專(zhuān)利名稱(chēng)：兩相流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及一種流體流量測(cè)量裝置，具體地涉及用于測(cè)量?jī)煞N相態(tài)流量的裝置。
與兩種相態(tài)混合物的均勻性或非均勻性以及混合后的混合物的密度有關(guān)的問(wèn)題會(huì)妨礙精確地測(cè)量?jī)煞N相態(tài)流體的流量。用磁通計(jì)、氣壓孔、超聲波和電磁波儀器來(lái)測(cè)量?jī)上鄳B(tài)流量的效果都不能令人滿意。
在屬于Cuter的美國(guó)專(zhuān)利2,628,086號(hào)中揭示了一種其導(dǎo)管上具有一彎頭的流量測(cè)量裝置，盡管如此還是沒(méi)有將作為流體流量一部分的懸浮顆粒考慮到。美國(guó)專(zhuān)利2,703,013中的圖2也示出了流體管道中的一個(gè)彎頭，以及用壓力測(cè)量來(lái)計(jì)算流量。美國(guó)專(zhuān)利3,689,833中描述了利用從一個(gè)位置放出流體，第二個(gè)位置位于文氏管的喉部。美國(guó)專(zhuān)利4,144,754中描述了利用彎曲的管道和流量計(jì)，特別是為多相態(tài)流量計(jì)所采用的離心式流動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
美國(guó)專(zhuān)利4,231,262中揭示了沿著一流量計(jì)中的液流的多個(gè)位置測(cè)量的方法。
美國(guó)專(zhuān)利4261,196也在一管道中采用了彎頭以用于多相態(tài)流體。
根據(jù)美國(guó)專(zhuān)利4,501,156可以測(cè)量粉塵狀固體燃料的質(zhì)量流。這一專(zhuān)利還示教了在測(cè)量裝置的管道中采用一彎頭以及在流體的多個(gè)位置上進(jìn)行測(cè)量。
美國(guó)專(zhuān)利4,559,835號(hào)揭示了在流量測(cè)量探頭的流量管道中采用隔離段。
目前，還沒(méi)有一種現(xiàn)有的流量計(jì)能夠測(cè)量?jī)上?氣體和粉末，氣體和液體、或者液體和細(xì)小固體)介質(zhì)中的固體流量。
本發(fā)明的一個(gè)基本目的在于提供一種兩相態(tài)流量計(jì)，它特別適用于測(cè)量沿管道內(nèi)的氣體中流動(dòng)的粉末狀煤或者用于測(cè)量沿管道內(nèi)的氣體中流動(dòng)的液體的流量。
根據(jù)本發(fā)明，在一管道中設(shè)置一彎頭，彎頭的下游有一穿孔板架設(shè)在管道上并且傳送含有低濃度的顆?；蛞后w的氣體，這樣藉由離心力的作用，顆?；蛞后w將集中在彎頭的外側(cè)。具有一入口的噴嘴靠近管道外部，承接大濃度的顆粒或液體以及徑向向內(nèi)并處于朝向文氏管喉部的下游方向的通道。穿孔板不伸入噴嘴，這樣大濃度的稠密相材料被噴射到文氏喉的中心。四個(gè)壓力傳感器位于管道上的關(guān)鍵之處，用于進(jìn)行不同壓力的測(cè)量，以對(duì)氣體和固體或液體材料的相對(duì)流量進(jìn)行測(cè)量。
構(gòu)成本發(fā)明特點(diǎn)的多個(gè)新穎的特征被具體地指出在所附的權(quán)利要求書(shū)中并構(gòu)成其所揭示內(nèi)容的一部分。為了較好地理解本發(fā)明、利用它所獲得的操作優(yōu)點(diǎn)和具體目的，以下將結(jié)合附圖對(duì)其進(jìn)行描述并且示出了本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例。
其中

圖1是本發(fā)明的立體圖；圖2是本發(fā)明的立式剖面圖；圖3是沿圖2中的線3-3的截面圖；圖4是沿圖2中的線4-4的截面圖；圖5是俯視截面圖；圖6是各有關(guān)的壓力測(cè)量互相比較的圖象表述。
參見(jiàn)附圖，圖中相同的數(shù)字用于標(biāo)示幾個(gè)圖中相同或類(lèi)似的特征，圖1示出了總地由10指出的管道的放大截面。一股兩相態(tài)流50進(jìn)入管道10的上游端并且經(jīng)過(guò)一彎頭40。兩相態(tài)流體基本上被分離為兩種不同的相態(tài)，一為較重的或固態(tài)(液態(tài))的相態(tài)流52和另一為較輕的或流動(dòng)氣體的相態(tài)流54。較重的相態(tài)流52由于離心力的作用被分離到管道10上的彎頭40的外側(cè)，而較輕的相態(tài)流54則沿著靠近彎頭40的內(nèi)側(cè)繼續(xù)通過(guò)管道。
一旦流52和54經(jīng)過(guò)彎頭40，即由一壓力計(jì)(未示)在上游測(cè)量點(diǎn)12進(jìn)行壓力測(cè)量。鄰近彎頭40處是一其上有許多穿孔的穿孔板22，它并且位于管道10內(nèi)部的噴嘴26的頂部。噴嘴26有一噴嘴入口28，較重的相態(tài)流52經(jīng)過(guò)它進(jìn)入。穿孔板22被設(shè)計(jì)成能提供足夠的壓降以引導(dǎo)較重的相態(tài)流52經(jīng)噴嘴26向前流動(dòng)。較輕的相態(tài)流54則經(jīng)過(guò)穿孔板22的諸多穿孔24前進(jìn)。
然后兩股流52和54藉由兩個(gè)不同的裝置進(jìn)入管道10的下一段。較重的態(tài)流52經(jīng)噴嘴26到達(dá)噴嘴出口30，它最好位于文氏管20的中心線上。連接到噴嘴測(cè)量點(diǎn)14上的第二個(gè)壓力計(jì)(未示)測(cè)出鄰近噴嘴出口30處的壓力，同時(shí)文氏壓力點(diǎn)16處有連接到其上的第三個(gè)壓力計(jì)(未示)以測(cè)量高速喉部處的壓力。文氏管20的作用是使被分離的相態(tài)流52和54以最小的阻力徹底混合并在文氏管20的出口處成為一種混合好的兩種相態(tài)流60?；旌虾蟮膬煞N相態(tài)流60隨后流經(jīng)下游測(cè)量點(diǎn)18，其時(shí)用第四個(gè)壓力計(jì)(未示)進(jìn)行第四次壓力測(cè)量。
在圖2中示出了管道10一部分的截面。在此圖中，示出的噴嘴26是弧形的。噴嘴26形成了一從管道10的底部或外壁至接近文氏管20中心的通道。噴嘴26從噴嘴入口28向內(nèi)以S形彎曲至文氏管20進(jìn)口處的中心并在噴嘴出口30處結(jié)束。圖中還示出了壓力測(cè)量點(diǎn)12、14、16、18相對(duì)噴嘴26和文氏管20的位置。穿孔板22位于噴嘴入口28的略靠下游處。板22圍繞噴嘴26并且固定地連接到管道10壁上，僅留下噴嘴入口28及穿孔24向管道10的下游段開(kāi)放。
圖3更詳細(xì)地示出了穿孔板22圍繞噴嘴26的大量穿孔24。板22圍繞噴嘴26并且固定地連接到管道10的壁上，僅留下噴嘴入口28和穿孔24向管道10的下游離段開(kāi)放。
圖4示出了位于文氏管20中心的噴嘴出口30的位置。噴嘴26從噴嘴入口28處的寬開(kāi)口漸漸縮向噴嘴出口30處的較小直徑開(kāi)口。
圖5示出了俯視所見(jiàn)的噴嘴26的斜度。有利的是噴嘴測(cè)量點(diǎn)14位于噴嘴26內(nèi)，流速由于斜度而達(dá)最大。文氏測(cè)量點(diǎn)16置于文氏管20內(nèi)靠近噴嘴出口30處，被分開(kāi)的相態(tài)流52和54的混合在該處發(fā)生。
另外，可在噴嘴26外圍與管道10的空檔處看見(jiàn)穿孔板22上游測(cè)量點(diǎn)12貼近板22和噴嘴入口28處以對(duì)剛分離的流52、54進(jìn)行壓力測(cè)量。
圖6為在管道10內(nèi)進(jìn)行壓力測(cè)量出的不同相態(tài)流的相互關(guān)系的圖表。質(zhì)量流量按以下方式從壓力測(cè)量值中算出。經(jīng)文氏管后自然靜壓力發(fā)生變化而產(chǎn)生壓力差，它與速度的平方成正比，這成為質(zhì)量流量的計(jì)算公式。貫穿文氏噴嘴和固態(tài)噴嘴的靜態(tài)壓力差具有與較重的相態(tài)流的表觀密度成正比的復(fù)合關(guān)系。不同壓差的流量關(guān)系繪制在圖表中以示出較重的相態(tài)流和較輕的相態(tài)流的關(guān)系。參照已知質(zhì)量流量對(duì)這些差值進(jìn)行刻度，隨后便可用它們來(lái)獲得各個(gè)分開(kāi)的相態(tài)流的相對(duì)流量測(cè)量。參見(jiàn)圖6所示的圖表，文氏管壓差(下游壓力讀數(shù)減去文氏管壓力讀數(shù))將進(jìn)行刻度并表示較輕的相態(tài)流。而上游壓力測(cè)量值減去噴嘴壓力測(cè)量值這一壓差將表示氣相態(tài)和固態(tài)相態(tài)流。然后參照噴嘴壓差繪出文氏管壓差，便可建立起固態(tài)相態(tài)流的相對(duì)刻度。
當(dāng)兩相態(tài)流52、54為氣體和粉末狀固體或氣體和液體時(shí)，管道內(nèi)的壓力測(cè)量點(diǎn)和元件的這種布置對(duì)測(cè)定相態(tài)流是特別有用的。
本發(fā)明可用于采用粉末狀煤作為燃料的傳統(tǒng)爐子中。管道10代表著向燃燒器供料的粉狀煤燃料管道。燃料管道利用空氣將粉狀煤傳送到燃燒器。
本發(fā)明也可用于開(kāi)采石油時(shí)當(dāng)氣相和液相一起流的場(chǎng)合。
在管道10中彎頭40和板22將混合的空氣和煤分離成較輕的相態(tài)和較重的態(tài)流54和52。然后兩種相態(tài)流流過(guò)它們各自的通道并且在文氏管20中再混合以作為一混合流60繼續(xù)進(jìn)到燃燒器。
當(dāng)空氣和粉狀煤流過(guò)管道10時(shí)，由所連接的壓力計(jì)在測(cè)量點(diǎn)12、14、16、18處進(jìn)行四次壓力測(cè)量。利用這四個(gè)測(cè)量值，經(jīng)過(guò)管道的煤的相對(duì)流量便可以測(cè)得，從而可較好地控制該系統(tǒng)。
同樣地，在現(xiàn)有的具有90°彎頭的輸送線路上通過(guò)在如圖2和5所示的管道段上加上法蘭便可方便地進(jìn)行改型。法蘭固定到管道中的配合法蘭上或者卸去一段管道的輸送線的配合法蘭上。另外，圖2和5所示的管道段可不用法蘭連接而焊在管線上，該管線在90°彎頭的下游卸去了一段。
雖然為了說(shuō)明本發(fā)明的原理，已經(jīng)較詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例作了圖示和描述，但應(yīng)當(dāng)理解只要不脫離這一原理本發(fā)明還有其它的實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種用于測(cè)量流經(jīng)具有縱向軸線的管道的兩相態(tài)流體的相對(duì)流量的裝置，該管道還有一上游端和一下游端，以及用于向管道的上游端提供兩相態(tài)流的裝置，包括用于在鄰近上游端的管道內(nèi)側(cè)將兩種相態(tài)流體基本上分離成一較重的相態(tài)和較輕的相態(tài)流的裝置；用于將較重的相態(tài)流單獨(dú)地經(jīng)管道的第一段向第一段下游的第二段輸送的第一裝置；用于將較輕的相態(tài)流單獨(dú)地經(jīng)管道的第一段向第一段下游的第二段輸送的第二裝置；用于將較重的相態(tài)流和較輕的相態(tài)流在管道的第二段徹底地混合的裝置；以及連接到所述管道內(nèi)四個(gè)不同點(diǎn)處的四個(gè)壓力測(cè)量裝置，以獲得四個(gè)不同的壓力測(cè)量值，它們可用于測(cè)定流過(guò)管道中各段的較重的相態(tài)流和較輕的相態(tài)流各自的流速。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，用于將兩種相態(tài)流分離的裝置包括一個(gè)管道中的彎頭，其方向定得能利用離心力以使較重的相態(tài)流朝向管道的外壁并且較輕的相態(tài)流繼續(xù)自由地經(jīng)過(guò)彎頭；以及具有許多穿孔的板，其尺寸定得能提供足夠的壓降以引導(dǎo)較重的相態(tài)流經(jīng)一旁路噴嘴向前流動(dòng)，所述板垂直于管道的縱軸，并且鄰近第一傳送裝置，而且其尺寸和形狀不會(huì)妨礙用于較重的相態(tài)流的第一傳送裝置。
3.如權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，第一傳送裝置包括一形成一中空的用于將較重的相態(tài)流從鄰近外壁處傳送到噴嘴出口處的通道的細(xì)長(zhǎng)噴嘴，該出口基本上位于管道第二段的縱軸上。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述混合裝置包括一其縱軸線平行于管道的縱軸線的文氏管，它位于管道的第二段內(nèi)，所述噴嘴出口位于文氏管的中心線上。
5.如權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，四個(gè)壓力測(cè)量點(diǎn)中第一點(diǎn)位于大致鄰近彎頭處的管道的上游端，第二點(diǎn)基本上鄰近噴嘴出口，第三點(diǎn)在文氏管的內(nèi)部，第四點(diǎn)鄰近管道的下游端。
6.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一傳送裝置包括一形成將較重的相態(tài)流傳送到噴嘴出口處的中空通道的細(xì)長(zhǎng)噴嘴，該噴咀出口處基本上位于管道的第二段的縱軸線上。
7.如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述混合裝置包括一其方向平行于管道縱軸線的文氏管，它位于管道的第二段內(nèi)，所述噴嘴出口位于文氏管的中心線上。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，用于將兩種相態(tài)流分離的裝置包括一在管道中的彎頭，其方向?yàn)槟軌蚶秒x心力的作用使較重的相態(tài)流流向管道彎頭的外壁并且使較輕的相態(tài)流繼續(xù)自由地經(jīng)彎頭流動(dòng)；以及具有許多穿孔的板，其尺寸定得能夠提供足夠的壓降以引導(dǎo)較重的相態(tài)流經(jīng)一旁路噴嘴向前流動(dòng)，所述板垂直于管道的縱軸線，并且位于鄰近第一傳送裝置處，而且其尺寸和形狀不會(huì)妨礙傳送較重的相態(tài)流的第一傳送裝置。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，四個(gè)壓力測(cè)量點(diǎn)為第一點(diǎn)在大致鄰近彎頭的管道上游端，第二點(diǎn)基本上位于鄰近噴嘴出口處，第三點(diǎn)在文氏管的內(nèi)部，第四點(diǎn)鄰近下游端。
10.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，較重的相態(tài)流包括粉狀固體或液體。
11.如權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，較輕的相態(tài)流包括氣體或液體。
12.如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，較重的相態(tài)流是粉狀煤，較輕的相態(tài)流為空氣。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，較重的相態(tài)流為石油液體，較輕的相態(tài)流天然氣。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，較重的相態(tài)流為沙，較輕的相態(tài)流為水。
15.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，四個(gè)壓力測(cè)量點(diǎn)為第一點(diǎn)在管道的上游，第二點(diǎn)基本上鄰近用于傳送的第一裝置處，第三點(diǎn)在管道的第二段中，并且第四點(diǎn)鄰近管道的下游端。
16.如權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，較重的相態(tài)流包括粉狀固體或重液體。
17.如權(quán)利要求16所述的裝置，其特征在于，較輕的相態(tài)流包括氣體或輕液體。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，較重的相態(tài)流為粉狀煤，較輕的相態(tài)流為空氣。
19.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，較重的相態(tài)流為石油液體，較輕的相態(tài)流為天然氣。
20.如權(quán)利要求17所述的裝置，其特征在于，較重的相態(tài)流為沙，較輕的相態(tài)流為水。
全文摘要
一種采用不同壓力以獲得質(zhì)量流的、用于測(cè)定兩種相態(tài)流的相對(duì)流量的裝置，包括用于將較重的相態(tài)流向彎頭的外側(cè)集中的彎頭部分；在彎頭的下游有一穿孔板用于較輕的相態(tài)流通過(guò)；一噴嘴用于使高密度流部分流向位于穿孔板的下游的文氏管喉部中心；以及四個(gè)很關(guān)鍵地位于流量計(jì)的不同點(diǎn)上用于測(cè)量壓力差的壓力傳感器。
文檔編號(hào)G01F1/34GK1155071SQ96122870
公開(kāi)日1997年7月23日 申請(qǐng)日期1996年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月23日
發(fā)明者理查德C·維特瑞克 申請(qǐng)人:巴布考克及威爾考克斯公司