CN208075914U - 一种常压状态的气液两相实时计量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种常压状态的气液两相实时计量装置，包括支架、进气装置、第一混合计量装置、光栅读取装置和分离计量装置，进气装置、第一混合计量装置和分离计量装置依次连接并安装在支架上，光栅读取装置对应第一混合计量装置设置。其中通过进气装置、第一混合计量装置和光栅读取装置的设置，实现小量程的气液两相混合实时计量，通过分离装置的设置，实现大量程的分离实时计量。通过上述装置，不仅实现气液两相流体的实时计量，同时还可根据流体的流量调节其量程，时效性强、可靠度高、精度高。

Description

一种常压状态的气液两相实时计量装置

技术领域

本实用新型属于气、液分离计量技术领域，尤其涉及一种常压状态的气液两相实时计量装置。

背景技术

气水两相计量是许多工业生产中急需解决而又长期未能解决的难题。气液两相流体中的两相都具有可变形的相界面，其中气相和液相又具有可压缩性，这是其他各种类型的两相流(气固、液液、液固)所不具有的，例如饱和蒸汽计量，在相同温度、压力下液体成分比例可从0％(干饱和蒸汽)到100％(湿饱和蒸汽)，流体密度变化非常大，传统根据温、压补偿确定密度的方法无法准确计算密度。但是由于没有找到可行方法，只能假定一个蒸汽湿度，这对流量计精度影响很大，湿度越大，误差越大，这使得气液两相的计量研究比其他各类两相流动更为复杂。

而实验室科研流程装置的出口一般设计有背压阀，通过背压阀流出的流体的压力为常压，且实验室科研流程的出口流量大则达到100ml/min以上的数量级，小则达到0.01ml/min乃至更小的数量级，一般的计量装置无法同时满足这么广泛的量程，同时科研流程中流体还具有小流量且流量范围广、流体时断时续的特点。

鉴于以上原因，当前使用的气水计量装置具有以下不足：

(1)气水两相计量装置在油田矿场应用较多，而且技术也比较成熟；油田矿场使用的气水两相计量装置具有大流量、流体连续的特点，这相对于实验室科研流程小流量且流量范围广、流体时而连续时而间断的特点来说，两者的应用领域并不相同，因此，油田矿场使用的气水两相计量装置并不能直接应用到实验室科研流程当中；

(2)采用气水分离器将气水两相分离成单相的气体和液体，进而使用气体质量流量计和电子天平分别测量各相的流量是目前实验室科研流程应用最为广泛的计量方法。该方法虽然具有可靠性高、精度高等优点，但是该方法实时性较差，不适合用于水合物分解实验、岩心驱替实验等对实时性计量要求苛刻的流程；

(3)此外，目前的气水两相计量装置的量程要么不可调，要么可调节的范围很小，而且需要人工进行量程的手动调节；另一方面，量程大的计量装置精度一般较低，量程小的计量装置精度一般较高；这两个特点，对于流体流量由大变小的水合物分解实验来说，目前的气水计量装置并不能满足该类型的实验精度要求。

因此，针对以上不足，本实用新型急需提供一种常压状态的气液两相实时计量装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种常压状态的气液两相实时计量装置，以解决现有技术中气水两相计量难度大且精度不高的问题。

本实用新型提供了下述方案：

一种常压状态的气液两相实时计量装置，包括支架、进气装置、第一混合计量装置、光栅读取装置和分离计量装置；所述进气装置安装在所述支架上方，包括第一进气管和扭力传感器，所述第一进气管穿过所述扭力传感器，用于通过所述扭力传感器测量通过所述第一进气管的液体的重量；所述第一混合计量装置包括第一容量管和第一活塞，所述第一容量管安装在所述支架上并与所述第一进气管连接，所述第一活塞的一端插设在所述第一容量管内，用于调节所述第一容量管的容量；所述光栅读取装置安装在所述支架上，并与所述第一活塞对应设置，用于读取所述第一容量管内流体的容量；所述分离计量装置包括气液分离器、气体流量计和第一称重机，所述气液分离器与所述第一容量管连接，用于实现气、液分离，所述气体流量计、所述第一称重机分别与所述气液分离器的气、液分离口连接，分别用于测量气体流量和液体重量。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，还包括第二混合计量装置，所述第二混合计量装置与所述第一混合计量装置的结构相同，包括第二容量管和第二活塞，所述第二容量管分别与所述气液分离器及设置在所述进气装置中的第二进气管连接。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，还包括第二称重机，所述第二称重机与所述气液分离器的液体分离口连接，用于辅助测量液体重量。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，还包括第一二位三通阀、第二二位三通阀和第三二位三通阀，用于三向导通；所述第一二位三通阀设置在进气管上，用于分出所述第一进气管和所述第二进气管，所述第二二位三通阀设置在所述气液分离器与第一容量管、第二容量管之间，所述第三二位三通阀设置在所述气液分离器与所述第一称重机、第二称重机之间。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，还包括第一推动装置和第二推动装置，所述第一推动装置、所述第二推动装置与所述第一活塞、所述第二活塞一一对应设置。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，还包括控制器，所述控制器分别与所述扭力传感器、第一推动装置、第二推动装置、光栅读取装置、气液分离器、气体流量计、第一称重机、第二称重机、第一二位三通阀、第二二位三通阀和第三二位三通阀电连接，用于自动调节量程。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，所述第一容量管竖直设置，所述第一活塞自所述第一容量管下方插装；还包括砝码，所述砝码吊装在所述第一活塞的下方，用于使所述第一活塞受力平衡。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，还包括避水器，所述避水器设置在所述气体流量计和所述气液分离器之间，并与所述第一称重机联通。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，还包括快速接头，所述快速接头设置在所述进气管的进气端，用于快速实现管路的联通或断开。

如上所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，进一步优选为，还包括多个承重脚轮，多个所述承重脚轮安装在所述支架上，用于移动。

本实用新型与现有技术相比具有以下的优点：

本实用新型公开了一种常压状态的气液两相实时计量装置，包括支架、进气装置、第一混合计量装置、光栅读取装置和分离计量装置，其中通过进气装置、第一混合计量装置和光栅读取数据的设置，实现小量程内气液两相的混合实时计量；通过分离装置的设置，实现大量程的分离实时计量。通过上述装置，不仅实现气液两相流体的实时计量，同时还可根据流体的流量调节其量程，时效性强、可靠度高、精度高。

附图说明

图1为本实用新型一种常压状态的气、液两相实时计量装置的左视图；

图2为本实用新型一种常压状态的气、液两相实时计量装置的主视图；

图3为本实用新型第一活塞的结构示意图。

附图标记说明：

1-支架，2-第一容量管，3-第二容量管，4-第二活塞，5-第一活塞，6- 第一推动装置，7-第二推动装置，8-气液分离器，9-气体流量计，10-扭力传感器，11-避水器，12-第一称重机，13-第二称重机，14-第一二位三通阀，15- 第二二位三通阀，16-第三二位三通阀，17-第二伺服电机，18-第一伺服电机， 19-快速接头，20-第二单向阀，21-第一单向阀，22-推动杆，23-砝码，24- 堵头，25-连接杆。

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。

如图1-2所示，一种常压状态的气液两相实时计量装置，包括支架1、进气装置、第一混合计量装置、光栅读取装置26和分离计量装置；其中进气装置安装在支架1上方，包括第一进气管和扭力传感器10，第一进气管穿过扭力传感器10，用于通过扭力传感器10测量通过第一进气管的液体的重量；第一混合计量装置包括第一容量管2和第一活塞5，第一容量管2安装在支架1 上并与第一进气管连接，第一活塞5的一端插设在第一容量管2内，用于调节第一容量管2的容量；光栅读取装置26安装在支架1上，并与第一活塞5对应设置，用于读取第一容量管2内流体的容量；分离计量装置包括气液分离器 8、气体流量计9和第一称重机12，气液分离器8与第一容量管2连接，用于进行气、液分离，气体流量计9、第一称重机12分别与气液分离器8的气、液分离口连接，分别用于测量气体流量和液体重量。

上述装置中，扭力传感器10连接在第一进气管上，用于测量通过第一进气管的气液混合流体的重量，同时由于气体的密度相对于液体忽略不计，扭力传感器10测量到的重量即为液体的重量；此外，本实施例中扭力传感器10 为测量装置，为了保证其测量工作的完整性，其必然包括对应的数显装置，用于显示测量数据。第一混合计量装置中，在计量前，需要推动第一活塞5将第一容量管2中气体排空，再联通管路开始进气；随着气液混合流体的进入，第一活塞5开始运动，对应设置在第一活塞5一侧的光栅读取装置26根据第一活塞5的位置变化，读取第一容量管2内的容量变化，此时光栅读取装置26 读取的为流体的总容积；通过流体总容积与扭力传感器10测得的液体重量，进而获得气体的体积。本阶段适用于少量气液混合流体的计量，即小量程计量。随着气液混合流体的进一步流入，第一活塞5移动到第一容量管2的底部，此时，第一容量管2的量程范围已不能满足流体的气液计量，需打开气液分离器 8，气液混合流体通过第一容量管2与气液分离器8之间的管路流入气液分离器8中，并在气液分离器8中实现气、液的分离，分离后的气体和液体再通过气体流量计9和第一称重机12测量；第一称重机12包括容器和电子天平，用于直接读取流入容器中的液体重量；由于本阶段实现了气液分离，将混合流体中汽化的液体完全转换成液体，缩小了体积，可实现流体的大量程计量。由于流体进入本装置后立即被感应而计量出来，因此该设计可以实现气液的实时计量，即通过上述装置，不仅实现气液两相流体的实时计量，同时还可根据流体的流量自动调节其量程，时效性强、可靠度高、精度高。

如图1-3所示，在本实施例所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置中，第一容量管2竖直设置，第一活塞5自第一容量管2下方插装；进一步的，还包括砝码23，砝码23吊装在连接杆25的下方，用于使所述第一活塞5 受力平衡。本实施例中第一容量管2为竖向设置，且第一活塞5从下方插装到第一容量管2中，如此设置则降低第一活塞5位置对混合流体容积的影响。上述装置中，第一活塞组件5包括相连接的堵头24和连接杆25，堵头24与第一容量管组件2对应安装，连接杆25伸出第一容量管2外；堵头24完全设置在第一容量管内侧，与第一容量管2的内壁对应安装，用于封堵并平滑移动；为保证密封效果，堵头24上还设置有O型圈；对应的，为避免堵头24滑出第一容量管2的内壁，第一容量管2的上下两端还设置有对应的止挡结构。连接杆25的设置用于辅助读取数据并推动堵头24，推动堵头24用于在流体进入前排出第一容量管内的气体。砝码23通过一根引线吊装在连接杆25下方，用于通过砝码23平衡活塞自身的重力、活塞上的O型圈与第一容量管2之间摩擦力、第一容量管2真空部分对堵头24的吸力，使得第一活塞5处于一个受力平衡的状态，此时上游进来的气液混合流体进入第一容量管2时，微量的流体即可引起第一活塞5向下运动；若进入的流体是间断的，那么进入的流体引起第一活塞5向下运动后，由于第一容量管2内部存在真空度，将很快停止运动并重新恢复受力平衡状态。上述的设置用于使第一活塞5实现受力平衡，避免对流体造成压力，影响其体积大小，进一步降低误差。

如图1-3所示，在本实施例所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置中，还包括避水器11，避水器11设置在气体流量计9和气液分离器8之间的管路上，并与第一称重机12联通。避水器11装置具有过气不过水功能，设置在气体流量计9和气液分离器8之间，能够进一步将气液分离器8分离的气体成分中的液体成分去除，并将分离出的液体导入到第一称重机12的容器中，进一步降低误差，提高气液测量的精度。

如图1-3所示，在本实施例所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置中，还包括快速接头19，快速接头19设置在进气管的一端，用于快速实现管路的联通或断开，减少了用户的实验工作量。

如图1-3所示，在本实施例所公开的一种常压状态的气、液两相实时计量装置中，还包括第二混合计量装置，所述第二混合计量装置与第一混合计量装置的结构相同，包括第二容量管3和第二活塞4，第二容量管3还分别与气液分离器8及设置在进气装置中的第二进气管连接。第二混合计量装置的功能与第一混合计量装置的功能相同，均用于进行小量程的气液两相计量；第二混合计量装置的设置增加了计量少量气液混合流体的量程。优选的，还包括第一单向阀21和第二单向阀20，第一单向阀21、第二单向阀20与第一进气管、第二进气管一一对应设置，用于限定第一进气管和第二进气管中流体的行进方向。

如图1-3所示，在本实施例所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置中，还包括第二称重机13，第二称重机13与气液分离器8的液体分离口连接，用于辅助测量液体的重量。第一称重机12和第二称重机13都是通过测量流入其容器例如烧杯内的液体的重量来进行重量测量的，而对于既定的称重装置而言，其容器装置的容量也是一定的，故本实施例中通过增加称重装置的数量来增加其容量，进而在不改变气液分离计量精度的情况下增加本实施例中计量装置的量程。

如图1-3所示，在本实施例所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置中，还包括第一二位三通阀14、第二二位三通阀15和第三二位三通阀16，用于三向导通；第一二位三通阀14设置在进气管上，用于分出第一进气管和第二进气管，即位于快速接头19与第一容量管2、第二容量管3之间，第二二位三通阀位于气液分离器8与第一容量管2、第二容量管3之间，第三二位三通阀16位于气液分离器8与第一称重机12、第二称重机13之间。二位三通阀是具有选择开关的三通连接机构，运用到本实施例中，可以实现多量程的切换，例如，单独使用第一容量管2，组合使用第一容量管2和第二容量管3，组合使用第一容量管2、第二容量管3及第一称重机12，以及组合使用第一容量管2、第二容量管3、第一称重机12和第二称重机13，即本实施例中通过精准把控量程的选择范围来进一步保证流体计量时精度。

如图1-3所示，在本实施例所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置，还包括第一推动装置6和第二推动装置7，第一推动装置6、第二推动装置7与第一活塞5、第二活塞4一一对应设置，用于推动连接杆25。在本实施例中第一推动装置6和第二推动装置7的结构相同，均包括伺服电机(第一伺服电机17和第二伺服电机18)和推动杆22，且推动杆22设置在连接杆25 下方，用于通过伺服电机带动推动杆22向上运动进而推动第一活塞5或第二活塞4的连接杆，使其向上移动，主要用于在进气之前排空第一容量管2和第二容量管3内的气体，或在采用气液分离器8分离流体时将第一容量管2或第二容量管3内的流体推入气液分离器8中。此外，为避免妨碍吊装在连接杆 25下方的砝码23工作，还可以在连接杆25上设置连接片，用于使推动位置偏移第一活塞5或第二活塞4的中心线。

如图1-3所示，在本实施例所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置中，还包括控制器，控制器分别与扭力传感器10、第一推动装置6、第二推动装置7、光栅读取装置26、气液分离器8、气体流量计9、第一称重机12、第二称重机13、第一二位三通阀14、第二二位三通阀15和第三二位三通阀 16电连接，用于自动调节量程。本实施例中，第一二位三通阀14、第二二位三通阀15和第三二位三通阀16为电磁阀，且上述装置中扭力传感器10、光栅读取装置26、气体流量计9、第一称重机12和第二称重机13为数据测量装置，气液分离器8、第一二位三通阀14、第二二位三通阀15、第三二位三通阀16为执行装置，通过与控制器连接，用于使控制器能够通过扭力传感器10 获取流体的流速及重力、通过光栅读取装置26获取当前流体的容积、通过气体流量计9获取气体的体积以及通过第一称重机12获取称量累计液体的重量，判断流体的状态，进而通过控制多种执行装置进行量程的自动调节，实现全自动控制。

上述实施例中，其自动控制包括四个阶段，第一阶段：控制第一二位三通阀14导向第一容量管2，通过扭力传感器10和光栅读取装置26实现气液计量；第二阶段：通过光栅读取装置26获知第一容量管2容量已满，则控制第一二位三通阀14导向第二容量管3，通过扭力传感器10和光栅读取装置26 实现气液计量；第三阶段，通过光栅读取装置26获知第二容量管3容量已满，则导通第二二位三通阀15并打开气液分离器8、气体流量计9和第一称重机12，实现气液计量；第四阶段，通过第一称重机12获知第一称重机12已满，则导通气液分离器8与第二称重机13，实现气液计量。当然，在上述控制过程中，若扭力传感器10测得的流体流量大，还可以选择性跳过第一、第二或第三阶段，直接进行下一阶段的计量。通过上述设置，控制器自动选择出最优的方案，进而实现自我反馈调节量程的功能；而不同的量程将会使得装置在不同流量下具有不同的精度，即本装置使得常压状态气液两相实时在线计量装置具有高精度的特点。

此外，在本实施例所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置中，扭力传感器10与其对应的数显装置之间使用的是软管连接，使得管线对扭力传感器10的影响可以忽略不计。同时，为了增加上述装置的移动性，支架上还设置有多个承重脚轮。

与现有技术相比，本实用新型所公开的一种常压状态的气液两相实时计量装置具有以下有益效果：

1、本实用新型通过支架、进气装置、第一混合计量装置、光栅读取装置和分离计量装置的设置，不仅实现气液两相流体的实时计量，同时还可根据流体的流量调节其量程，实现性强、可靠性高、精度高；

2、本实用新型中通过第二混合计量装置和第二承重机的设置，分别在基本不改变测量精度的情况下增加了小量程和大量程的测量范围，进一步提高了气液混合流体计量的准确性；

3、本实用新型中通过三个二位三通阀的设置，整合上述装置，组合出多种可选量程，并配合控制器，实现本装置的自动控制及量程的自动调节；

4、本实用新型中，通过在进气管的进口处设置快速接头19，使用户不需要工具就能实现管路联通或断开，减小了用户的实验工作量；

5、本实用新型中，通过砝码23的设置平衡活塞自身的重力、活塞上的O 型圈与容量管之间的摩擦力、容器真空部分对活塞的吸力，使得活塞处于一个受力平衡状态，降低对气液混合流体体积的影响；

6、本实用新型中，通过过气不过水的避水器11装置的设置，进一步提纯分离气体中的液体成分，使得测量的精度更加准确。

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)

1.一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，包括支架、进气装置、第一混合计量装置、光栅读取装置和分离计量装置；

所述进气装置安装在所述支架上方，包括第一进气管和扭力传感器，所述第一进气管穿过所述扭力传感器，用于通过所述扭力传感器测量通过所述第一进气管的液体的重量；

所述第一混合计量装置包括第一容量管和第一活塞，所述第一容量管安装在所述支架上并与所述第一进气管连接，所述第一活塞的一端插设在所述第一容量管内，用于调节所述第一容量管的容量；

所述光栅读取装置安装在所述支架上，并与所述第一活塞对应设置，用于读取所述第一容量管内流体的容量；

所述分离计量装置包括气液分离器、气体流量计和第一称重机，所述气液分离器与所述第一容量管连接，用于实现气、液分离，所述气体流量计、所述第一称重机分别与所述气液分离器的气、液分离口连接，分别用于测量气体流量和液体重量。

2.根据权利要求1所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，还包括第二混合计量装置，所述第二混合计量装置与所述第一混合计量装置的结构相同，包括第二容量管和第二活塞，所述第二容量管分别与所述气液分离器及设置在所述进气装置中的第二进气管连接。

3.根据权利要求2所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，还包括第二称重机，所述第二称重机与所述气液分离器的液体分离口连接，用于辅助测量液体重量。

4.根据权利要求3所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，还包括第一二位三通阀、第二二位三通阀和第三二位三通阀，用于三向导通；所述第一二位三通阀设置在进气管上，用于分出所述第一进气管和所述第二进气管，所述第二二位三通阀设置在所述气液分离器与第一容量管、第二容量管之间，所述第三二位三通阀设置在所述气液分离器与所述第一称重机、第二称重机之间。

5.根据权利要求4所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，还包括第一推动装置和第二推动装置，所述第一推动装置、所述第二推动装置与所述第一活塞、所述第二活塞一一对应设置。

6.根据权利要求5所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器分别与所述扭力传感器、第一推动装置、第二推动装置、光栅读取装置、气液分离器、气体流量计、第一称重机、第二称重机、第一二位三通阀、第二二位三通阀和第三二位三通阀电连接，用于自动调节量程。

7.根据权利要求1或2所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，所述第一容量管竖直设置，所述第一活塞自所述第一容量管下方插装；还包括砝码，所述砝码吊装在所述第一活塞的下方，用于使所述第一活塞受力平衡。

8.根据权利要求1或2所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，还包括避水器，所述避水器设置在所述气体流量计和所述气液分离器之间，并与所述第一称重机联通。

9.根据权利要求4所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，还包括快速接头，所述快速接头设置在所述进气管的进气端，用于快速实现管路的联通或断开。

10.根据权利要求1或2所述的一种常压状态的气液两相实时计量装置，其特征在于，还包括多个承重脚轮，多个所述承重脚轮安装在所述支架上，用于移动。