内锥－文丘里管组合式变面积流量计

摘要

本发明公开了一种内 锥－文丘里管组合式变面积流量计。包括在法兰上开有高压取压口和在扩张段开有低压取压口的喷嘴型文丘里管，管内装有锥芯，锥芯大端朝向管的大端口，管的大端连接外套圆管，锥芯大端上固接有滑杆，滑杆上套有平衡弹簧并安装在外套圆管的防尘罩中，滑杆能作轴向移动，露出在防尘罩外的滑杆上装有调节螺母。锥芯置于文丘里管下游扩张段内，两者之间形成一个圆环通道。随流量不同，锥芯可前后移动，使得环形通道流通面积发生变化。高压取压口位于文丘里管上游，低压取压口开在文丘里管扩张段的管壁上。所得差压信号经压力变送器转换为电信号，获得流量数据。该流量计具有信噪比高、范围度宽、前后直管段短、耐磨损等优点，适合于流量变化范围较大的蒸汽流量计量，以及实验室内管道流量计量。

说明书

技术领域

本发明涉及流量的测量装置，具体地说是涉及一种内锥-文丘里管组合式变面积流量计。

背景技术

以孔板、喷嘴和文丘里管为代表的差压流量计应用历史悠久、标准规范完善、实践经验丰富成熟、品种规格齐全、成本低、运行可靠，在流量计量中一直占据重要地位。20世纪90年代中后期世界范围内各式差压流量计应用十分广泛，我国差压流量计市场也十分广阔。但是，它也有许多不足之处：如测量精度较低、现场安装条件要求高、范围度窄、输出非线性、流动阻力大等。随着社会经济的发展，人们对流量计提出了更高的要求，上述不足之处对差压式流量计应用的限制越来越多地显露出来。

为了解决这些问题，研究者已经做了大量工作，其中变面积孔板和变面积文丘里管等都取得了一定成功。[Spitzer D.W.，Flow Measurement-practical guidesfor measurement and control，Instrument Society of America，North California(USA)，1991.]提出了变面积孔板流量计，他所设想的变面积孔板流量计中，一个轴对称的锥芯放置于孔板下游，流量变化时压差保持不变，锥体的位移和流量成线形关系，这样锥芯的位移就可以用来指示流量。国内相关研究也有一些，邱宣振[邱宣振，变面积孔板流量计，医药工程设计，1997年第2期。]的论文中给出一种变面积孔板，其中包括一个固定的孔板、一个曲面活动锥体和平衡弹簧。他指出这种流量计输出压差和流量成线性关系，范围度可达100∶1。另外还有人提出一种变面积孔板，其结构与上述流量计不同，采用弹性材料制成孔板，弹性孔板产生挠度效应，动态开孔比β随流体流动的改变而改变。当流量增大时，β增大；流量减小时，β缩小。实验结果表明这种流量计低速流的测量精度较高，而高速流的压头损失小，具有一定实用价值。

变面积文丘里管是为提高文丘里管范围度而进行的设计。Yanagihara和Mochizuki[CVS system with variable area CFV，JSAE 50(3)，1996.(日文)]设计的变面积文丘里管由一个可滑动的文丘里管和一个固定的锥芯组成，锥芯置于文丘里管上游收缩区域内。文丘里管在步进电机的驱动下前后移动，从而改变喉口和锥芯之间流道的面积。Yanagihara等[Yanagihara S.，Mochizuki O.，Sato K.andSaito K.，Variable area venture-type exhaust gas flow meter，JSAE Review 20，1999.]设计的变面积文丘里管流量计中文丘里管是固定的，锥芯同样置于文丘里管上游收缩区域内，锥芯在电机的驱动下可以移动位置。上述两种设计中取压口的位置和常规文丘里管一样位于上游和喉口处，两种设计都可以实现范围度100∶1。

尽管变面积孔板和变面积文丘里管研究取得了一定成功，还存在很多不足之处，例如：变面积孔板存在流动死角，会造成积灰，其入口锐缘造成喘流(漩涡)，增大了信号噪音，并带来磨损等问题，另外，其压头损失明显高于同为节流流量计的文丘里管和喷嘴；变面积文丘里管在获得宽范围度和降低压头损失的同时也付出了代价-设备非常复杂、体积庞大，这在很大程度上损害了其实际应用的潜力。可见，现有的变面积孔板和变面积文丘里管需要进一步改进和完善。

发明内容

为了解决节流式流量计测量精度低、现场安装条件要求高、范围度窄、流动阻力大等问题，本发明的目的在于提供能够测量管内流量变化范围大的空气、蒸汽等流量的一种内锥-文丘里管组合式变面积流量计。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：包括在法兰上开有高压取压口和在扩张段开有低压取压口的喷嘴型文丘里管，喷嘴型文丘里管内装有锥芯，锥芯大端朝向喷嘴型文丘里管的大端口，喷嘴型文丘里管的大端连接外套圆管，锥芯大端上固接有滑杆，滑杆上套有平衡弹簧并安装在外套圆管的防尘罩中，滑杆能作轴向移动，露出在防尘罩外的滑杆上装有调节螺母。所述的锥芯其锥度为15°～30°。

本发明具有的有益的效果是：内锥-文丘里管组合式变面积流量计具有信噪比高、范围度宽、前后直管段短、耐磨损、流动阻力较小等优点。该流量计具体性能参数为：范围度不小于50∶1；精度等级优于±0.5％；重复性优于±0.1％；流出系数不确定度在±0.5％以内；流量计的上游不安装流动调整器的条件下，流量计安装所需的直管段上游小于3D，下游小于1D；信噪比大于1∶0.001。该流量计适合于流量变化范围较大的蒸汽流量计量，以及实验室内管道流量计量。

附图说明

附图是内锥-文丘里管组合式变面积流量计结构原理示意图。

图中：1-高压取压口；2-喷嘴型文丘里管；3-低压取压口；4-锥芯；5-外套圆管；6-滑杆；7-平衡弹簧；8-支撑；9-防尘密封垫圈和螺母；10-法兰；11-调节螺母；12-防尘罩。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如附图所示，本发明包括在法兰上开有高压取压口1和在扩张段开有低压取压口3的喷嘴型文丘里管2，喷嘴型文丘里管2内装有锥芯4，锥芯4大端朝向喷嘴型文丘里管2的大端口，喷嘴型文丘里管2的大端连接外套圆管5，锥芯4大端上固接有滑杆6，滑杆6两端用防尘密封垫圈和螺母9密封，滑杆6上套有平衡弹簧7并安装在外套圆管5的防尘罩12中，防尘罩12用支撑8支撑在外套圆管5中间，滑杆6能作轴向移动，露出在防尘罩12外的滑杆6上装有调节螺母11，10为法兰。所述的锥芯4其锥度为15°～30°。

实际应用中将高压取压口1对应的法兰与入口管道连接，当流量变化时，流体施加给锥芯4的力发生变化，平衡弹簧7伸长或者缩短，通过滑杆6带动锥芯4前后移动，环形通道内的流通面积发生变化，同时高压取压口1和低压取压口3之间的压差也相应发生变化。将此压差接入差压变送器，根据流量-压差标定曲线或公式和所测得的压差就可以获得对应的流量。

本发明的工作原理如下：

流量计由喷嘴型文丘里管2、锥芯4、平衡弹簧7和辅助零部件组成(见附图所示)。锥芯4置于喷嘴型文丘里管2下游的扩张段区域内，工质从左侧流入，右侧流出，流速变化时，锥芯4可前后移动，直到流体施加给锥芯4的力和平衡弹簧7的反力达到平衡。同时，喷嘴型文丘里管2扩张段内壁和锥芯4之间的流通通道面积增大或者减小，流动速度相对降低或增大。这种设计避免了孔板流量计的流动死角问题，而结构上比现有变面积文丘里管要简单，尺寸也能够得以缩小。高压取压口和常规文丘里管一样，位于文丘里管上游，这里采用角接法兰取压；低压取压口和常规文丘里管流量计不同，开在文丘里管扩张段的管壁上，这是该变面积流量计所必需的，因为这里的流通面积是随流量变化的。考虑到经过喉口收缩和环形通道的整流作用，环形通道内流动更加稳定，输出的压差信号脉动减小，提高了信噪比(即提高测量灵敏度或分辨率)，信号更加平稳。此外，设计中还考虑了轴承密封、弹簧罩筒防尘等细节问题，使设计能满足实际应用条件。