CN219624826U - 一种w型反射式水表管段及超声波水表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种W型反射式水表管段及超声波水表，该管段的两端分别设置有圆形横截面的进水段和出水段，进水段和出水段之间设置有矩形横截面的测量段；测量段为缩径设置，其矩形横截面的长边宽度小于进水段和出水段内径，矩形横截面的短边宽度小于待安装超声波换能器的直径；测量段两端同侧侧壁贯穿设置有换能器安装孔，换能器安装孔对应面的管段内壁分别设置有第一反射片安装槽和第三反射片安装槽，两个换能器安装孔之间的管段内壁设置有第二反射片安装槽，测量段的超声波声道设置为W形。所述水表管段结构简单，反射片对超声波覆盖率高，有效提高超声波信号的稳定性和计量精度。

Description

一种W型反射式水表管段及超声波水表

技术领域

本实用新型涉及超声波水表技术领域，尤其涉及一种W型反射式水表管段及超声波水表。

背景技术

目前，市场上的超声波水表中，大多数的反射器均位于流道中央，其不仅阻碍流体流动，压力损失大，并且还会形成扰流，使流场中产生大量涡旋，使超声波信号的不稳定；现有水表通常将反射片按照在非缩径段，因而加载流速信息时既有缩颈管内的流速信息，又有部分缩颈管外部的流速信息，具有突变面积，不仅影响其流动稳定性还影响其计量精度。

如如图1所示的公开号为CN108168630B的专利，其公开了一种超声波水表，超声波换能器5位于流道管壁的同侧，反射片2设置在管段内腔中央，位于缩径部流道3的外侧，导致反射片所在区域的流速相对较低，飞行时差较小，突变面积大，影响水表的检测精准度。

因此，现有技术还有待进一步发展。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种W型反射式水表管段及采用该管段的超声波水表，该水表管段将反射片设置在缩径段，测量段采用缩径的矩形截面流道设计，不仅达到无突变面积，并且增大流体流速提高飞行时差，提高超声波信号的稳定性和检测精度。

为解决上述问题，本实用新型提供以下技术方案：

一方面，本申请提供一种W型反射式水表管段，管段的两端分别设置有横截面为圆形的进水段和出水段，进水段和出水段之间设置有横截面为矩形的测量段；测量段为缩径设置，其矩形横截面的长边宽度小于进水段和出水段内径，矩形横截面的短边宽度小于待安装超声波换能器的直径；测量段两端同侧侧壁贯穿设置有换能器安装孔，换能器安装孔对应面的管段内壁分别设置有第一反射片安装槽和第三反射片安装槽，两个换能器安装孔之间的管段内壁设置有第二反射片安装槽，测量段的超声波声道设置为W形。

可选地，所述W型反射式水表管段中，进水段与缩径测量段的内壁连接处设置为倒圆角的圆滑过渡段，出水段与缩径测量段的内壁连接处也设置为圆滑过渡段。

可选地，所述W型反射式水表管段中，换能器安装孔是沿管段侧壁水平设置；管段外壁向外突起形成表托，第一反射片安装槽和第三反射片安装槽是管段内壁向对应的表托处凹陷而成，各凹陷处内壁至少形成一用于固定反射片的第一斜面，第一反射片安装槽和第三反射片安装槽的第一斜面相对设置。

可选地，所述W型反射式水表管段中，第一反射片安装槽和第三反射片安装槽位于矩形横截面的测量段的窄面短边。

可选地，所述W型反射式水表管段中，所述第一斜面的宽度与所在管段内壁宽度相当，用于完全覆盖流道内的流动信息。

可选地，所述W型反射式水表管段中，所述第一斜面的倾斜角范围为50°~75°。

优选地，所述凹陷的第一斜面旁的内壁设置为第二斜面，第二斜面设置为与被第一斜面反射的超声波传播方向相平行。

可选地，所述W型反射式水表管段中，所述超声波水表的管段整体为一体成型结构；管段整体为塑料材质。

可选地，所述W型反射式水表管段中，换能器安装孔所处的管段外壁水平延伸形成换能器安装座，换能器安装孔贯穿换能器安装座和管段内壁。

另一方面，本申请还提供一种超声波水表，其包括前述的W型反射式水表管段、安装在换能器安装孔中的超声波换能器、分别安装在第一反射片安装槽和第三反射片安装槽的第一斜面上的第一反射片和第三反射片以及安装在第二反射片安装槽的第二反射片。

本实用新型提供的W型反射式水表管段及超声波水表具有以下有益效果：

1.该水表采用W型声程布置，将所有反射片安装在嵌入管道壁面内的安装槽中，使反射片几乎不对流体流动产生影响，流体压力损失小，计量稳定性高；充分利用了表托结构扩大反射片的面积，且几乎不对流体流动产生任何影响；充分利用了表托结构不仅能有效增大反射片的面积，并且同时不需要额外增厚管段管壁，降低了水表管段的制造成本。

2.相对于常规水表管段的超声波面积覆盖率仅在45%~70%，本申请的水表管段采用矩形截面的缩颈测量段，不仅能够将超声波面积覆盖率提高至100%，达到加载管段内所有流动信息，而且显著增大该区域的流速，提高飞行时差。

3、现有常规水表反射片没有在缩颈管内部，加载流速信息时既有缩颈管内的流速信息，又有部分缩颈管外部的流速信息，具有突变面积。而本申请的水管管段将超声波所经路径均设置在缩颈管内部，达到无突变面积，提高流动稳定性的效果，还可大幅度地增大飞行时差，提高计量精度。申请人设置对照水表模型（该模型将两反射片设置在缩径管外侧，其他设置与本申请相同，水表管段内缩径横截面也采用矩形），与该对照模型相比，本申请的超声波水表的计量精度提高了3%。

附图说明

图1为现有的超声波水表的结构示意图；

图2为实施例1的W型反射式水表管段的立体图；

图3为W型反射式水表管段的左视图；

图4为图3水表管段的A-A剖视图；

图5为实施例2的超声波水表的主视图；

图6为图5的超声波水表的B-B剖视图；

图7为本申请的超声波水表的俯视图；

图8为图7的超声波水表的A-A剖视图；

图9为图7的超声波水表的C-C剖视图；

图10为图7的超声波水表的A-A剖视立体图；

图11为本申请的超声波水表的仿真速度云图；

图12为本申请的超声波水表的仿真速度矢量图；

图13为本申请的超声波水表的仿真速度流线图；

其中，附图标记说明如下：

进水段11、出水段12、测量段13、换能器安装孔14、表托15、第一斜面15a、第二斜面15b、圆滑过渡段16、螺纹17；第一反射片安装槽151、第二反射片安装槽152、第三反射片安装槽153；超声波换能器2、第一反射片3、第二反射片4、第三反射片5、换能器安装座6、压板7、密封圈8。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域技术人员在没有作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。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的指示的方位或位置关系的术语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。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种W型反射式水表管段，如图2~4所示，该管段的两端分别设置有内腔横截面为圆形的进水段11和出水段12，进水段和出水段之间设置有横截面为矩形的测量段13。

测量段13为缩径设置，其矩形横截面的长边宽度小于进水段和出水段内径，达到缩径效果；该缩径设置可有效提高测量段的流体流速，从而提高飞行时差，且矩形横截面还具有以下优点：首先，采用W型声道时，在横截面积相同的情况下（缩颈横截面积越大，计量精度越低），矩形流道产生的声程远高于圆形流道，能够有效提高计量精度；其次，采用矩形横截面缩径时换能器的超声波覆盖率高于圆形截面缩径的覆盖率，更利于计量精度的提高；而大幅度的缩小圆形缩径截面的尺寸虽然可以提高其超声波覆盖率，但会造成压损的增大。因此，本申请在圆形流道内设置缩径的矩形截面测量段，具有的超声波覆盖率高、声程大且压损小的优点。

测量段的两端的同侧侧壁贯穿设置有换能器安装孔14，所述换能器安装孔为台阶孔，其规格与超声波换能器的形状相匹配。

换能器安装孔对应面的管段内壁分别设置有第一反射片安装槽151和第三反射片安装槽153，两个换能器安装孔14之间的管段内壁设置有第二反射片安装槽152，测量段的超声波声道设置为W形，该管段在水表中的工作原理图见图8。

本实施例中，为了最大程度的降低测流段内各结构对流体的影响，进行如下设置：

换能器安装孔14是测量段侧壁内水平凹陷而成。管段外壁向外突起形成用于支撑管段的表托15，第一反射片安装槽151和第三反射片安装槽153是测量段内壁向对应的表托处凹陷而成，各凹陷处内壁至少形成一用于固定反射片的第一斜面15a，第一反射片安装槽151和第三反射片安装槽153的第一斜面相对设置。

所述第一斜面完全覆盖反射片，这样保证反射片完全嵌入第一反射片安装槽和第三反射片安装槽中，反射片不会因部分暴露在流道中导致其对流道中的流体流动有所干扰。

第二反射片安装槽152是管段侧壁水平内陷而成，第二反射片安装槽152的规格与待安装的反射片的规格一致，确保安装后的反射片完全嵌入管壁内，不会对流道内流体造成扰流。

优选地，反射片覆盖整个第一斜面，这样设置使第一斜面的宽度最大化，最大程度的扩大安装其上的反射片的面积。优选地，所述第一斜面与管段内壁的倾斜角范围为50°~75°。

优选地，所述反射片采用单侧镜面处理过的不锈钢304，反射片与上述第一斜面的固定方式为粘接或热熔。

上述三种反射片安装槽都是测量段内壁内陷而成，不仅便于容纳对应的反射片，使反射片嵌入到管段内壁中，达到几乎不对流体流动产生影响，最大程度的降低反射片对流体的干扰，使超声波信号保持较为稳定。

将第一反射片安装槽151和第三反射片安装槽153设置为向表托内壁凹陷，不仅能最大程度地增大反射片的面积，并且同时不需要额外增厚管段管壁，降低了水表管段的制造成本。

本实施例中，第一反射片安装槽151和第三反射片安装槽153位于矩形横截面的测量段的窄面短边。第二反射片安装槽151位于测量段的矩形横截面的另一侧短边上。这种设置更利于提高飞行时差，提高水表的检测精度。

优选地，测量段的矩形横截面的长边不大于（D ²-d ²）^1/2，其中，D为进水段/出水段的内径（进出水段的内径一致）；d为换能器直径，也为换能器安装孔的内径。这样设置后保证测量段的矩形流道表面无突起、无凹坑，避免旋流发生。

如图9所示，测量段的矩形横截面的短边宽度小于待安装超声波换能器的直径。这样设置使反射片覆盖率提高至100%，较传统反射片覆盖率提高30%以上，保证完全反应流道流动信息。

本实施例中，进一步的，所述凹陷（即第一/第二反射片安装槽）的第一斜面对应的另一侧内壁设置为第二斜面15b，斜面的设置避免扰流的形成；第二斜面与相邻的管段水平内壁的夹角为50~75°。优选地，第二斜面设置为与被第一斜面反射的超声波传播方向相平行。这样有效避免其对反射的超声波造成任何阻碍。

基于此设计，如图4所示，第一反射片安装槽151和第三反射片安装槽153的截面呈V形结构；第一反射片安装槽151和第三反射片安装槽153的最深处位于表托内壁中。

为了降低所述水表管段的加工成本及提高密封性，所述超声波水表的管段整体为一体成型结构。优选地，管段整体采用塑料材质。

其他实施例中，所述进水段11、出水段12和测量段13为分体设置，三者进行固定连接，如螺接、卡接或粘接。

本实施例中，进水段和出水段的外壁设置螺纹17，进水段和出水段分别通过螺纹与其他管体进行螺接，螺接处安装密封圈。其他实施例中，进水段和出水段也可采用其他可拆卸的连接方式与其他结构进行密封连接。

进一步地，进水段11与缩径测量段的内壁连接处设置为倒圆角的圆滑过渡段16，出水段12与缩径测量段的内壁连接处也设置为圆滑过渡段。圆滑过渡段的设置可减小连接处的流动压力损失，也避免产生紊流。

为了便于超声波换能器与换能器安装孔14内壁之间的密封连接，换能器安装孔处的管段外壁水平延伸形成换能器安装座6，换能器安装孔14贯穿换能器安装座和管段内壁。

安装时，将超声波换能器和换能器安装孔14之间夹设密封圈8，在超声波换能器外侧安装与换能器安装座6固定连接的压板7，通过压板7对超声波换能器底部的密封圈施加压力，保证超声波换能器与换能器安装孔14内壁的密封性，避免漏水问题。

实施例2

本实施例提供一种超声波水表，如图5~10所示，该超声波水表采用实施例1中的W型反射式水表管段，该水表还包括固定在换能器安装孔中的超声波换能器2、分别固定在第一反射片安装槽151和第三反射片安装槽153的第一斜面上的第一反射片3和第三反射片5以及安装在第二反射片安装槽152的第二反射片4。

所述第一反射片、第二反射片和第三反射片优先采用不锈钢材质（如不锈钢304），该材料易见，防锈性能好，反射面易加工成镜面形式。

优选地，换能器安装座外侧固定连接有压板7。本实施例中，所述压板上设有多个对称分布的螺孔，压板7与换能器安装座6之间通过螺钉进行固定连接。连接在换能器安装座上的压板将超声波换能器固定在换能器安装孔中，不仅保证超声波换能器位置稳定。

所述压板上设有供换能器的引线穿过的穿线孔71；超声波换能器2与换能器安装孔14内壁之间安装有密封圈8，在压板的配合下，确保换能器安装孔处的密封性。

本实施例中，所述换能器安装座与管段为一体结构；其他实施例中，所述换能器安装座与管段为密封式固定连接。

实验测试

通过利用ANSYS fluent软件对本实施例的超声波水表进行流体动力学仿真测试，得到如图10~13的仿真速度云图、仿真速度矢量图和仿真速度流线图。

从这三张图中可看出，第一反射片和第三反射片嵌入缩颈管的表托所处管壁凹槽内，凹槽内为流体死区，几乎无流体流动，对缩颈管内的流体流动不产生扰动效果；缩颈管内流体皆为水平方向流动，呈现出无径向扰流。上述结果说明，本申请提供的水表管段的反射片设置巧妙，几乎不对流体流动产生影响，不造成扰流。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术方案及本实用新型构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本实用新型所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种W型反射式水表管段，其特征在于，管段的两端分别设置有横截面为圆形的进水段（11）和出水段（12），进水段和出水段之间设置有横截面为矩形的测量段（13）；测量段为缩径设置，其矩形横截面的长边宽度小于进水段和出水段内径，矩形横截面的短边宽度小于待安装超声波换能器的直径；测量段两端同侧侧壁贯穿设置有换能器安装孔（14），换能器安装孔对应面的管段内壁分别设置有第一反射片安装槽（151）和第三反射片安装槽（153），两个换能器安装孔（14）之间的管段内壁设置有第二反射片安装槽（152），测量段的超声波声道设置为W形。

2.根据权利要求1所述的W型反射式水表管段，其特征在于，进水段（11）与缩径测量段的内壁连接处设置为倒圆角的圆滑过渡段（16）；出水段（12）与缩径测量段的内壁连接处也设置为圆滑过渡段。

3.根据权利要求2所述的W型反射式水表管段，其特征在于，管段整体为一体成型结构；管段整体为塑料材质。

4.根据权利要求3所述的W型反射式水表管段，其特征在于，换能器安装孔（14）是沿管段侧壁水平设置；管段外壁向外突起形成表托（15），第一反射片安装槽（151）和第三反射片安装槽（153）是管段内壁向对应的表托处凹陷而成，各凹陷处内壁至少形成一用于固定反射片的第一斜面（15a），第一反射片安装槽（151）和第三反射片安装槽（153）的第一斜面相对设置。

5.根据权利要求4所述的W型反射式水表管段，其特征在于，第一反射片安装槽（151）和第三反射片安装槽（153）位于矩形横截面的测量段的窄面；测量段的矩形内径的长边长度不大于（D ²-d ²）^1/2；D为进水段/出水段的内径，进出水段的内径一致；d为换能器直径。

6.根据权利要求5所述的W型反射式水表管段，其特征在于，所述第一斜面的宽度与所在管段内壁宽度相当，用于完全覆盖流道内的流动信息。

7.根据权利要求4所述的W型反射式水表管段，其特征在于，所述第一斜面的倾斜角范围为50°~75°。

8.根据权利要求4所述的W型反射式水表管段，其特征在于，所述凹陷的第一斜面旁的内壁设置为第二斜面（15b），第二斜面设置为与被第一斜面反射的超声波传播方向相平行。

9.根据权利要求1所述的W型反射式水表管段，其特征在于，换能器安装孔处的管段外壁水平延伸形成换能器安装座（6），换能器安装孔（14）贯穿换能器安装座和管段内壁。

10.一种超声波水表，其特征在于，包括如权利要求1~9中任一项所述的W型反射式水表管段、安装在换能器安装孔中的超声波换能器（2）、分别安装在第一反射片安装槽（151）和第三反射片安装槽（153）的第一斜面上的第一反射片（3）和第三反射片（5）以及安装在第二反射片安装槽（152）的第二反射片（4）。