CN2618145Y - 一种差压式双锥体环隙节流装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种差压式双锥体环隙节流装置，包括测量管，测量管内设置有节流锥体，节流锥体由迎流锥面和背流锥面组成，其特征在于：同一测量管的内腔中设置有两个节流锥体：位于测量管上游的前节流锥体和位于测量管下游的后节流锥体；节流锥体通过与其背流锥面顶部连接的支承轴紧固在与测量管内圆配合的环形支承上。在本实用新型所确定的结构形式中节流锥体与测量管内圆形成的收缩段长，对流体整流效果好，测量线性范围也可提高，尤其是我国民用天然气之类介质环境的流量计量。当在本实用新型节流装置上配以宽检测范围的差压检测，以及量程可自动迁移的仪表及流量计算机组成的体化流量测量系统，其卓越的计量性能是目前绝大多数流量计无法比拟的。

Description

一种差压式双锥体环隙节流装置

所属技术领域

本实用新型涉及一种差压式双锥体环隙节流装置。

背景技术

以节流装置作为流量检测件的差压式流量计量，是一类历史悠久、应用广泛，用量最大的流量计量方式。为了满足现场实际使用需要，各国流量计量工作者发展了种类繁多的节流装置。本实用新型发明人特别注意到其中一种节流装置的发展，那就是基于环形孔隙节流件做成的节流装置。这种节流装置是使流体流经放置在通流管道中的、与管壁形成环形通流孔隙而产生与流体流量在一定范围内成线性关系的压力差，以此压力差作为检测流量基本参数的一种节流装置。20世纪30年代，美国学者Howell提出了蝶状“环形孔板”节流件，发现：当含有固体微粒的液体或含有液滴的气体流经由这种“环形孔板”节流件组装的节流装置，易于从节流件的环隙通过，不发生积聚，具有抗脏污的能力；60年代英国Nel对“环形孔板”进行了一些改进，通过试验，这种环形孔隙节流装置，在严重旋流作用下，仍能保持较好线性的流出系数。说明环隙节流装置可以在恶劣管道条件下工作。80年代末，美国推出V-cone产品将上述蝶状“环形孔板”的迎流面与背流面改进成锥形廓面，从而相当程度提高了流体在环隙节流装置内的流速分布的线性范围，增大了节流装置流量测量范围度，使量程比达到9∶1，比目前应用较广泛的“标准孔板”节流装置量程比3∶1提高了许多，于80年代中期申请了美国专利，专利号：4,638,672。90年代末，我国王汉卿先生等，在V-cone基础上，将节流件与文丘里管节流廓线结合，提出一种“异型文丘里管”节流装置，专利号：ZL99257650.4，进一步改善了流速分布，量程比提高到≥10∶1。环隙式节流装置发展到V-cone之后，其计量性能已没有明显进步。

上述环隙式节流装置，在流量测量中表现出来的抗脏污能力，以及能在恶劣管道条件中工作的良好性能，很适合目前我国天然气，煤气等介质管输环境下的流量测量。但以本实用新型发明人长期从事计量实践经验认为，上述环隙式节流装置应用到天然气、煤气等的流量计量仍有如下不足：其一，流量测量范围度(即量程比)仍不够大，尤其在不断扩大的民用天然气计量领域，其量程比远不能满足要求。另外，为了得到不同计量用户，即不同流量段的合理的流量测量范围度，对于同一口径的环隙式节流装置，即使如“内文丘里管流量计”的量程比已达10∶1仍需设计不同孔隙的节流件，这对于目前还必须依靠“实流标定”的这种节流装置，多种环隙的使用将加大生产制造与使用的难度。再者，在实际应用中，若同一测量点的流量检测范围变化，需要更换环隙节流件时，其操作也较为麻烦。

本实用新型的目的是提供一种差压式双锥体环隙节流装置，它具有很宽的流量检测范围度，特别适合在民用天然气计量场合使用；当将这种新型环隙节流装置用于流体流量计量时，在流量比50∶1范围内可以不必更换节流件。从而为生产制造与实际使用带来方便。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种差压式双锥体环隙节流装置，包括测量管，测量管内设置有节流锥体，节流锥体由迎流锥面和背流锥面组成，其特征在于：测量管的内腔中设置有两个节流锥体：位于测量管上游的前节流锥体和位于测量管下游的后节流锥体；前节流锥体的迎流锥面母线与测量管内壁内圆所形成的收缩段大于后节流锥体的迎流锥面母线与测量管内壁内圆所形成的收缩段；前节流锥体的背流锥面母线与测量管内壁内圆形成扩散段大于后节流锥体的背流锥面母线与测量管内壁内圆形成扩散段；前节流锥体和后节流锥体的迎流锥面和背流锥面交界处倒棱；倒棱处与测量管内圆之间形成环形节流间隙；间隙的大小决定流量测量的范围段。理想的流量测量范围段是流体通过间隙时，流体流速剖面成线性分布；节流锥体通过与其背流锥面顶部连接的支承轴紧固在与测量管内圆配合的环形支承上。

所述的一种差压式双锥体环隙节流装置，其特征在于：前节流锥的环形支承是一种具有对被测流体可产生流动调整作用的多孔式“劳斯流动整流器”结构，并与前节流锥连接为一个整体；后节流锥的环形支承为由3～4个支撑肋条连接的双环结构，其内环与支承轴配合，外环与测量管配合。

所述的一种差压式双锥体环隙节流装置，其特征在于：节流锥体下游侧的取压孔，在测量管同一径向截面上均匀开孔3～4个，并用环形通流沟槽联通。

本实用新型将两个节流件“串接”在测量管中，前节流锥体采用大环隙，承担流量测量范围内大流量段的检测；后节流锥体采用小环隙，承担流量测量范围内小流量段的检测。当被检测流量是在前节流锥测量线性范围内时，启用前节流锥检测，否则采用后节流锥检测。本实用新型发明人通过对公称通径为50mm，32mm，25mm三种测试管所进行的试验，已得到前节流锥的线性测量范围度≥9∶1，后节流锥的线性测量范围度≥7∶1，其连续测量的范围度已≥50∶1。显然，由于本实用新型的后节流锥体的设计，扩展了节流装置的测量范围度。但试验发现，后节流锥体又制约着测量范围度的更大增加，当需加大前节流锥体上限量程的测量时，流体流量增加，流速提高，这时后节流锥体小环隙产生的阻力加大，限制了流量的增加，也即限制了本实用新型上限量程的拓展。如果采用向小流量方向延伸测量范围度，在流量的最低端时，差压过低的检测又成为困难。因此，选择并通过试验确定前后节流锥体流量检测的分界点是使流量测量范围度最大的关键。理论分析与实验都能证明，在本实用新型所确定的结构形式中节流锥体与测量管内圆形成的收缩段长，对流体整流效果好，测量线性范围也可提高。在本实用新型中，前节流锥体承担的测量范围比后节流锥体大，因而，前节流锥体与测量管内圆形成的收缩段长于后节流锥体收缩段，也即前节流锥体的迎流锥角小于后节流锥体的迎流锥角。同时，在本实用新所确定的结构中，前节流锥体对后节流锥体成为一个影响流速分布的阻尼件，为此本实用新型采用了三个措施予以改善，其一，是在前后节流锥体之间留有足够长的直管段(一般＞2倍测量管径)；其二，将前节流锥体的背流面锥角设计得小一些，以使流体流经前节流锥体后能得到好一些的流体充分发展的恢复；其三，采用一种叫“劳斯流动调整器”的结构形式作为前节流锥体的支撑环。流动调整器是一种消除不正常流动，降低旋流影响，同时还可产生完全正常流速分布廓形的措施，劳斯流动调整器要求的轴向长度小，而且加工容易。

下面通过实施例，并结合附图对本实用新型作进一步描述：

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是实施例中前节流锥的环形支承的结构示意图；

图3是实施例中后节流锥的环形支承的结构示意图；

图4是实施例中取压孔剖面结构示意图

图5为实施例中各定义尺寸的示意图。

具体实施方式：

在图中：

1为测量管，2为前节流锥体，3为后节流锥体；4为前节流锥体的迎流锥面，5为前节流锥体的背流锥面，6为后节流锥体的迎流锥面，7为后节流锥体的背流锥面，8为环形节流间隙，9为支承轴，10为环形支承，11为支撑肋条。12为上游侧的取压孔，13为前节流锥下游侧的取压孔，14为后节流锥下游侧的取压孔，15为环形通流沟槽。

图中所示注明的重要结构尺寸有关系：

L₁＝2D  L₂＝L₃＝L₅＝L₆＝0.5D  L₄＝4D L₇＝L₈＝0.2D D：测量管内径

图中由迎流锥面与背流锥面的交界面直径d₁，d₂是一个关键结构尺寸，直接决定了流量测量范围度，它由设计经验与试验应证，以 $\mathrm{\β}=\frac{\sqrt{D^2-d^2}}{D}$ 表示等效孔径比，则根据本实用新型发明人的经验与实际试验，不同大小测量管的前节流锥体2的β₁取值在0.5～0.6。后节流锥体3的β₂取值在0.3～0.4时，可兼顾整机流量测量范围、前后节流锥体2、3的相互影响、以及两节流锥体2、3测量范围度的衍接。迎流锥面4与背流锥面5交界处倒棱，迎流锥面6与背流锥面7交界处也倒棱，倒棱后的交界面形成的圆面(直径)d的轴向宽度应控制在0.8～1.5mm。

图中前节流锥体2的带调整作用的环形支撑10的设计可参阅孙准清与王建中编著《流量测量节流装置设计手册》第78页“劳斯流动调器”，其轴向尺寸，在推荐的轴向宽度内兼顾对节流件支撑的稳定性。图中后节流锥体3的环形支承10设计成3个或4个支撑肋11的双环结构，可以减小流过后节流锥体3的压损。

使用本实用新型作为流体流量测量时，取图中取压孔12处的压力P₁为上游侧压力，取压孔13处的压力P₂、取压孔14处的压力P₃分别为前节流锥体2与后节流锥体3的下游侧压力，从而形成前节流锥测量差压ΔP₁＝P₁-P₂和后节流锥测量差压ΔP₂＝P₁-P₃。为了得到均衡的P₂，及P₃，本实用新型在L₇，L₈位置的径向剖面上匀均开出三个取压孔13和取压孔14，通过环形通流沟槽15引出。

本实用新型目前采用“实流标定”得到理论流量Q_L与实际流量Q_S关系，即流出系数C。对于差压式节流流量计，其流量Q与流体流经节流件所形成的差压ΔP有关系：

$Q=C\×f\left(\sqrt{\mathrm{\ΔP}}\right)$

因此，要有效地发挥本实用新型宽流量测量的优点，应有一套能在很宽范围内较准确地检测压力差的配套仪表。这点已由本实用新型发明人较好地解决。

本实用新型继承了由“环形孔板”发展起来的一类抗脏污，可在恶劣管道条件下工作的差压式节流装置的优点，采用双β节流孔隙，将其测量范围度达到≥50∶1，成为一种宽量程比的新颖节流装置，符合业内专家在节流装置中提倡并呼吁的定值孔隙概念，特别适合民用天然气，尤其是我国民用天然气之类介质环境的流量计量。当在本实用新型节流装置上配以宽检测范围的差压检测，以及量程可自动迁移的仪表及流量计算机组成的一体化流量测量系统，其卓越的计量性能是目前绝大多数流量计无法比拟的。

Claims (3)

1、一种差压式双锥体环隙节流装置，包括测量管，测量管内设置有节流锥体，节流锥体由迎流锥面和背流锥面组成，其特征在于：测量管的内腔中设置有两个节流锥体：位于测量管上游的前节流锥体和位于测量管下游的后节流锥体；前节流锥体的迎流锥面母线与测量管内壁内圆所形成的收缩段大于后节流锥体的迎流锥面母线与测量管内壁内圆所形成的收缩段；前节流锥体的背流锥面母线与测量管内壁内圆形成扩散段大于后节流锥体的背流锥面母线与测量管内壁内圆形成扩散段；前节流锥体和后节流锥体的迎流锥面和背流锥面交界处倒棱；节流锥体通过与其背流锥面顶部连接的支承轴紧固在与测量管内圆配合的环形支承上。

2、如权利要求1所述的一种差压式双锥体环隙节流装置，其特征在于：前节流锥的环形支承是一种具有对被测流体可产生流动调整作用的多孔式“劳斯流动整流器”结构，并与前节流锥连接为一个整体；后节流锥的环形支承为由3～4个支撑肋条连接的双环结构，其内环与支承轴配合，外环与测量管配合。

3、如权利要求1或2所述的一种差压式双锥体环隙节流装置，其特征在于：节流锥体下游侧的取压孔，在测量管同一径向截面上均匀开孔3～4个，并用环形通流沟槽联通。

Images