响到对两相流的测量。

差压式流量计是两相流测量中应用最为广泛的流量计之一，是目前公认的在两相流动各流型下都能稳定的工作的一种流量计。它以分相或是均相模型为基础，建立流量与压力降的关系。其中研究历史最长的为节流式差压流量计，差压式的方法基本都见于节流式流量计。该流量计具有安装方便，工作可靠等优点，并在多年的研究过程中，形成了成熟的国际标准，目前很多厂家推出的多相流测量系统中都含有差压流量计。广泛应用的节流式差压流量计有孔板、文丘里管以及V锥流量计。

流体流经管道内的孔板节流装置，在孔板附近造成局部收缩，节流件前后便产生了压力降，即差压，差压信号与流量大小有关。在孔板流量计的设计上面有过许多改进，日本SONIC公司设计开发了一种在流量计算机上就可以对量程比的范围进行选择的孔板流量计，与传统孔板流量计相比，对测量范围进行了扩展；新研究的新型智能孔板流量计，将温度和压力信号直接送入现场流量计算机之中，根据流量变化而对温度和压力自动作出补偿。

北京航空航天大学的徐立军利用长喉颈文丘里管提出基于分相流模型的湿气测量模型；天津大学的张强等利用长喉径文丘里管用于气液两相流测量，建立了双差压湿气流量测量模型。利用一种节流装置配合其他传感器进行组合测量的方法也得到了大量的研究，黄志尧等采用文丘里管结合电容层析成像技术对油气两相流进行有效测量；徐英等利用内锥和文丘里组合的方式提出了湿气测量虚高模型。

基于文丘里管测量单相流量或均相流量的研究已较成熟，结合其他测量手段的组合测量方式的可行性也得到了论证。但由于两相流系统的流动状态非常复杂，其流量在瞬时并非一较稳定的值，流量测量非常依赖流型的识别，测量模型的建立也要建立在流型识别的基础上。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种用于两相流检测的长喉颈文丘里管及基于这种长喉颈文丘里管的两相流检测装置，以解决利用文丘里管测量两相流流量时的流型识别问题。

本实用新型的目的之一是这样实现的：

一种用于两相流检测的长喉颈文丘里管，其整体为一个长喉颈文丘里管,所述文丘里管由前至后分为前直管段、收缩管段、长喉颈段、扩张管段和后直管段；在前直管段上距离收缩管段入口0.5D的位置开有第一取压孔，在长喉颈段上距离收缩管段出口0.5d的位置上开有第二取压孔；所述D为前直管段与后直管段的内径，所述d为长喉颈段的内径；

长喉颈段的管体分为前段不锈钢管、中段嵌套管和后段不锈钢管，所述中段嵌套管为双层结构，分别为密封接触的不锈钢管外壁和石英玻璃管内壁，在不锈钢管外壁上开设有4个距离收缩管段出口2d距离的圆形窗口，4个圆形窗口两两相对并呈十字型分布。

所述的用于两相流检测的长喉颈文丘里管，节流比0.4≤d/D≤0.7；前直管段长度为L₁，后直管段长度为L₂，长喉颈段长度为l，L₁≥1.5D，L₂≥D，l=4d；收缩管段锥角为α，扩张管段锥角为β；35°≤α≤45°，15°≤β≤25°。

本实用新型的目的之二是这样实现的：

基于所述长喉颈文丘里管的两相流检测装置，所述长喉颈文丘里管的第一取压孔和第二取压孔与差压变送器相连，所述长喉颈文丘里管的圆形窗口与近红外探测器相连，所述近红外探测器有两组近红外发射探头和接收探头并各布置于一组相对的圆形窗口上。

本实用新型在已有文丘里管差压流量计的基础上进行优化设计。同时，通过合理的结构设计，充分发挥了文丘里管与近红外光谱技术在各自测量方式上的优势，使两种测量手段在结合方式上更加合理有效，解决了基于文丘里管的两相流流量不分离测量。通过基于文丘里管的差压测量与基于近红外光谱的相含率测量相结合的组合测量方式，通过近红外光谱技术识别两相流流型并估算两相流分相含率，为文丘里管测量分相流量并建立不同流型下的流量测量模型提供保障，解决了文丘里管测量两相流流量时流型识别的问题。

附图说明

图1是长喉颈文丘里管的整体结构图。

图2是长喉颈文丘里管的半剖分解结构示意图。

图3是长喉颈文丘里管的整体剖面结构及各段结构尺寸比例图。

图4是两相流检测装置差压与近红外测量探头布置形式示意图。

图中：1、前直管段，2、收缩管段，3、长喉颈段，4、扩张管段，5、后直管段，6、石英玻璃管内壁6，7、第一取压孔，8、第二取压孔，9、不锈钢管外壁9，10、圆形窗口，11、发射探头，12、接收探头。

具体实施方式

实施例1 可用于两相流检测的长喉颈文丘里管

如图1、图2、图3所示，本新型从管体形状来看，前后分为五段，分别为前直管段1、收缩管段2（其锥角为α，35°≤α≤45°）、长喉颈段3、扩张管段4（其锥角为β，15°≤β≤25°）和后直管段5；其中，在前直管段（其内径为D）上设置有第一取压孔7，第一取压孔7与收缩管段入口的距离为0.5D，在长喉颈段（其内径为d）上开设有第二取压孔8，第二取压孔8与收缩管段出口的距离为0.5d。

其中，长喉颈段3的管体可分为前段不锈钢管、中段嵌套管和后段不锈钢管，中段嵌套管是双层结构，外层为不锈钢管外壁9，内层为石英玻璃管内壁6，石英玻璃管内壁6的内径为d，且石英玻璃管内壁6的外径与不锈钢管外壁9的内径相等，两者之间密封接触，并且，不锈钢管外壁9也分为前后两段，前段与长喉颈段3管体的前段不锈钢管、收缩管段2及前直管段1为一体结构，后段与长喉颈段3管体的后段不锈钢管、扩张管段4及后直管段5为一体结构；在不锈钢管外壁9的上下左右公开有4个圆形窗口10，圆形窗口10的中心点距离收缩管段2出口的距离为2d。

并且，本新型的文丘里管，节流比0.4≤d/D≤0.7，前直管段的长度L₁≥1.5D，后直管段的长度L₂≥D，长喉颈段的长度为l=4d。

实施例2 一种实现两相流流量与相含率双参数检测的装置

如图4所示，本检测装置为基于一种长喉颈文丘里管的两相流检测装置，图4中没有示出差压流量计及其他信号采集与数据处理单元。结合图1~3，第一取压孔7和第二取压孔8与差压传感器相连接，通过测量差压值来测流量的大小；上下圆形窗口10为一组，分别布置近红外发射探头11和接收探头12，左右圆形窗口10为一组，分别布置近红外发射探头11和接收探头12，共可布置两组。每组对射的近红外探头用于测量管道内流体的相含率。布置近红外探头的圆形窗口是在金属管段上相应位置加工出的圆形孔，内部嵌套石英玻璃管段并进行密封，保证了透光且流体不会渗漏，安装近红外探头时将探头前段抵在石英玻璃上而后固定，这样也避免了外界光线对近红外测量时产生的干扰。本新型在原有文丘里管结构的基础上，延长文丘里管喉部长度以达到布置近红外探头的目的。装置整体采用嵌套结构组装而成，布置近红外探头管段选用对近红外光吸收率极低的石英玻璃，达到最佳测量效果且方便加工制作。

当两相流流体流经装置时，在管体的长喉颈段3的石英玻璃管段上布置的近红外发射探头11发射近红外光穿过流体被接收探头12接收到，经光电效应转化为电压信号，而近红外光在穿透流体时受到界面光学效应及流质吸收的作用导致被接收探头接收到的光线强度产生变化，进而所转化的电压信号值产生变化，通过高频的信号采集得到近红外测量的数据，基于朗伯-比尔（Lambert-Beer）定律和吸光度线性叠加定律可得到两相流流型及相含率。管体上的两个取压孔连接差压传感器可得到流体的流量信息。文丘里管的取压孔与差压变送器相连，得到流体流经时的差压信号，在近红外识别流型的基础上，基于连续方程与伯努利方程分流型建立两相流流量的测量模型。由相含率与总流量可得各分相流量，实现了双参数在线检测。

本新型首先利用文丘里管进行两相流流量的测量,不仅具有管路压损小、对上下游直管段要求低等特点,而且文丘里管由于其节流时管径渐变的特征而对两相流流型的影响和扰动比其他节流件要小。其次，近红外光谱技术测量相含率的探头布置方式简单，与文丘里管结合的整个测量系统结构紧凑，在文丘里管喉管部位进行流型识别及含率测量与文丘里管的差压测量互不干扰，而且由于近红外探头布置位置位于中间长喉颈管段上，所以近红外测量的相含率信息与差压测得的流量信息具有更高的相关性与互补性，这样的双参数测量形式更为合理有效。

本新型通过近红外光谱技术对两相流进行测试，提取有价值的信号，并进行信号特征提取，识别流型并计算相含率，基于不同相含率，分析文丘里管差压流量计测得的差压信号，分流型建立流量测量模型，验证管道的合理性与可行性。并且基于近红外光谱技术识别两相流流型并测量相含率的方式为非侵入式，对文丘里管内部两相流系统流动状态没有任何影响，不破坏流型且不影响文丘里管内部管型结构。

Claims (3)

1.一种用于两相流检测的长喉颈文丘里管，其特征是，其整体为一个长喉颈文丘里管,所述文丘里管由前至后分为前直管段、收缩管段、长喉颈段、扩张管段和后直管段；在前直管段上距离收缩管段入口0.5D的位置开有第一取压孔，在长喉颈段上距离收缩管段出口0.5d的位置上开有第二取压孔；所述D为前直管段与后直管段的内径，所述d为长喉颈段的内径；

长喉颈段的管体分为前段不锈钢管、中段嵌套管和后段不锈钢管，所述中段嵌套管为双层结构，分别为密封接触的不锈钢管外壁和石英玻璃管内壁，在不锈钢管外壁上开设有4个距离收缩管段出口2d距离的圆形窗口，4个圆形窗口两两相对并呈十字型分布。

2.根据权利要求1所述的用于两相流检测的长喉颈文丘里管，其特征是，节流比0.4≤d/D≤0.7；前直管段长度为L₁，后直管段长度为L₂，长喉颈段长度为l，L₁≥1.5D，L₂≥D，l=4d；收缩管段锥角为α，扩张管段锥角为β；35°≤α≤45°，15°≤β≤25°。

3.基于权利要求1所述的文丘里管的两相流检测装置，其特征是，所述长喉颈文丘里管的第一取压孔和第二取压孔与差压变送器相连，所述长喉颈文丘里管的圆形窗口与近红外探测器相连，所述近红外探测器有两组近红外发射探头和接收探头并各布置于一组相对的圆形窗口上。