CN103364036A - 用于***式均速管流量计的引压管 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及流量测量技术，旨在提供一种用于***式均速管流量计的引压管。该引压管的主体呈中空柱状，一端封闭而另一端为开口状；引压管的内部被竖向的隔板分成前侧总压腔和后侧静压腔，总压腔和静压腔的壁上分别设若干用于引入腔体所处环境的流体压力的通孔；引压管横向截面的外部边缘呈两条光滑曲线围合而成的形状，在两条光滑曲线的相接处呈圆滑过渡。通过对引压管横向截面的外部边缘设计，可以简化模具加工工艺，降低制造成本。更重要的是，还可以满足流动阻塞比从小到大变化的要求，为流动过程中动压和静压相互转换提供流动几何边界条件；另一方面这种形式的外壁，能够保证分离点稳定。
Description
技术领域
本发明涉及流量测量技术，特别涉及用于***式均速管流量计的引压管。
背景技术
流体流动高精度稳定测量是诸多行业企业高精度控制、运行管理以及节能优化运行的重要基础数据。涉及的流动***包括通风***、压缩气体***、水***以及蒸汽***，这些***正是流程工业企业的动力核心部分。从流程工业全局优化运行的角度出发，及时准确掌握各支路用户对流体介质使用的流量，是按需分配和按需供给自适应实现的重要依据。
均速管流量计，包括Annbar、Torbar、Probar、verabar、itabar等，是基于皮托管测速原理，即典型的压差式流量传感器，以测管道中直线上几点流速来推算流量的一种***式流量仪表。也正是由于基于多组截面取压节点压差平均的流量计算方式，使均速管流量计与毕托管基于单组点测试的特征产生了本质性的差异。
均速管流量计应用的基本形式，都为在来流方向上某流动充分发展截面上，沿径向（或者指定位置和方向）***一根检引压管。检引压管内部隔成总压腔和静压腔两个独立的腔体，迎流方向前侧腔体为总压腔，后侧为静压腔。检引压管迎流方向按照对数切比雪夫积分方法，选择位置成对开取总压孔，与总压腔相同。各点处流速的差异导致均速管总压孔测出来的，是具有平均特性的总压。
不同名称的均速管流量计，在上述的基本应用形式下，主要的差别表现为不同研究技术对检引压管界面以及静压孔开孔位置的差异性上。均速管流量计在其发展历程中，经历了圆形、菱形、空气动力学形以及子弹头形等不同形式。其中圆形截面的均速管流量计，由于分离点不稳定以及失阻等问题，造成流量系数随流速变化的问题，无法适用于多变工况的准确测定，测量精度为±10%~20%，同时圆形截面存在涡至振动导致引压管应力疲劳的问题，该种均速管流量因此未能得到大范围推广。菱形截面的均速管流量计分离点稳定，但由于形状本身引发流动的变化，造成引压管受到较大的流动牵引力，诱发振动和噪声，另一方面静压孔开具在负压区，易堵塞，这些问题也限制的该类均速管流量计的大范围应用。空气动力学形均速管流量计的出发点是通过对引压管形状的优化，达成大幅降低测量过程永久压损的目标，但也正是由于空气动力学的引入，造成该类均速管流量计存在高压区范围小、对迎流角度敏感的问题，测量误差可大于±10.0%。子弹头形的威力巴均速管流量计，从整体上而言，稳定的分离点、较大的高压区范围、侧面静压开孔、稳定的流量系数以及较为良好的防堵塞特性，已成为均速管流量计中一种应用的趋势。但其形状的三段式结构，存在一次加工成型难度较大的问题。另一方面，实际运行过程中，气体工艺过程中，由于温度压力和流量参数是耦合变化的，用户实际需要的是可信的参考依据——标况流量，而现有的均速管流量计一般给出的实际工况流量，与用户的需求之间存在相应的差异。同时，在企业用能和能效管控已成为企业可持续性发展的必经之路，那么作为重要参数，流量的测量应该具有通信的能力。
本发明的目标在于从流体力学原理和流动控制角度出发，提供一种易于生产、永久阻力损失小、能够进行压力、压差、流量参数的用于***式均速管引压管的引压管，该引压管可适用于任意均速管流量计压差变送器。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种用于***式均速管流量计的引压管。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种用于***式均速管流量计的引压管，其主体呈中空柱状，一端封闭而另一端为开口状；引压管的内部被竖向的隔板分成前侧总压腔和后侧静压腔，总压腔和静压腔的壁上分别设若干用于引入腔体所处环境的流体压力的通孔；引压管横向截面的外部边缘呈两条光滑曲线围合而成的形状，在两条光滑曲线的相接处呈圆滑过渡。
本发明中，所述围合构成引压管横向截面的外部边缘的光滑曲线中：
位于迎流端一侧的是指数曲线f1，其具体形式为
y=f1(x)=a×(exp(b×(ABS(x))-1)（1）
该式中：x为引压管截面垂直于来流方向宽度坐标的取值，坐标原点在迎流端引压管对称线的角度处，因对称取正负值，单位mm；y为沿流动方向坐标的取值，单位为mm；a为型线定性常数，无量纲，取值范围0<a<25；b为型线定性常数，无量纲，取值范围0<b<3；
位于迎流端对向一侧的曲线f2，其具体形式为：
y=f2(x)=c×x2+d×x+e（2）
该式中：x为引压管截面垂直于来流方向宽度坐标的取值，坐标原点在迎流端引压管对称线的角度处，因对称取正负值，单位mm；y为沿流动方向坐标的取值，单位为mm；c为型线定性常数，无量纲，取值范围-25<c<25；d为型线定性常数，无量纲，取值范围-15<d<25；e为型线定性常数，无量纲，取值范围50<e<550。
本发明中，所述引压管横向截面的内部边缘也是呈两条光滑曲线围合而成的形状，在两条光滑曲线的相接处呈圆滑过渡；其中，
位于迎流端一侧的是指数曲线f3，其具体形式为：
y=f3(x)=a1×(exp(b1×(ABS(x))-a2) （3）
该式中：x和y为相应内腔表面两个方向的坐标取值，单位为mm；a1为型线定性常数，无量纲，取值范围0<a1<25；a2为型线定性常数，无量纲，取值范围0<a2<1；b1为型线定性常数，无量纲，取值范围0<b1<3；
位于迎流端对向一侧的曲线f4，其具体形式为：
y=f4(x)=c1×x2+d1×x+e1（4）
该式中：x和y为相应内腔表面两个方向的坐标取值，单位为mm；c1为型线定性常数，无量纲，取值范围-25<c1<25；d1为型线定性常数，无量纲，取值范围-15<d1<25；e1为型线定性常数，无量纲，取值范围50<e1<550。
本发明中，所述引压管中竖向隔板的横向截面的两条边缘也是呈光滑曲线状；其中，
位于迎流端一侧的是曲线f5，其具体形式为：
y=f5(x)=c2×x2+d2×x+e2（5）
该式中：x和y为相应内腔表面两个方向的坐标取值，单位为mm；c2为型线定性常数，无量纲，取值范围-25<c2<25；d2为型线定性常数，无量纲，取值范围-15<d2<25；e2为型线定性常数，无量纲，取值范围50<e2<300。
位于迎流端对向一侧的曲线f6，其具体形式为：
y=f6(x)=c3×x2+d3×x+e3（6）
该式中：x和y为相应内腔表面两个方向的坐标取值，单位为mm；c3为型线定性常数，无量纲，取值范围-25<c3<25；d3为型线定性常数，无量纲，取值范围-15<d3<25；e3为型线定性常数，无量纲，取值范围50<e3<300。
本发明中，所述引压管的前端外侧具有粗糙化处理的表面。
作为一种改进，所述引压管的前端表面粗糙度的取值范围为3.2-6.3。
相对于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、引压管所对应的横截面外部曲线形状还可以满足流动阻塞比从小到大变化的要求，为流动过程中动压和静压相互转换提供流动几何边界条件，另一方面这种形式的外壁，能够保证分离点稳定。
2、引压管横向截面的外部边缘呈两条光滑曲线围合而成的形状，这样的设计可以简化模具加工工艺，降低制造成本。
附图说明
图1为引压管的横向截面示意图。
图2为智能***式均速管流量计的结构示意图；
图1中的标记： f1 、f2 、f3 、f4 、f5、f6 是指构成引压管横向截面的各边缘的曲线，其中f1位于迎流端一侧。
图2中的标记：1引压管，2引压接头，3总压腔，4静压腔，5隔板，6总压腔引压孔，7静压腔引压孔。
具体实施方式
本发明中的引压管具有通常产品所具有的主体结构：呈中空柱状，一端封闭而另一端为开口状；引压管的内部被竖向的隔板分成前侧总压腔和后侧静压腔，总压腔和静压腔的壁上分别设若干用于引入腔体所处环境的流体压力的通孔。但是，本发明的技术精髓在于，区别与现有技术通常采用的三段式外部线型设计，本发明中的引压管横向截面的外部边缘呈两条光滑曲线围合而成的形状，在两条光滑曲线的相接处呈圆滑过渡。
如图1所示，引压管1横向截面的外部边缘呈两条光滑曲线围合而成的形状。两条光滑曲线中，位于迎流端一侧的是指数曲线f1，其参数见式（1），另一条光滑曲线的参数见式（2）。引压管1中内腔表面及竖向隔板5的横向截面呈曲线状，其参数见式（3）-（6）。
引压管1的前端外侧具有粗糙化处理的表面，其粗糙度取值范围为3.2-6.3。引压管1前端表面粗话化是基于马格纳斯效应的设计，保证了该壁面处湍流边界层的引入，降低流动对引压管1造成的牵引力。
引压管1的两腔结构一次拉制成型，确保总压腔3和静压腔4之间严格分离，避免由于泄漏造成输出压强相互干扰，测量精度下降的同时，缩短引压管1整体使用寿命。
实际测量过程中，流体流经引压管1时，前侧的多组总压腔引压孔6引出流动的制止高压；开具在侧面的静压腔引压孔7引出对应节点的静压平均取值，两个压力平均值构成流量计算的数据来源。
图2为本发明中引压管在智能型***式均速管流量计中的具体应用实例。
该流量计包括引压管1、压差变送器和流量积算仪；引压管1呈中空柱状，其内部被竖向的隔板5分成前侧的总压腔3和后侧的静压腔4，总压腔3和静压腔4的壁上分别设若干用于引入腔体所处环境的流体压力的通孔，即总压腔引压孔6和静压腔引压孔7。总压腔引压孔6设置在总压腔3迎流面的前侧，按照切比雪夫积分公式成对开取；来流对应的制止高压，通过总压腔与高压通道和高压接头相连接，将不同截面的平均制止高压引出。
压差变送器安装在引压管1上部，通过引压接头2分别与引压管1的总压腔3和静压腔4相连；流量积算仪与压差变送器相连。流量积算仪带有多路模拟量输入接口，其中一路用于连接压差变送器的输出信号，一路用于连接外部温度传感器。温度传感器用于流体对应温度的取值，可采用在总压腔3出口处单点测取，或者在引压管1表面装设热敏元件取多测点的平均值来实现，这一功能的目标是将实测流量转化为标况流量，实际应用中可根据用户需求及现场状况决定是否需要或者单点还是多点测取。
该实施例中的流量计还包括流量积算仪；所述压差变送器安装在引压管上部，分别与引压管的总压腔和静压腔相连；所述流量积算仪与压差变送器相连。流量积算仪带有多路模拟量输入接口，其中一路用于连接压差变送器的输出信号，一路用于连接外部温度传感器。温度传感器设于总压腔出口处，或者敷设于引压管表面。
对于不同流动工况，引出的压力和压差，可通过具有通信功能的二次仪表模块，就地及远程的可视化显示，可在二次仪表输出表头及上位***中，得到同步的显示，对流动参数进行可视化实时智能监测。为用户的用能管控平台打下基础。例如，对应压力传感器、压差变送器、温度传感器，均应可配备具有通信能力模块的功能，以实现数据就地和远程的传输及显示。
对于不同用户，由于生产工艺、产品以及环境工况的变化，直接导致对应流量计测定参数的变化，在用户管控的角度来说，对于气体介质而言，压力、流量和温度之间强烈耦合，难以根据单一参数进行相应工艺过程的判定。换句话说，对于气体介质的测量，最好转换成标准工况的流量。
Claims (6)
1.用于***式均速管流量计的引压管，其主体呈中空柱状，一端封闭而另一端为开口状；引压管的内部被竖向的隔板分成前侧总压腔和后侧静压腔，总压腔和静压腔的壁上分别设若干用于引入腔体所处环境的流体压力的通孔；其特征在于，引压管横向截面的外部边缘呈两条光滑曲线围合而成的形状，在两条光滑曲线的相接处呈圆滑过渡。
2.根据权利要求1所述的引压管，其特征在于，所述围合构成引压管横向截面的外部边缘的光滑曲线中：
位于迎流端一侧的是指数曲线f1，其具体形式为
y=f1(x)=a×(exp(b×(ABS(x))-1)（1）
该式中：x为引压管截面垂直于来流方向宽度坐标的取值，坐标原点在迎流端引压管对称线的角度处，因对称取正负值，单位mm；y为沿流动方向坐标的取值，单位为mm；a 为型线定性常数，无量纲，取值范围0<a<25；b为型线定性常数，无量纲，取值范围0<b<3；
位于迎流端对向一侧的曲线f2，其具体形式为：
y=f2(x)=c×x2+d×x+e（2）
该式中：x为引压管截面垂直于来流方向宽度坐标的取值，坐标原点在迎流端引压管对称线的角度处，因对称取正负值，单位mm；y为沿流动方向坐标的取值，单位为mm；c为型线定性常数，无量纲，取值范围-25<c<25；d为型线定性常数，无量纲，取值范围-15<d<25；e为型线定性常数，无量纲，取值范围50<e<550。
3.根据权利要求1所述的引压管，其特征在于，所述引压管横向截面的内部边缘也是呈两条光滑曲线围合而成的形状，在两条光滑曲线的相接处呈圆滑过渡；其中，
位于迎流端一侧的是指数曲线f3，其具体形式为：
y=f3(x)=a1×(exp(b1×(ABS(x))-a2) （3）
该式中：x和y为相应内腔表面两个方向的坐标取值，单位为mm；a1为型线定性常数，无量纲，取值范围0<a1<25；a2为型线定性常数，无量纲，取值范围0<a2<1；b1为型线定性常数，无量纲，取值范围0<b1<3；
位于迎流端对向一侧的曲线f4，其具体形式为：
y=f4(x)=c1×x2+d1×x+e1（4）
该式中：x和y为相应内腔表面两个方向的坐标取值，单位为mm；c1为型线定性常数，无量纲，取值范围-25<c1<25；d1为型线定性常数，无量纲，取值范围-15<d1<25；e1为型线定性常数，无量纲，取值范围50<e1<550。
4.根据权利要求1所述的引压管，其特征在于，所述引压管中竖向隔板的横向截面的两条边缘也是呈光滑曲线状；其中，
位于迎流端一侧的是曲线f5，其具体形式为：
y=f5(x)=c2×x2+d2×x+e2（5）
该式中：x和y为相应内腔表面两个方向的坐标取值，单位为mm；c2为型线定性常数，无量纲，取值范围-25<c2<25；d2为型线定性常数，无量纲，取值范围-15<d2<25；e2为型线定性常数，无量纲，取值范围50<e2<300；
位于迎流端对向一侧的曲线f6，其具体形式为：
y=f6(x)=c3×x2+d3×x+e3（6）
该式中：x和y为相应内腔表面两个方向的坐标取值，单位为mm；c3为型线定性常数，无量纲，取值范围-25<c3<25；d3为型线定性常数，无量纲，取值范围-15<d3<25；e3为型线定性常数，无量纲，取值范围50<e3<300。
5.根据权利要求1至4任意一项中所述的引压管，其特征在于，所述引压管的前端外侧具有粗糙化处理的表面。
6.根据权利要求5所述的引压管，其特征在于，所述引压管的前端表面粗糙度的取值范围为3.2-6.3。
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