專利名稱：基于長(zhǎng)喉頸文丘里的雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于濕氣氣液兩相流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于長(zhǎng)喉頸文丘里的雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
濕氣作為氣液兩相流的一種特殊形態(tài)，廣泛存在于自然界和工業(yè)領(lǐng)域中。氣體或液體單獨(dú)流動(dòng)時(shí)流動(dòng)規(guī)律基本相同，都遵從流體的連續(xù)性方程和伯努利方程，數(shù)學(xué)模型也都基本相似。當(dāng)它們共同存在并同時(shí)流動(dòng)時(shí)，由于兩相流體的介質(zhì)特性存在較大的差異，如摩阻系數(shù)、流體密度與粘度等物性參數(shù)各不相同，加上工況壓力、兩相速度滑差影響，使得氣液兩相的流動(dòng)與單相流動(dòng)相比更為復(fù)雜，在單相流動(dòng)中的許多準(zhǔn)則關(guān)系和分析方法都不能直接應(yīng)用到氣液兩相的研究中。近幾十年來(lái)，由于傳統(tǒng)工業(yè)和新興工業(yè)，如石油天然氣工業(yè)、化學(xué)工程、冶金工程、核反應(yīng)堆工程、航空航天工程等領(lǐng)域的急速發(fā)展，對(duì)濕氣氣液兩相流的測(cè)量技術(shù)提出了越來(lái)越高地要求，同時(shí)也推動(dòng)了該項(xiàng)技術(shù)更加深入快速地發(fā)展。然而已有的研究成果表明，這一領(lǐng)域的測(cè)量問(wèn)題難度仍然很大，在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)都將是該域備受關(guān)注的重要研究方向之中國(guó)專利ZL 200810151346. 6提出了一種雙差壓節(jié)流濕氣測(cè)量裝置，由直管內(nèi)嵌普通錐形芯體和標(biāo)準(zhǔn)文丘里兩個(gè)節(jié)流裝置構(gòu)成。實(shí)踐證明，該設(shè)計(jì)存在以下缺點(diǎn)(1)錐形芯體作為檢測(cè)元件之一，盡管可以貢獻(xiàn)一個(gè)差壓測(cè)量信息，但在確保兩個(gè)節(jié)流裝置的差異性和滿足公共交叉測(cè)量范圍時(shí)出現(xiàn)了矛盾，這意味著該裝置的測(cè)量能力受到限制，量程比不足三分之一，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)流量變化范圍較大的工況條件下使用受到限制；(2)該專利裝置采用兩種節(jié)流元件用于濕氣測(cè)量，復(fù)雜度高，成本高；(3)該專利裝置的錐形芯體與管路安裝方式采取焊接工藝，兩者的同軸度難以保證，使得相同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的測(cè)量裝置加工不一致性明顯，導(dǎo)致裝置標(biāo)定工作量大；(4)該專利裝置的文丘里喉部依照標(biāo)準(zhǔn)文丘里設(shè)計(jì)，深入研究表明，液相通過(guò)喉部時(shí)加速距離不足，導(dǎo)致氣液兩相混合不夠充分，影響喉部取壓信號(hào)質(zhì)量；(5)該專利裝置的文丘里擴(kuò)張段擴(kuò)張角度設(shè)計(jì)不理想，使得下游擴(kuò)張段容易導(dǎo)致回流，形成積液，最終影響系統(tǒng)對(duì)更高液相含率的辨識(shí)能力；(6)該專利裝置中取壓方式為單點(diǎn)取壓，采用外掛式獨(dú)立的小型氣液隔離罐實(shí)現(xiàn)氣液隔離兼取壓，測(cè)量信號(hào)的信噪比低，氣液隔離效率低；(7)該專利裝置中全部排污閥位于氣液隔離罐下端，其現(xiàn)有設(shè)計(jì)不能實(shí)現(xiàn)隔離罐與測(cè)量主管路的整體同步排污；(8)該專利裝置中全部氣液隔離罐位于計(jì)量管的一側(cè)，影響著整體裝置的重量平衡性，安裝后由于旋轉(zhuǎn)扭矩的存在，影響裝置的安全及使用壽命?！短旖虼髮W(xué)學(xué)報(bào)》2012年第2期發(fā)表的“基于長(zhǎng)喉徑文丘里管的雙差壓濕氣流量測(cè)量” 一文，提出了一種基于長(zhǎng)喉頸單文丘里管的雙差壓濕氣流量測(cè)量方法，該方法中引用了“文丘里管收縮段差壓、擴(kuò)張段差壓”作為關(guān)鍵測(cè)量參數(shù)進(jìn)行相關(guān)建模。實(shí)踐證明，該實(shí)驗(yàn)用裝置存在以下缺點(diǎn)(1)每一取壓位置均采取在管壁上直接取壓方式，且只有一個(gè)取壓點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用細(xì)長(zhǎng)管將取壓位置的壓力引致外掛式獨(dú)立氣液隔離罐，氣液隔離效率低，壓力測(cè)量信號(hào)信噪比低，重復(fù)性不理想；(2)喉部長(zhǎng)度不足，僅為喉部?jī)?nèi)徑的2. 8倍(3)喉部取壓位置不夠理想，該文章僅在喉部上下游處取壓，取壓位置不是最佳位置；(4)擴(kuò)張段的擴(kuò)張角度不理想，當(dāng)液相含率較大時(shí)，易出現(xiàn)回流現(xiàn)象，下游差壓信號(hào)失去意義，無(wú)法使用，因此最終模型的適用范圍有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，優(yōu)化文丘里測(cè)量管道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并改進(jìn)濕氣兩相流量測(cè)量裝置的取壓方式，提供一種更加適用于濕氣兩相流量測(cè)量的裝置，即基于長(zhǎng)喉頸文丘里的雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置。本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種基于長(zhǎng)喉頸文丘里的雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置，包括文丘里測(cè)量管道、第一差壓變送器和第二差壓變送器，所述的文丘里測(cè)量管道的喉部長(zhǎng)度為喉部直徑的Γ8倍之間，在文丘里測(cè)量管道的上游、喉部中下游位置及下游處各設(shè)置一個(gè)取壓處，在文丘里測(cè)量管道的每個(gè)取壓處與軸線垂直的同一平面的管壁上開(kāi)設(shè)四個(gè)內(nèi)部取壓孔，水平方向最大直徑處兩個(gè)，垂直方向最大值徑處兩個(gè)，在四個(gè)內(nèi)部取壓孔的外周固定一個(gè)環(huán)室結(jié)構(gòu)，該環(huán)室與文丘里測(cè)量管道本體同軸，固定于文丘里測(cè)量管道本體取壓處外壁上，形成具有一定容量空間的氣液隔離腔室，在腔室垂直軸線的上方開(kāi)設(shè)有接對(duì)外引壓管的引壓口 ；在腔室垂直軸線的下方開(kāi)設(shè)有接對(duì)外排污管的排污口 ；從上游和喉部中下游位置兩個(gè)取壓處接出的對(duì)外引壓管分別接到第一差壓變送器，從喉部中下游位置取壓處和下游兩個(gè)取壓處接出的對(duì)外引壓管分別接到第二差壓變送器；從上游取壓處接出的對(duì)外引壓管還連接到一個(gè)壓力變送器。作為優(yōu)選實(shí)施方式，引壓口和排污口均與四個(gè)內(nèi)部取壓孔不在一個(gè)平面上；所述環(huán)室的內(nèi)徑為文丘里測(cè)量管道內(nèi)徑的1.1 2. 5倍之間，腔室內(nèi)長(zhǎng)為測(cè)量裝置內(nèi)徑的O. 8倍 2. 5之間，內(nèi)部取壓孔的孔徑與管道內(nèi)徑之比在O. 05、. 15之間，內(nèi)部取壓孔的高度與管道內(nèi)徑之比在O. 06、. 2之間。文丘里測(cè)量管道擴(kuò)張段的擴(kuò)張角度為Γ6°。下游取壓處距離文丘里擴(kuò)張管段出口之間的距離為管道內(nèi)徑的59倍。

本發(fā)明給出的長(zhǎng)喉頸文丘里濕氣兩相流測(cè)量裝置具有以下的有益效果(I)采用復(fù)合型一體化環(huán)室氣液隔離取壓器取壓，該取壓器為具有一定氣液容量的環(huán)形腔室，可容納測(cè)量主管路取壓面上的4個(gè)取壓孔，能夠?qū)崿F(xiàn)氣液的快速有效隔離，整體裝置的重量平衡性好，測(cè)量信號(hào)信噪比低，重復(fù)性好；(2)本發(fā)明加長(zhǎng)了喉頸長(zhǎng)度，改進(jìn)了喉部取壓位置，給出了下游直管段上的取壓位置，優(yōu)化了擴(kuò)張段的擴(kuò)張角度。


圖1長(zhǎng)喉頸文丘里雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置系統(tǒng)圖，(a)為主視圖，(b)為左視圖。圖2長(zhǎng)喉頸文丘里雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置環(huán)室取壓處細(xì)節(jié)圖。圖3濕氣測(cè)量裝置中的環(huán)室氣液隔離取壓器結(jié)構(gòu)示意圖(a)為主視圖，(b)為剖面圖。

如下1壓力變送器，21第一差壓變送器22第二差壓變送器，3溫度變送器，4兩閥組，5環(huán)室取壓器，6引壓管接取壓裝置，7引壓管接排污裝置，8排污閥，9長(zhǎng)喉頸文丘里節(jié)流裝置喉部，10測(cè)量管道，11氣液隔離腔室，12取壓孔
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳述。本發(fā)明為一種基于長(zhǎng)喉頸文丘里的雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置。與本發(fā)明區(qū)別于以往的濕氣流量測(cè)量裝置在于采用在優(yōu)化設(shè)計(jì)文丘里結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用了一種環(huán)室氣液隔離取壓器作為取壓機(jī)構(gòu)。兩變送器在喉部的取壓共用一個(gè)環(huán)室氣液隔離取壓器。上游入口處裝有壓力變送器，該變送器的引壓管可由第一差壓變送器的上游引壓管旁路引出，溫度變送器固定在裝置下游，用于測(cè)量管路內(nèi)的溫度。如圖1所示，本發(fā)明裝置，測(cè)量管道為文丘里測(cè)量管道，本發(fā)明裝置在上游和喉部9分別取壓，連接到第一差壓變送器21上，在下游和喉部9分別取壓，連接到第二差壓變送器22上，即在測(cè)量管道的上游、喉部9和下游處設(shè)置三個(gè)取壓點(diǎn)，每個(gè)取壓點(diǎn)固定一個(gè)環(huán)室結(jié)構(gòu)的取壓室5，后差壓將下游直管段上的取壓位置作為高端壓力，喉部取壓位置作為低端壓力，高端壓力的取壓與擴(kuò)張管段出口之間的距離為管道內(nèi)徑的5、倍，喉部取壓位置位于喉部的中下游。根據(jù)量程范圍需求不同，喉部長(zhǎng)度為喉部直徑的41倍之間。擴(kuò)張段的擴(kuò)張角度為3飛。；節(jié)流比為O. 35、. 7之間；濕氣裝置上游直管段入口附近裝有壓力變送器，該壓力變送器的引壓管與第一變送器的上游取壓位置相同，且共用一個(gè)環(huán)室氣液隔離取壓器。參見(jiàn)圖1-3，本發(fā)明濕氣裝置采用環(huán)室氣液隔離取壓器5進(jìn)行壓力測(cè)量，不但可以有效實(shí)現(xiàn)氣液隔離且效率高。取壓器共三個(gè)，分別位于文丘里測(cè)量管道10的上游、喉部和下游，與測(cè)量裝置的本體同軸設(shè)計(jì)，復(fù)合于測(cè)量裝置取壓位置外壁，可實(shí)現(xiàn)裝置系統(tǒng)整體重心平衡。環(huán)室氣液隔離取壓器的具體結(jié)構(gòu)為在測(cè)量管道10取壓處與軸線垂直的同一平面的管壁上開(kāi)設(shè)四個(gè)取壓孔12，水平方向最大直徑處兩個(gè)，垂直方向最大值徑處兩個(gè)，在四個(gè)取壓孔12的外周固定一個(gè)環(huán)室結(jié)構(gòu)，該環(huán)室與測(cè)量管道10本體同軸，固定于測(cè)量管道10本體取壓處外壁上，形成具有一定容量空間的氣液隔離腔室11，在腔室垂直軸線的上方開(kāi)設(shè)有接對(duì)外引壓管6的引壓口，引壓口不在四個(gè)取壓孔12所在的平面上，防止小孔射流直接噴入對(duì)外的引壓管；在腔室垂直軸線下方設(shè)置有排污管7，接排污閥等排污裝置。腔室內(nèi)徑為測(cè)量裝置主管道內(nèi)徑的1.1 2. 5倍之間，腔室內(nèi)部長(zhǎng)度為測(cè)量裝置主管道內(nèi)徑的O. 8倍 2.5之間。取壓孔的孔徑與管道內(nèi)徑之比在O. 05、. 15之間，取壓孔的高度與管道內(nèi)徑之比在O. 06、. 2之間。取壓器對(duì)外排污孔與內(nèi)部取壓孔不在一個(gè)平面上，排污管方向豎直向下。
權(quán)利要求
1.一種基于長(zhǎng)喉頸文丘里的雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置，包括文丘里測(cè)量管道、第一差壓變送器和第二差壓變送器，其特征在于，所述的文丘里測(cè)量管道的喉部長(zhǎng)度為喉部直徑的41倍之間，在文丘里測(cè)量管道的上游、喉部中下游位置及下游處各設(shè)置一個(gè)取壓處，在文丘里測(cè)量管道的每個(gè)取壓處與軸線垂直的同一平面的管壁上開(kāi)設(shè)四個(gè)內(nèi)部取壓孔，水平方向最大直徑處兩個(gè)，垂直方向最大值徑處兩個(gè)，在四個(gè)內(nèi)部取壓孔的外周固定一個(gè)環(huán)室結(jié)構(gòu)，該環(huán)室與文丘里測(cè)量管道本體同軸，固定于文丘里測(cè)量管道本體取壓處外壁上，形成具有一定容量空間的氣液隔離腔室，在腔室垂直軸線的上方開(kāi)設(shè)有接對(duì)外引壓管的引壓口 ；在腔室垂直軸線的下方開(kāi)設(shè)有接對(duì)外排污管的排污口 ；從上游和喉部中下游位置兩個(gè)取壓處接出的對(duì)外引壓管分別接到第一差壓變送器，從喉部中下游位置取壓處和下游兩個(gè)取壓處接出的對(duì)外引壓管分別接到第二差壓變送器；從上游取壓處接出的對(duì)外引壓管還連接到一個(gè)壓力變送器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣兩相流量測(cè)量裝置，其特征在于，引壓口和排污口均與四個(gè)內(nèi)部取壓孔不在一個(gè)平面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣兩相流量測(cè)量裝置，其特征在于，所述環(huán)室的內(nèi)徑為文丘里測(cè)量管道內(nèi)徑的1.1 2. 5倍之間，腔室內(nèi)長(zhǎng)為測(cè)量裝置內(nèi)徑的O. 8倍 2. 5之間，內(nèi)部取壓孔的孔徑與管道內(nèi)徑之比在O. 05、. 15之間，內(nèi)部取壓孔的高度與管道內(nèi)徑之比在O.06 O. 2之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣兩相流量測(cè)量裝置，其特征在于，文丘里測(cè)量管道擴(kuò)張段的擴(kuò)張角度為:Te。。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的濕氣兩相流量測(cè)量裝置，其特征在于，下游取壓處距離文丘里擴(kuò)張管段出口之間的距離為管道內(nèi)徑的5-9倍。
全文摘要
本發(fā)明屬濕氣氣液兩相流量測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于長(zhǎng)喉頸文丘里的雙差壓濕氣流量測(cè)量裝置，包括文丘里測(cè)量管道、第一差壓變送器和第二差壓變送器，在文丘里測(cè)量管道的上游、喉部中下游位置及下游處各設(shè)置一個(gè)取壓處，每個(gè)取壓處與軸線垂直的同一平面的管壁上開(kāi)設(shè)四個(gè)內(nèi)部取壓孔，在四個(gè)內(nèi)部取壓孔的外周固定一個(gè)環(huán)室結(jié)構(gòu)；從上游和喉部中下游位置兩個(gè)取壓處接出的對(duì)外引壓管分別接到第一差壓變送器，從喉部中下游位置取壓處和下游兩個(gè)取壓處接出的對(duì)外引壓管分別接到第二差壓變送器。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)可動(dòng)部件，測(cè)量可靠，精度高且實(shí)施簡(jiǎn)單方便的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01F1/34GK103048019SQ20121046544
公開(kāi)日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者徐英, 張濤, 張強(qiáng), 巴璽麗, 白曉東, 楊莉娜, 韓方勇, 孫鐵民, 王春燕, 王欽, 趙鈺 申請(qǐng)人:天津大學(xué), 中國(guó)石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院