CN210293615U - 用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置，包括：混合腔，具有出气口、示踪物质注入口和用于通入天然气的进气口；加注管，一端与出气口连通，所述加注管为可伸缩管；加注喷头，可转动地安装在所述加注管的另一端，所述加注喷头的转动中心线与所述加注管的中轴线垂直；驱动组件，用于驱动所述加注管伸缩和驱动所述加注喷头转动。本实用新型能使注入的混合气体在天然气管道内分布更加均匀，从而提高流场测试结果的准确性。

Description

用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置

技术领域

本实用新型涉及天然气管道测试技术领域，特别涉及一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置。

背景技术

天然气是一种重要的清洁能源，其需求量也越来越高。天然气运输的过程中，天然气在管道内流动的过程也具有重要的研究意义。目前，检测流场和流速的方法包括粒子成像测速和激光多普勒测速。该两个测速方法属于非接触式测试，均需要向测试区域打光以照亮测试区域，且测试要求流体(天然气)中存在跟随流体运动并不干扰流场的示踪粒子。测试时，粒子成像测速和激光多普勒测速方法可以通过测试示踪粒子以获取到管道内的流场信息。

现有的粒子注入装置将天然气和示踪气体通入混合腔内，待示踪粒子和天然气充分混合后，将混合腔与天然气管道连通，使混合气体能进入到天然气管道内与天然气混合。

现有的粒子注入装置将示踪粒子和天然气混合后直接注入到天然气管道内，由于混合气体进入天然气管道后会随机扩散，因此容易出现混合气体在天然气管道内分布不均的问题，从而导致流场测试结果的准确性较差。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置，能使注入的混合气体在天然气管道内分布更加均匀，从而提高流场测试结果的准确性。所述技术方案如下：

本实用新型实施例提供了一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置，所述示踪粒子加注装置包括：混合腔，具有出气口、示踪物质注入口和用于通入天然气的进气口；加注管，一端与出气口连通，所述加注管为可伸缩管；加注喷头，可转动地安装在所述加注管的另一端，所述加注喷头的转动中心线与所述加注管的中轴线垂直；驱动组件，用于驱动所述加注管伸缩和驱动所述加注喷头转动。

在本实用新型实施例的一种实现方式中，所述加注管包括：连接管和伸缩管，所述连接管与所述出气口连通，所述伸缩管滑动密封套装在所述连接管上。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述驱动组件包括电动伸缩杆，所述电动伸缩杆位于所述连接管的外管壁上，所述电动伸缩杆的伸缩端与所述伸缩管连接，所述电动伸缩杆的伸缩方向与所述连接管的轴向相同。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述加注喷头包括：软管和喷头，所述软管连接所述喷头和所述加注管的另一端，所述驱动组件包括：第一转板、第二转板和电机，所述第一转板上设有垂直于板面的转销，所述第二转板上设有转销孔，所述转销可转动地插装在所述转销孔内，所述第一转板固定在所述喷头上，所述第二转板固定在所述加注管上，所述电机的输出轴与所述转销同轴连接。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述示踪粒子加注装置包括多个并行分布的所述加注管，每个所述加注管均安装有一个所述加注喷头。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，各所述加注喷头的转动中心线均不平行。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述示踪粒子加注装置还包括：与所述进气口连通的进气管、与所述注入口连通注入管、连通所述出气口和所述加注管的出气管，所述进气管、所述注入管和所述出气管上均设有电控阀门，所述电控阀门与控制器电连接，所述电控阀门包括压力调节阀和流量调节阀中的至少一个。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述加注管或所述出气管上具有缩径区域，所述加注管或所述出气管上位于所述缩径区域的管径小于所述加注管或所述出气管上不位于所述缩径区域的管径。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述示踪粒子加注装置还包括旋流混合器，所述旋流混合器位于所述混合腔内，所述旋流混合器的第一入口与所述进气口连通，所述旋流混合器的第二入口与所述注入口连通。

在本实用新型实施例的另一种实现方式中，所述示踪粒子加注装置还包括加注管道，所述加注管道两端具有用于与天然气管道连接的法兰，所述加注管道的管壁上具有供所述加注管通过的通孔。

本实用新型实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本实用新型实施例中示踪粒子加注装置中的混合腔具有出气口、用于通入天然气的进气口和用于加注示踪粒子的注入口，通过进气口进入混合腔的天然气与通过注入口进入混合腔的示踪粒子能在混合腔内得到混合，然后从出气口排出混合腔。加注时，将加注管道置入天然气管道内，混合气体可通过与出气口连通的加注管和安装在加注管上的加注喷头注入到天然气管道内。由于加注管为可伸缩管，加注喷头为可转动的喷头，即喷头喷射方向可调，通过控制加注管伸缩能调整加注管在天然气管道内的深度位置，控制喷头转动能调整喷头喷射混合气体的角度，使得注入的混合气体在天然气管道内分布更加均匀，从而提高流场测试结果的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本实用新型实施例提供的一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例提供的一种加注管的结构示意图；

图3是本实用新型实施例提供的一种加注喷头与加注管装配的结构示意图；

图4是图3提供的一种加注喷头与加注管装配的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的一种出气管上具有缩径区域的结构示意图。

图中各符号表示含义如下：

1-混合腔，11-进气口，12-注入口，13-出气口，2-加注管，21-连接管，22-伸缩管，3-加注喷头，31-软管，32-喷头，4-驱动组件，41-第一转板，42-第二转板，421-电机安装架，43-转销，44-电机，51-进气管，52-注入管，53-出气管，6-电控阀门，7-储气罐，8-缩径区域，9-加注管道，91-法兰。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型实施例中，测试天然气管道内气体的流场、流速可以采用粒子成像测速和激光多普勒测速方法。两种测试方法都要求流体(如天然气)中存在能跟随流体一起运动且不干扰流场的示踪粒子。测试时，粒子成像测速和激光多普勒测速方法可以通过测试示踪粒子以获取到管道内的流场信息。

相关技术提供了一种粒子注入装置，该粒子注入装置包括混合腔、与混合室连通的第一管道和第二管道，第一管道和第二管道均与气源连通，混合腔内存放有示踪粒子，第一管道用于将气体通入混合室与示踪粒子混合，第二管道用于将位于混合腔内的示踪粒子喷吹扩散至混合腔内，使示踪粒子与气体充分混合，混合后将混合气体通过管道输送至待检测管道内，以进行流场测试。

由于该粒子注入装置将示踪粒子和气体混合后直接注入到天然气管道内，且气体在和示踪粒子混合的过程中示踪粒子的扩散状态不能得到保证，同时混合气体输送至待检测管道后，混合气体是否能充分分散至管道内的各处位置也不能保证。

为此本实用新型实施例提供了一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置。图1是本实用新型实施例提供的一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置的结构示意图。如图1所示，该示踪粒子加注装置包括：混合腔1、加注管2、加注喷头3和驱动组件。混合腔1具有出气口13、示踪物质注入口12和用于通入天然气的进气口11；加注管2的一端与出气口13连通，加注管2为可伸缩管22；加注喷头3可转动地安装在加注管2的另一端，加注喷头3的转动中心线与加注管2的中轴线垂直；驱动组件用于驱动加注管2伸缩和驱动加注喷头3转动。

本实用新型实施例中示踪粒子加注装置中的混合腔具有出气口、用于通入天然气的进气口和用于加注示踪粒子的注入口，通过进气口进入混合腔的天然气与通过注入口进入混合腔的示踪粒子能在混合腔内得到混合，然后从出气口排出混合腔。加注时，将加注管道置入天然气管道内，混合气体可通过与出气口连通的加注管和安装在加注管上的加注喷头注入到天然气管道内。由于加注管为可伸缩管，加注喷头为可转动的喷头，即喷头喷射方向可调，通过控制加注管伸缩能调整加注管在天然气管道内的深度位置，控制喷头转动能调整喷头喷射混合气体的角度，使得注入的混合气体在天然气管道内分布更加均匀，从而提高流场测试结果的准确性。

可选地，示踪粒子加注装置还可以包括控制器，控制器与驱动组件电连接，控制器用于控制驱动组件驱动加注管2和加注喷头3中的至少一个动作。其中，驱动加注管2动作和加注喷头3动作指的是：控制加注管2进行伸缩和控制加注喷头3绕转动中心线转动。

例如，控制器可以通过流场测试结果确定示踪粒子在管道内的分散情况，再根据示踪粒子在管道内的分散情况，调整加注管在天然气管道内的深度位置和调整加注喷头喷射混合气体的角度，即形成反馈调节模式，实现确保混合气体注入到天然气管道后能充分地分散到天然气管道内各处位置的目的，从而保证流场测试结果的准确性。

本实用新型实施例中，控制器可以是可编程控制器(Programmable LogicController，简称PLC)。可编程逻辑控制器采用一种可编程的存储器，在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，通过数字式或模拟式的输入输出来控制驱动组件动作。

图2是本实用新型实施例提供的一种加注管的结构示意图。如图2所示，加注管2可以包括：连接管21和伸缩管22，连接管21与出气口13连通，伸缩管22滑动密封套装在连接管21上。这样通过调整伸缩管22套装在连接管21上的位置，就可以实现加注管2伸缩的目的，得以调整加注管2位于天然气管道内的深度。其中，连接管21与出气口13连通可以是连接管21与出气口13直接对接，以使得混合气体可以通过出气口13进入连接管21中；连接管21与出气口13连通还可以是连接管21与出气口13通过管道接通，即管道的两端分别与连接管21和出气口13接通，以使得混合气体可以通过管道从出气口13流入连接管。

其中，连接管21和伸缩管22的滑动密封配合可以采用以下方式实现。例如，连接管21的外壁上可开设用于安装密封圈的凹槽，这样伸缩管22套装在连接管21后，伸缩管22和连接管21之间的微小间隙通过密封圈封堵，从而提高伸缩管22与连接管21在相对滑动时的密封性。

可选地，加注管2可以有一个或多个，当加注管2有多个时，混合腔1上配置有多个与加注管2相连的出气口13，其中多个加注管2并行分布，且每个加注管2均安装有一个加注喷头3。设置多个加注管2同时加注混合气体，能提高加注速度，并且多个加注管2同时加注，使混合气体能同时从多个位置扩散，可以改善混合气体混合不均匀的问题。

其中，各加注喷头3的转动中心线均不平行。即各个加注喷头3的转动中心线相互呈角度，这样使得多个加注喷头3可以在垂直于加注管2的平面上，从各种不同的角度将混合气体注入到天然气管道内，从而使得喷射出的天然气更加均匀地混入天然气管道内。

本实施例中，驱动组件4可以包括电动伸缩杆，电动伸缩杆位于连接管21的外管壁上，电动伸缩杆的伸缩端与伸缩管22连接，电动伸缩杆的伸缩方向与连接管21的轴向相同。由于电动伸缩管22安装在连接管21上，因此在电动伸缩杆的推动下，伸缩管22可以在连接管21上往复滑动，从而实现自动调控加注管2伸缩的目的。

示例性地，如图2所示，连接管21上设有两个电动伸缩杆，电动伸缩杆以连接管21的中轴线为对称轴分布在连接管21的两侧，且两个电动伸缩杆的伸缩端均与伸缩管22的端面连接。通过两个电动伸缩杆同时驱动伸缩管22滑动，能使加注管2更快速地完成伸缩动作，同时电动伸缩杆分布在连接管21的两侧，能使得伸缩管22的端面受力更加均匀，从而使伸缩管22的滑动过程更流畅。

图3是本实用新型实施例提供的一种加注喷头与加注管装配的结构示意图。如图3所示，加注喷头3包括：软管31和喷头32，软管31连接喷头32和加注管2的另一端，驱动组件4包括：第一转板41、第二转板42和电机44，第一转板41上设有垂直于板面的转销43，第二转板42上设有转销孔，转销43可转动地插装在转销孔内，第一转板41固定在喷头32上，第二转板42固定在加注管2上，电机44的输出轴与转销43同轴连接。通过软管31连接喷头32和加注管2，为喷头32的转动提供了动作空间，以实现加注喷头3可转动的目的。由于第一转板41和第二转板42分别安装在喷头32和加注管2上，而第一转板41和第二转板42通过转销43铰接，即使用加注喷头3时，通过转动转销43就可以控制喷头32绕转销43转动，从而实现调节喷头32喷射角度的目的。同时电机44的输出轴与转销43同轴连接，因此在电机44的驱动下，可以使喷头32绕转销43进行360°转动，从而实现自动调控加注喷头3的喷射角度的目的。

示例性地，如图4所示，电机为微型电机，且第二转板42上设有电机安装架421，微型电机固定安装在电机安装架421上，这样在微型电机工作时，就能将驱动力矩传递至转销43，从而实现喷头32转动的目的。

可选地，喷头32的喷射出混合气体的方向可以与天然气管道内天然气的流向相反，这样能够更好地使混合气体与天然气混合。喷头32的喷射出混合气体的方向还可以垂直于天然气管道内天然气的流向或喷头32的喷射角度为其他方向，本实施例不做限制。

图5是本实用新型实施例提供的一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置的结构示意图。如图5所示，该示踪粒子加注装置还包括：与进气口11连通的进气管51、与注入口12连通注入管52、连通出气口13和加注管2之间的出气管53，进气管51、注入管52和出气管53上均设有电控阀门6，电控阀门6与控制器电连接。本实施例通过在进气口11、注入口12和出气口13上都设置了管道，并在管道上都设置了电控阀门6，即进气管51、注入管52和出气管53上均设有电控阀门6，由于电控阀门6与控制器电连接，因此还可以通过控制器控制电控阀门6的启闭，控制进入混合腔1的示踪粒子和天然气的量，以调整混合气体中示踪粒子的浓度，同时还可以控制位于出气管53上电控阀门6的启闭，来调整天然气管道内示踪粒子的浓度。这样能实现自动化调节，降低人工劳动强度，提高操作精准度。

其中，进气管51可以与储气罐7连通，储气罐7内存储有用于与示踪粒子混合的天然气；注入管52可以与存储罐连通，存储罐内存储有示踪粒子；出气管53可以与加注管2连通，以便将混合气体通过加注管2注入到天然气管道内。

可选地，电控阀门6包括压力调节阀和流量调节阀中的至少一个。即电控阀门6可以为以下三种情况，第一种，电控阀门6包括压力调节阀，第二种，电控阀门6包括流量调节阀，第三种，电控阀门6包括压力调节阀和流量调节阀。其中，压力调节阀用于调节气体通过阀门后的压力，流量调节阀用于调节气体通过的流量。

示例性地，位于进气管51和注入管52上的电控阀门6可以包括压力调节阀和流量调节阀，位于出气管53上的电控阀门6可以包括流量调节阀。这样可以通过位于进气管51和注入管52上的流量调节阀控制调节好混合气体中示踪粒子的浓度，同时还可以通过位于进气管51和注入管52上的压力调节阀调节好输出的混合气体的压力。

可选地，进气管51上还可以设置单向阀，以防止天然气回流。

在其他的一些实施例中，进气管51可以直接与上游的天然气管道连通，加注管2与下游天然气管道连通，而下游的天然气管道处设有流场测试装置，即流场测试在下游的天然气管道处进行。进气管51直接与上游的天然气管道连通后，可利用天然气管道上设置的调压撬自动调节，使天然气管道在形成的上下游形成压差，即进入到进气管51的天然气的压力已经大于下游的天然气管道内的天然气压力，所以此时无需在进气管51上设置压力调节阀来调节天然气的压力，以使混合气体符合注入时的压力。这样可以节省调节压力调节阀过程所消耗的能量，同时也简化了示踪粒子加注装置的结构，便于使用。

可选地，示踪粒子加注装置还包括旋流混合器，旋流混合器位于混合腔1内，旋流混合器的第一入口与进气口11连通，旋流混合器的第二入口与加注口连通。其中，旋流混合器包括第一入口和第二入口，两个入口分别与注入口12和进气口11连接，旋流混合器能够将示踪粒子和天然气以旋流的形式高速充分混合，形成混合气体。其中，注入口12和进气口11可相对设置，以相对设置，使天然气和示踪粒子对冲混合，便于示踪粒子快速混入到天然气中。

本实施例中，可以通过调整旋流混合器混合示踪粒子和天然气的速度，来调整示踪粒子的粒径。由于旋流混合器工作时会使示踪粒子和天然气以旋流形式混合，即混合时会存在离心力，离心力的存在进而使质量较大的示踪粒子脱离示踪粒子和天然气的混合区域，从而能将粒径大且质量大的示踪粒子筛选出去，保留符合要求粒径的示踪粒子。

可选地，加注管2或出气管53上具有缩径区域8，加注管2或出气管53上位于缩径区域8的管径小于加注管2或出气管53上不位于缩径区域8的管径。这样能增加混合气体的流速，使混合气体更好地扩散到天然气管道中。

示例性地，图6是本实用新型实施例提供的一种出气管上具有缩径区域的结构示意图。如图6所示，缩径区域8位于出气管53的上，缩径区域8的管径小于出气管53的两端区域，当混合气体通过缩径区域8时，混合气体的速度会得到提升，从而更好地扩散到天然气管道中。

在本实施例中，从示踪物质注入口12注入混合腔1的物质可以是固态的示踪粒子或液态的示踪物质。当注入的物质是固态的示踪粒子时，例如，粉末状的物质，在混合腔1内充分混合后，固态的示踪粒子就会混入天然气中。当注入的物质是液态的示踪物质时，例如，水、有机溶剂和气溶胶等，可以将液态示踪粒子置于混合腔1内，待与天然气混合后。当携带液态示踪粒子的混合气体通过缩径区域8时，出气管53的上下游会形成压差，从而让液态的示踪物质气化成气态示踪粒子。即设置缩径区域8还可以起到气化的作用，便于雾状的示踪粒子的产生。

如图1、5所示，示踪粒子加注装置还包括加注管道9，加注管道9两端具有用于与天然气管道连接的法兰91，加注管道9的管壁上具有供加注管2通过的通孔。加注管道9可替代天然气管道中的一部分，通过位于两端的法兰91与天然气管道连接。由于加注管2注入混合气体时需要置入天然气管道内，为了不影响天然气管道正常使用，通过设置加注管道9，在加注管道9上加工通孔，以实现加注管2能置入天然气管道内的目的。其中，加注管道9和加注管2可以是一体结构，这样可以提高密封性，另外，加注管2通过通孔进入加注管道9内后，可以将加注管2的外管壁与通孔焊接，从而保证加注管道9的密封性。

使用示踪粒子加注装置时，首先，开启位于进气管和注入管上的电控阀门使天然气和示踪粒子进入混合腔，待充分混合后，调节电控阀门使混合气体的压力和示踪粒子的浓度符合要求，然后，开启位于出气管上的电控阀门，控制混合气体的加注流量，使混合气体注入天然气管道内，接着，控制器可以根据流场的测试结果进行反馈控制，调节加注管在天然气管道内的深度和加注喷头的喷射方向，以使混合气体注入到天然气管道后能充分地分散到天然气管道内的各处位置。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于天然气流场测试的示踪粒子加注装置，其特征在于，所述示踪粒子加注装置包括：

混合腔(1)，具有出气口(13)、示踪物质注入口(12)和用于通入天然气的进气口(11)；

加注管(2)，一端与出气口(13)连通，所述加注管(2)为可伸缩管(22)；

加注喷头(3)，可转动地安装在所述加注管(2)的另一端，所述加注喷头(3)的转动中心线与所述加注管(2)的中轴线垂直；

驱动组件(4)，用于驱动所述加注管(2)伸缩和驱动所述加注喷头(3)转动。

2.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其特征在于，所述加注管(2)包括：连接管(21)和伸缩管(22)，所述连接管(21)与所述出气口(13)连通，所述伸缩管(22)滑动密封套装在所述连接管(21)上。

3.根据权利要求2所述示踪粒子加注装置，其特征在于，所述驱动组件(4)包括电动伸缩杆，所述电动伸缩杆位于所述连接管(21)的外管壁上，所述电动伸缩杆的伸缩端与所述伸缩管(22)连接，所述电动伸缩杆的伸缩方向与所述连接管(21)的轴向相同。

4.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其特征在于，所述加注喷头(3)包括：软管(31)和喷头(32)，所述软管(31)连接所述喷头(32)和所述加注管(2)的另一端，所述驱动组件(4)包括：第一转板(41)、第二转板(42)和电机(44)，所述第一转板(41)上设有垂直于板面的转销(43)，所述第二转板(42)上设有转销孔，所述转销(43)可转动地插装在所述转销孔内，所述第一转板(41)固定在所述喷头(32)上，所述第二转板(42)固定在所述加注管(2)上，所述电机(44)的输出轴与所述转销(43)同轴连接。

5.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其特征在于，所述示踪粒子加注装置包括多个并行分布的所述加注管(2)，每个所述加注管(2)均安装有一个所述加注喷头(3)。

6.根据权利要求5所述的示踪粒子加注装置，其特征在于，各所述加注喷头(3)的转动中心线均不平行。

7.根据权利要求1所述的示踪粒子加注装置，其特征在于，所述示踪粒子加注装置还包括：与所述进气口(11)连通的进气管(51)、与所述注入口(12)连通注入管(52)、连通所述出气口(13)和所述加注管(2)的出气管(53)，所述进气管(51)、所述注入管(52)和所述出气管(53)上均设有电控阀门(6)，所述电控阀门(6)与控制器电连接，所述电控阀门(6)包括压力调节阀和流量调节阀中的至少一个。

8.根据权利要求7所述的示踪粒子加注装置，其特征在于，所述加注管(2)或所述出气管(53)上具有缩径区域(8)，所述加注管(2)或所述出气管(53)上位于所述缩径区域(8)的管径小于所述加注管(2)或所述出气管(53)上不位于所述缩径区域(8)的管径。

9.根据权利要求1至8任一项所述的示踪粒子加注装置，其特征在于，所述示踪粒子加注装置还包括旋流混合器，所述旋流混合器位于所述混合腔(1)内，所述旋流混合器的第一入口与所述进气口(11)连通，所述旋流混合器的第二入口与所述注入口(12)连通。

10.根据权利要求1至8任一项所述的示踪粒子加注装置，其特征在于，所述示踪粒子加注装置还包括加注管道(9)，所述加注管道(9)两端具有用于与天然气管道连接的法兰(91)，所述加注管道(9)的管壁上具有供所述加注管(2)通过的通孔。

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