專利名稱：調(diào)節(jié)錐式差壓流量計的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及流動測量技術領域，特別是涉及一種環(huán)形進口流量測量的調(diào)節(jié)錐式差 壓流量計。
背景技術：
節(jié)流式差壓流量計是根據(jù)伯努利定律通過測量流體流動過程中產(chǎn)生的差壓信號 來測量流量，常用的節(jié)流式差壓流量計有孔板流量計、噴嘴流量計和文丘利管流量計等標 準流量計。標準流量計結(jié)構(gòu)簡單、使用時間長、不需要單獨標定，所以在流量測量儀表中占 據(jù)主要地位，但標準流量計規(guī)定了它所適應的流體種類、流體流動條件以及對管道條件、安 裝條件、流體參數(shù)等要求，特別是對節(jié)流件上下游側(cè)的直管段長度具有嚴格的規(guī)定，即使是 直管段長度最短的經(jīng)典文丘利管，其上游側(cè)必要的直管段長度也要求達到約10D，而下游側(cè) 的直管段長度要求達到5D。這樣對于實際條件中上游側(cè)的空間非常有限，并且來游入口在 進入流量測量以前還需要進行一次環(huán)形轉(zhuǎn)彎流動，這樣的惡劣條件對于流量的準確測量產(chǎn) 生了相當大的影響。盡管標準型節(jié)流式差壓流量計具有不需單獨標定等優(yōu)點，但是在安裝空間不夠、 環(huán)形入口、小驅(qū)動壓頭、高溫高壓并且能進行阻力系數(shù)調(diào)節(jié)等條件下其使用受到了很大限 制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制造、適用于環(huán)形入口條件、流量計 節(jié)流件的上下游側(cè)空間受限、阻力調(diào)節(jié)可靠的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計。為達到上述目的，提供一種依照本發(fā)明實施方式的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其包括 環(huán)形入口段以及位于所述環(huán)形入口段的底部的流量調(diào)節(jié)錐、由下而上依次設置于所述流量 調(diào)節(jié)錐的上方的圓錐形收縮段、圓筒形喉部段和圓錐形擴散段，以及沿與圓筒形喉部段的 軸線垂直的方向布置于所述環(huán)形入口段內(nèi)的差壓信號測量管。優(yōu)選地，差壓信號測量管沿與圓筒形喉部段的軸線垂直的方向布置于圓筒形喉部 段。優(yōu)選地，所述流量調(diào)節(jié)錐包括一字形調(diào)節(jié)口、螺紋桿和圓錐體，所述螺紋桿的一端 由圓錐體的底部伸入其內(nèi)，另一端連接所述調(diào)節(jié)口。優(yōu)選地，所述流量調(diào)節(jié)錐的高度為80mm-100mm。優(yōu)選地，所述圓錐體的底面圓直徑為90mm，母線長度為90mm，頂角為60°。優(yōu)選地，所述圓錐形收縮段與所述環(huán)形入口段的底面之間的距離為圓錐形收縮段 的入口圓直徑的1/4。上述技術方案具有如下優(yōu)點通過合理設計流量計調(diào)節(jié)錐的高度和底面圓錐面直 徑，能夠?qū)Π惭b空間不夠、環(huán)形入口條件下的流體流動進行精細的流量測量；由于圓錐形收 縮段與環(huán)形入口段之間距離的合理設計，使得該調(diào)節(jié)錐流量計在流體流過節(jié)流件后不能恢復到原來的壓力損失遠較相同測量條件下的標準節(jié)流式差壓流量計的壓力損失?。辉摿髁?計結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制造、流動阻力可連續(xù)調(diào)節(jié)，可用于熱工水力學試驗研究中小驅(qū)動壓 頭及高溫高壓流體流動的流量測量。


圖1是依據(jù)本發(fā)明實施方式的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明實施方式的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計的流量調(diào)節(jié)錐結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明實施方式的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計在常溫常壓條件下隨調(diào)節(jié)錐 高度變化實驗得到的壓差-流量關系曲線；圖4是依據(jù)本發(fā)明實施方式的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計在常溫常壓條件下流量計阻 力系數(shù)隨進口流量的變化關系曲線；圖5是依據(jù)本發(fā)明實施方式的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計在常溫常壓條件下入口調(diào)節(jié) 阻力隨調(diào)節(jié)錐高度的變化關系曲線；圖6是依據(jù)本發(fā)明實施方式的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計在常溫常壓條件下實驗得到 的節(jié)流件Re數(shù)_流量系數(shù)關系曲線。其中，1 環(huán)形入口段；2 流量調(diào)節(jié)錐；3 圓錐形收縮段；4 圓筒形喉部段；5 圓錐 形擴散段；6 差壓信號測量管；7 調(diào)節(jié)口 ；8 螺紋桿；9 圓錐體。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施 例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。如圖1和圖2所示，該調(diào)節(jié)錐式差壓流量計主要由環(huán)形入口段1、流量調(diào)節(jié)錐2、圓 錐形收縮段3、圓筒形喉部段4、圓錐形擴散段5及差壓信號測量管6組成，其中所述流量調(diào) 節(jié)錐2位于所述環(huán)形入口段的底部，圓錐形收縮段3、圓筒形喉部段4和圓錐形擴散段5由 下而上依次設置于所述流量調(diào)節(jié)錐2的上方，差壓信號測量管6沿與圓筒形喉部段4的軸 線垂直的方向布置于所述環(huán)形入口段內(nèi)。其中所述流量調(diào)節(jié)錐2具體又由“一”形調(diào)節(jié)口 7、 螺紋桿8和圓錐體9組成，所述螺紋桿的一端由圓錐體的底部伸入其內(nèi)，另一端連接所述調(diào) 節(jié)口。所述流量調(diào)節(jié)錐的高度優(yōu)選為80mm-100mm。所述圓錐體的底面圓直徑優(yōu)選為90mm， 母線長度優(yōu)選為90mm，頂角優(yōu)選為60°。所述圓錐形收縮段與所述環(huán)形入口段的底面之間 的距離優(yōu)選為圓錐形收縮段的入口圓直徑的1/4。流量測量裝置豎直放置，流體受重力作用或依靠其它受力作用形成一定的初始速 度通過環(huán)形入口段1流入，在環(huán)形入口段1的底部產(chǎn)生環(huán)形轉(zhuǎn)彎，流體在環(huán)形入口段1的底 部流量調(diào)節(jié)錐2的調(diào)節(jié)作用下，轉(zhuǎn)彎沿流線流入流量計的圓錐形收縮段3內(nèi)，隨著圓錐形收 縮段3的流道截面面積變小，流體流動的流速增加，流體壓力減小。接著流體經(jīng)過圓筒形喉 部段4，到達圓錐形擴散段5內(nèi)，然后進入管道。在圓筒形喉部段4內(nèi)的近壁處布置有差壓 信號測量管6的內(nèi)測點A，而在與內(nèi)測點A相同高度的環(huán)形入口段1內(nèi)布置一個外側(cè)點B， 將內(nèi)測點A和外測點B測得的差壓值送入差壓變送器，即可得到流體流經(jīng)喉部截面的差壓 值。圖3所示為常溫常壓條件下不同調(diào)節(jié)錐高度的壓差-流量變化關系。圖4所示為常溫常壓條件下流量計阻力系數(shù)隨進口流量的變化關系曲線。(圖4中的阻力系數(shù)定義為 結(jié)合圖3和圖4進行分析可見，本發(fā)明所提供的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其壓差-流 量變化關系平滑，差壓隨流量變化敏感。圖5所示為常溫常壓條件下入口阻力隨調(diào)節(jié)錐高度的變化關系。本發(fā)明所提供的 調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，通過適當范圍內(nèi)的調(diào)節(jié)錐高度調(diào)節(jié)(本發(fā)明中優(yōu)選80mm-100mm之 間)，得到的阻力_調(diào)節(jié)錐高度的變化關系平滑。對于一般流量計中的流體流動，根據(jù)總流的伯努利方程可得到質(zhì)量流量G與差壓 AP之間的關系為 在上式中，G 流體的質(zhì)量流量(工況下)，kg/s ；C:流出系數(shù)；e 被測介質(zhì)的可膨脹系數(shù)，對于不可壓縮流體￡ = 1(取￡ = 1)，氣體、蒸氣等 可壓縮流體￡ < 1 ；AP:流量計差壓(即測量點A和測量點B之間的差壓)，Pa;D 流量計上游管道直徑，m ；p 工作狀況下，流量計上游處流體的密度，kg/m3。0 等效直徑比，又稱為“節(jié)流比系數(shù)”，用以描述一個節(jié)流裝置的節(jié)流程度。在數(shù) 值上，其等于節(jié)流裝置在節(jié)流件處的最小流通面積與節(jié)流裝置內(nèi)部截面積比值的平方根。 在本實施例中，0值的大小與流量調(diào)節(jié)錐2在環(huán)形入口段底部的上升高度相對應。此外，本實施例中因流出系數(shù)C和等效直徑比0都隨著調(diào)節(jié)錐的上升高度而變 化，為減少變化量，從而利用流量系數(shù)a關聯(lián)流出系數(shù)C和等效直徑比0，得到
(2)進而聯(lián)立關系式(1)和(2)可得，質(zhì)量流量G與流量系數(shù)a之間的關系為
(3)根據(jù)質(zhì)量流量G與流量系數(shù)a之間的上述關系式，則可得到常溫常壓條件下隨著 調(diào)節(jié)錐高度的變化，節(jié)流件的Re數(shù)與流量系數(shù)a的關系曲線如圖6所示。根據(jù)本發(fā)明中的實驗研究所得到流量系數(shù)a的取值范圍在0. 4 1. 2之間。則 基于不同調(diào)節(jié)錐高度條件下已經(jīng)獲取的流量系數(shù)a，在實際使用流量計時根據(jù)測量得到的 流量計差壓值，就可以通過上式的壓差-流量方程求取在不同入口阻力條件下實際流體流 動的流量數(shù)值。本發(fā)明中的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計阻力調(diào)節(jié)范圍寬，能夠滿足不同阻力調(diào)節(jié)要求。為進行高溫高壓下的流量測量，可通過以下步驟實現(xiàn)。根據(jù)上面公式中獲取的不同調(diào)節(jié)錐高度條件下的流量系數(shù)a，確定常溫常壓條件 下隨著調(diào)節(jié)錐高度的變化，節(jié)流件的Re數(shù)與流量系數(shù)a的函數(shù)關系式為
a = O (ReD)根據(jù)差壓變送器讀數(shù)，測得高溫高壓條件下的差壓Ap’，在幾何結(jié)構(gòu)完全相同和 歐拉相似的條件下，根據(jù)常溫常壓時的流量G-差壓Ap關系，初步估算高溫高壓時的流量 G，值。根據(jù)估算的高溫高壓時的流量G’值以及高溫高壓條件下流體介質(zhì)(水)的物理 性質(zhì)，計算高溫高壓條件下的節(jié)流件Re’數(shù)。根據(jù)步驟(1)中獲得的常溫常壓下的節(jié)流件Re數(shù)與流量系數(shù)a函數(shù)關系式，由 步驟(3)中的高溫高壓Re’，求得到高溫高壓下的流量系數(shù)a ’。依據(jù)質(zhì)量流量G與流量系數(shù)a之間的關系式，以及步驟(4)中所求得的流量系數(shù) a ’，計算高溫高壓條件下的流量G’值。比較步驟(2)中估算的流量G’值與步驟(5)中計算的流量G’值，如果在誤差允 許的范圍內(nèi)，則認為步驟(5)中計算得到的高溫高壓下的流量G’值為真實值。否則，以步 驟(5)中計算的流量G’值為基礎，重復步驟(3)-步驟(6)計算，直至誤差滿足要求，最后 得到的流量值即為高溫高壓下的流量G’值。由以上實施例可以看出，本發(fā)明實施例通過合理設計流量計調(diào)節(jié)錐的高度和底面 圓錐面的直徑，能夠?qū)Π惭b空間不夠、環(huán)形入口條件下的流體流動進行精細的流量測量；由 于圓錐形收縮段與環(huán)形入口段之間距離的合理設計，使得該調(diào)節(jié)錐流量計在流體流過節(jié)流 件后不能恢復到原來的壓力損失遠較相同測量條件下的標準節(jié)流式差壓流量計的壓力損 失??；該流量計結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制造、流動阻力可連續(xù)調(diào)節(jié)，可用于熱工水力學試驗研 究中小驅(qū)動壓頭及高溫高壓流體流動的流量測量。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型 也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其特征在于，所述調(diào)節(jié)錐式差壓流量計包括環(huán)形入口段(1)以及位于所述環(huán)形入口段的底部的流量調(diào)節(jié)錐(2)、由下而上依次設置于所述流量調(diào)節(jié)錐(2)的上方的圓錐形收縮段(3)、圓筒形喉部段(4)和圓錐形擴散段(5)，以及沿與圓筒形喉部段(4)的軸線垂直的方向布置于所述環(huán)形入口段內(nèi)的差壓信號測量管(6)。
2.如權利要求1所述的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其特征在于，差壓信號測量管(6)沿與圓 筒形喉部段(4)的軸線垂直的方向布置于圓筒形喉部段(4)。
3.如權利要求2所述的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其特征在于，所述流量調(diào)節(jié)錐(2)包括 “一”形調(diào)節(jié)口(7)、螺紋桿(8)和圓錐體(9)，所述螺紋桿(8)的一端由圓錐體(9)的底部 伸入其內(nèi)，螺紋桿(8)的另一端連接所述調(diào)節(jié)口(7)。
4.如權利要求3所述的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其特征在于，所述流量調(diào)節(jié)錐(2)的高度 為 80mm-100mmo
5.如權利要求4所述的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其特征在于，所述圓錐體(9)的底面圓直 徑為90mm，母線長度為90mm，頂角為60°。
6.如權利要求1-5任一項所述的調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其特征在于，所述圓錐形收縮 段⑶與所述環(huán)形入口段⑴的底面之間的距離為圓錐形收縮段⑶的入口圓直徑的1/4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種調(diào)節(jié)錐式差壓流量計，其包括環(huán)形入口段(1)以及位于所述環(huán)形入口段的底部的流量調(diào)節(jié)錐(2)、由下而上依次設置于所述流量調(diào)節(jié)錐(2)的上方的圓錐形收縮段(3)、圓筒形喉部段(4)和圓錐形擴散段(5)，以及沿與圓筒形喉部段(4)的軸線垂直的方向布置于所述環(huán)形入口段內(nèi)的差壓信號測量管(6)。該流量計結(jié)構(gòu)簡單、易于加工制造、流動阻力可連續(xù)調(diào)節(jié)，可用于熱工水力學試驗研究中小驅(qū)動壓頭及高溫高壓流體流動的流量測量。
文檔編號G01F1/36GK101876562SQ20091024189
公開日2010年11月3日 申請日期2009年12月14日 優(yōu)先權日2009年12月14日
發(fā)明者孫艷飛, 王鼎渠, 賈海軍, 銀華強, 陳鳳 申請人:清華大學