CN1256572C - 采用垂直引流流道及双出口结构的射流流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采用垂直引流流道及双出口结构的射流流量计。包括机体、射流元件、传感器及二次仪表，机体进口与收缩管连接，出口与扩展管连接；机体内部进口处设有上升通道、出口处设有下降通道；射流元件水平置于机体上方平面，在射流元件上方有一端盖通过螺钉将其固定在机体上；传感器设置在射流元件的一个反馈回路内，并通过线路与机体外的二次仪表连接。本发明中，当流体经过射流平面时，射流附壁将诱发流体交替振荡，振荡的频率与射流喷嘴的流速成正比。本发明能够在低的管道雷诺数下运行，并可以获得较好的信噪比，具有比平面结构的射流流量计更低的流量测量下限和更好的抗干扰能力。

Description

采用垂直引流流道及双出口结构的射流流量计

技术领域

本发明是属于流体计量设备，特别是涉及一种采用垂直引流流道及双出口结构的射流流量计。

背景技术

射流流量计的出现源于射流技术的发展。射流技术在60年代和70年代曾经发展相当迅速。根据N12PA(美国国家流体动力协会)的定义，射流技术是一种仅利用流体动力现象来实现敏感、控制、信息处理，实现“与”及“或”等功能的技术。

目前，射流流量计在工业计量中的应用还不广泛，在国外射流流量计多用于计量高粘度、小流量的粘稠液体，或用于计量一些冷、热流体混合物以及易产生传感器结垢的脏污流体等特殊场合，也有用于家用煤气表或水表；在国***流流量计的应用尚属罕见。现有的射流流量计多采用平面式结构，它包括壳体、两块侧壁面、信号检测元件及检测电路，射流流量计在壳体内扁平空间中设置两块对称的侧壁面，当主射流从喷嘴射入时，由于附壁效应会任意依附两个侧壁面中的一个，并进入相应的反馈通道，作用于主射流，使之切换并依附另一个侧壁面，开始了另一个反馈循环。如此循环往复产生流体振荡，通过检测电信号频率而获得流体振荡频率，从而间接测得流体的流速与流量。这种射流流量计无机械可动部件，抗干扰能力较好，不受外界环境的影响，计量下限也比多数流量计低，在一定的场合具有其一定的优势。但是由于采用平面式结构，在流量计量方面仍存在着不足，主要体现在以下两个方面：

(1)可测量的流量下限不够低，因为在斯特劳哈数(Strouhal Number)为常数时，流体的振动频率与流体的流速成正比，而斯特劳哈数与雷诺数有关，只有当雷诺数在一定范围内时，斯特劳拉数才为常数，此时流体的振动频率与被测流体的流速成正比。平面式的结构限制了它的测量范围，当雷诺数较小时，粘性力逐渐占据了统治地位，使振荡衰减；另外引起了涡流扩散增加，随着涡流的减弱，由其引起的速度场也减弱，也使振荡衰减；再加上由于机械振动和上游管道流量脉动干扰的存在，这种情况下，流体很难产生稳定的射流附壁和交替振荡，极大地限制了流量计的量程范围。

(2)对平面式结构的射流流量计，由于采用与后侧管道直通的单出口结构形式，反馈通道内压力信号的强度较弱，信噪比较低，外界环境对流量计内部流体的干扰不能抑制，在二次仪表中很难将其去掉，明显地影响测量的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供可明显降低流量测量下限、改善抗干扰性能的一种采用垂直引流流道及双出口结构的射流流量计。

为达上述目的，本发明提供了一种采用垂直引流流道及双出口结构的射流流量计，它包括：

1)法兰、收缩管、扩展管、机体、隔板、射流件、端盖、传感器、凸台、二次仪表。机体在进口处与带有法兰的收缩管焊接，出口处与带有另一法兰的扩展管焊接；隔板、射流元件从下至上依次水平叠放在机体的上方平面，在射流元件上方有端盖通过螺钉将隔板与射流元件固定在机体上；凸台焊接于端盖上，传感器通过螺钉固定在凸台上，用线路与机体外的二次仪表连接；

2)在机体内部，进口处由水平流道和垂直引流流道构成上升通道，出口处由“＞”形垂直流道和另一水平流道构成下降通道；机体进口处的垂直引流流道与隔板的进口、射流元件的进口同轴，机体出口处的“＞”形垂直流道的前端圆柱面与隔板的双出口、射流元件的双出口同轴；机体、隔板、射流元件、端盖之间分别以密封垫片密封；传感器的探头穿过端盖上的通孔和射流元件上的通孔伸入射流元件的反馈腔中；反馈腔以射流喷嘴的中心线为轴对称分布于射流元件的两个侧壁的***，两个侧壁分别通过自身的两个连接筋横跨反馈腔连接在射流元件上，隔板在与连接筋相对应的位置以相应的形状镂空，射流元件的反馈腔和隔板上镂空留出的空间共同形成反馈流体的流道，保证整个反馈流道的高度一致。

本发明具有的有益的效果是：

1)本发明在射流元件入口处采用垂直于射流元件的引流流道结构，降低上游管道内流量脉动对射流元件内部流场的干扰，使得流体能够在低雷诺数下产生稳定的射流附壁和交替振荡，振荡的频率与射流喷嘴的流速成正比。提高其抗干扰能力，从而降低射流流量计的计量下限；

2)本发明在射流元件出口处采用垂直于射流元件的双出口结构形式，增强反馈腔中的压力信号，增加射流附壁的稳定性，在降低计量下限的同时提高信噪比。

附图说明

图1为本发明的结构原理示意图；

图2为本发明的***剖面示意图；

图3为本发明中射流元件的俯视图；

图4为本发明中隔板的俯视图。

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。

如图1、图2、图3及图4所示，本发明提供一种采用垂直引流流道及双出口结构的射流流量计，它包括：

1)法兰1、收缩管2、扩展管2’、机体3、隔板4、射流件5、端盖6、传感器7、螺钉8、凸台9、二次仪表15；机体3在进口处与带有法兰1的收缩管2焊接，出口处与带有另一法兰1的扩展管2’焊接；隔板4、射流元件5从下至上依次水平叠放在机体3的上方平面，在射流元件5上方有端盖6通过螺钉10将隔板4与射流元件5固定在机体3上；凸台9焊接于端盖6上，传感器7通过螺钉8固定在凸台9上，用线路14与机体3外的二次仪表15连接；

2)在机体3内部，进口处由水平流道16和垂直引流流道17构成上升通道，出口处由“＞”形垂直流道30和另一水平流道31构成下降通道；机体3进口处的垂直引流流道17与隔板4的进口18、射流元件5的进口19同轴，机体3出口处的“＞”形垂直流道30的前端圆柱面32与隔板4的双出口29、射流元件5的双出口28同轴；机体3和隔板4之间、隔板4和射流元件5之间、射流元件5和端盖6之间分别以密封垫片13、密封垫片12和密封垫片11密封；凸台9焊接于端盖6上，传感器7的探头穿过端盖6上的通孔33和射流元件5上的通孔25伸入射流元件5的反馈腔23中；反馈腔23以射流喷嘴20的中心线为轴对称分布于射流元件5的两个侧壁21的***，两个侧壁21分别通过自身的两个连接筋24横跨反馈腔23连接在射流元件5上，隔板4在与连接筋24相对应的位置以相应的形状镂空，射流元件5的反馈腔23和隔板4上镂空留出的空间26共同形成反馈流体的流道，保证整个反馈流道的高度一致。

当测量流体流量时，本空间结构的射流流量计安装在待测流体的管路中，流体经过收缩管2、上升通道的水平流道16、垂直引流流道17、隔板4的进口18、射流元件5的进口19，到达射流元件5所在的射流平面；当流体经由射流喷嘴20形成一条射流时，由于附壁效应，流束可随意地依附两个渐扩的侧壁21中的任何一个，来自侧壁21的一小股流束被转向到反馈腔23、从而使反馈通道中的介质扩散，经过连接筋24的下方空间及隔板4上的镂空空间26，从控制喷嘴27返回并作用于主射流。当控制喷嘴27的流量由零增至最大值时，是一个完整的循环工作过程，而且影响着主射流，使其偏向另一个侧壁面，开始了另一个反馈循环。如此循环往复，主射流中就会有一小部分分流在两个反馈腔23中来回振荡，流体振荡造成反馈腔23内压力波动变化，压力波动信号被柱状压电晶体传感器7所接受。另外，还有一小部分流体在凹形分流劈22的凹处形成涡流，产生诱导速度，增加射流附壁稳定性。主射流的绝大部分流体经过射流元件的双出口28、隔板的双出口29、下降通道的“＞”形垂直流道30、水平流道31以及扩展管2’，最终流出射流流量计进入流体流道。

理论研究和大量实验证明：在一定雷诺数范围内，射流附壁诱发流体振动的频率f与射流喷嘴处流体的流速v及射流喷嘴的宽度d之间有如下确定的关系式：

$f=\mathrm{St}\·\frac{v}{d}----\left(1\right)$

其中St是斯特劳哈数，对于一定结构形式和尺寸参数的射流流量计，斯特劳哈数是雷诺数Re的函数，在Re＝100～2×10⁵范围内，St是一个常量。

设射流喷嘴的断面面积为A，管道流量为Q，则有

Q＝A·v                        (2)

二次仪表15的仪表系数K为：

K＝f/Q                         (3)

把(1)和(2)代入(3)得：

K＝St/(A·d)                   (4)

对于给定结构形式和尺寸参数的射流流量计，其射流喷嘴的断面面积A、射流喷嘴的宽度d及斯特劳哈数St是可确知的，因此流量计的仪表系数K也可确定。

因为反馈腔23中的压力波动的频率与流体振动频率相同，因而通过检测压力波动信号的频率就可以得到流体振动频率，由式(2)和(3)可以看出，只要准确测得流体的振动频率f，就可以准确的得知被测流体的流速，从而达到测量管道内流量的目的。

将压力波动信号在二次仪表15中进行放大、滤波、整形等处理，获得流量信息。

采用这种空间结构的射流流量计，可以获得较好的信噪比，具有较好的抗干扰能力和较低的流量测量下限。

Claims (1)

1.一种采用垂直引流流道及双出口结构的射流流量计，其特征在于包括：

1)法兰(1)、收缩管(2)、扩展管(2’)、机体(3)、隔板(4)、射流件(5)、端盖(6)、传感器(7)、凸台(9)、二次仪表(15)；机体(3)在进口处与带有法兰(1)的收缩管(2)焊接，出口处与带有另一法兰(1)的扩展管(2’)焊接；隔板(4)、射流元件(5)从下至上依次水平叠放在机体(3)的上方平面，在射流元件(5)上方有端盖(6)通过螺钉将隔板(4)与射流元件(5)固定在机体(3)上；凸台(9)焊接于端盖(6)上，传感器(7)通过螺钉固定在凸台(9)上，用线路(14)与机体(3)外的二次仪表(15)连接；

2)在机体(3)内部，进口处由水平流道(16)和垂直引流流道(17)构成上升通道，出口处由“＞”形垂直流道(30)和另一水平流道(31)构成下降通道；机体(3)进口处的垂直引流流道(17)与隔板(4)的进口(18)、射流元件(5)的进口(19)同轴，机体(3)出口处的“＞”形垂直流道(30)的前端圆柱面(32)与隔板(4)的双出口(29)、射流元件(5)的双出口(28)同轴；机体(3)、隔板(4)、射流元件(5)、端盖(6)之间分别以密封垫片密封；传感器(7)的探头穿过端盖(6)上的通孔(33)和射流元件(5)上的通孔(25)伸入射流元件(5)的反馈腔(23)中；反馈腔(23)以射流喷嘴(20)的中心线为轴对称分布于射流元件(5)的两个侧壁(21)的***，两个侧壁(21)分别通过自身的两个连接筋(24)横跨反馈腔(23)连接在射流元件(5)上，隔板(4)在与连接筋(24)相对应的位置以相应的形状镂空，射流元件(5)的反馈腔(23)和隔板(4)上镂空留出的空间(26)共同形成反馈流体的流道，保证整个反馈流道的高度一致。

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