一种内外管式液体流量计及流量检测方法技术

本发明专利技术提供了一种内外管式液体流量计及流量检测方法。所述内外管式液体流量计是在外管的轴心线上设置与外管等长的内管，并在内管的两端设置支架用于对内管进行支撑和固定，以保证测量过程中内管固定不动，减小内管的扰动现象，使取压准确；并且保证液体在内、外管间隙内，除进、出口处支架的阻碍外，可以得到充分流动；通过外管的第一测压孔和与其同一截面的内管上的第三测压孔，即可获得内、外管同一横截面的差压值，通过内、外管间的差压值便可计算得出液相的流量值。测压孔由原有的圆形开口优化为椭圆形开口，可获得测压孔所在位置的平均压力。本发明专利技术结构简单，设计合理，最终测量结果准确、可靠。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及两相流检测
，具体地说是一种内外管式液体流量计及流量检测方法。
技术介绍
差压式流量计是两相流测量中应用最为广泛的流量计之一，是目前公认的在两相流各流型下都能稳定工作的一种流量计。差压式流量计以分相或均相模型为基础，建立流量与压力降的关系。其中研究历史最长的为节流式差压流量计，差压式的方法基本都见于节流式差压流量计。该流量计具有安装方便、工作可靠等优点，并在多年的研究过程中形成了成熟的国际标准，目前很多厂家推出的多相流测量系统中都含有节流式差压流量计。广泛应用的节流式差压流量计有孔板、文丘里管以及V锥流量计。对于孔板流量计，流体流经管道内的孔板节流装置，在孔板附近造成局部收缩，节流件前后便产生了压力降，即差压，差压信号与流量大小有关。在孔板流量计的设计上有过许多改进，日本SONIC公司设计开发了一种在流量计算机上对量程比的范围进行选择的孔板流量计，与传统孔板流量计相比，对测量范围进行了扩展；新研究的新型智能孔板流量计，将温度和压力信号直接送入现场流量计算机之中，根据流量变化对温度和压力自动作出补偿。对于文丘里管流量计，北京航空航天大学的徐立军利用长喉颈文丘里管提出基于分相流模型的湿气测量模型；天津大学的张强等利用长喉径文丘里管用于气液两相流测量，建立了双差压湿气流量测量模型。利用一种节流装置配合其他传感器进行组合测量的方法也得到了大量的研究，黄志尧等采用文丘里管结合电容层析成像技术对油气两相流进行有效测量；徐英等利用内锥和文丘里组合的方式提出了湿气测量虚高模型。V锥流量计是上世纪八十年代推出的一种新型的差压式流量计，与其他差压式流量计设计理念不同，V锥流量计将流体逐渐收缩到管壁，通过测量锥体前后差压对流体流量等进行测量。相对于孔板、文丘里管等传统差压式流量计，V锥流量计具有压损小、结构稳固、防积污、量程比宽等优点。但是其仍有一些缺点难以克服，例如，V锥流量计尾部为钝体结构，流体流动产生分离，形成大量漩涡并造成较大压力损失；与电磁流量计相比，其量程比相对较窄；L型悬臂结构在大流量时，可能产生振动等。对于以上所述的孔板、文丘里管和V锥流量计来说，其节流方式都是通过改变流体总的流通面积来实现的，这样势必会对流体本身产生扰动，差压信号不稳定。因此设计内外管差压流量计，流量传感器中变径管的设计使得气液两相流在流经介质流通管时可在不改变流通面积的状况下获得差压；流量传感器在介质流通中的同一截面设置测压孔，因此消除了摩擦阻力对介质流动数据的影响，解决了现有技术在竖直管道上应用差压流量传感器所存在的引压问题。
技术实现思路
本专利技术的目的之一就是提供一种内外管式液体流量计，该流量计在现有内外管差压流量计的基础上进行优化设计，消除内管在实验过程中的扰动现象。本专利技术的目的之二就是提供一种内外管式液体流量检测方法，该检测方法依赖于上述优化后的流量计，可准确取压，最终准确测出液体流量。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种内外管式液体流量计，包括：外管，为圆直管结构，在所述外管的侧壁上开有用于测量外管内液体压力的第一测压孔，在所述外管的侧壁上还开有第二测压孔，所述第二测压孔和所述第一测压孔处于所述外管的同一横截面上且两者关于该横截面中心呈中心对称分布；内管，置于所述外管内，且位于所述外管的轴心线上；所述内管包括依次连接的大口径管、收缩管和小口径管；所述大口径管和所述小口径管的端部分别与所述外管的两端对齐；测量时液体沿大口径管向小口径管方向流动；在所述内管的大口径管上开有第三测压孔，所述第三测压孔与所述外管侧壁上的第二测压孔相对设置，且所述第三测压孔和所述第二测压孔之间通过引压管相连接；通过引压管可测量内管内的液体压力；支架，设置在所述外管与所述内管之间的两端部位，用于对所述内管进行支撑和固定；所述支架包括箍带及设置在所述箍带外侧壁上的支撑肋板，所述箍带套接在所述内管两端的外侧壁上，所述支撑肋板的端部嵌接在所述外管的内壁上；差压变送器，与数据采集单元相接，用于通过所述第一测压孔和所述引压管测量内、外管内液体的压力差；数据采集单元，分别与所述差压变送器和数据处理单元相接，用于采集内、外管内液体的压力差信号，并将所采集到的信号发送至数据处理单元；以及数据处理单元，与所述数据采集单元相接，用于根据接收到的信号计算液体的流量，具体计算公式如下：式(1)中，Qm是液体的质量流量，C为流出系数，ε为液体的可膨胀系数，β为节流比，A为外管内腔的横截面面积，ρ为上游液体的密度，ΔP为差压变送器所测量的内、外管内液体的压力差；节流比β的具体计算公式为：式(2)中，K1为大口径管和外管之间的环隙面积与小口径管和外管之间的环隙面积之比，K2为大口径管内腔横截面面积与小口径管内腔横截面面积之比。优选的，所述收缩管为圆台状结构，所述收缩管的收缩角大于11°且小于21°，收缩管的收缩角满足如下公式：式(3)中，d1为大口径管的内径，d2为小口径管的内径，L为内管的长度，L1为大口径管的长度，L2为小口径管的长度。优选的，在所述箍带的外侧壁上均布有三个支撑肋板。优选的，所述大口径管的外壁与所述外管的内壁之间的距离大于2mm；节流比β大于0.4且小于0.7。优选的，所述第一测压孔、所述第二测压孔和所述第三测压孔均为椭圆形开口；所述第三测压孔距大口径管与收缩管交界处的距离大于且小于D为外管的内径。优选的，所述第一测压孔和所述第二测压孔的连线为水平方向或竖直方向。本专利技术在已有内外管差压流量计的基础上进行了优化设计，消除了内管节流件在实验过程中的扰动现象，并在优化后的内外管差压流量装置上进行液相动态试验，得到液相流量的测量模型。已有的内外管差压流量计中内管只能依靠两个取压孔进行固定，并不能使内管节流件在实际流量的测量过程中保持固定不动，这样就会使取压不准确；同时，内、外管间的流动通道不对称，也导致流动不稳定，本专利技术通过在内管节流件的液体流入与流出的端口位置，分别添加一个轴对称的支架，将内管节流件与外管通过支架固定，减小内管节流件的扰动现象，并且保证液体在内、外管间隙内，除进、出口处支架的阻碍外，可以得到充分流动；同时将内管的大口径管与小口径管延长至外管的端口处，使液体在进、出管段时，得到充分的过渡，流型转变更加平缓，减小流体冲击管壁带来的误差。再有，测压孔对称设置，使取压位置在同一水平面上，且该平面为液体轴心界面。测压孔由原有的圆形开口优化为椭圆形开口(或称扁平形开口)，该设计可以获得测压孔所在位置的平均压力，使测量更加准确。本专利技术所提供的内外管式液体流量计可以消除来自于轴向与径向的加速度误差，也对来自于其他方向的加速度影响起到缓解甚至消除，使得测量结果更加准确。本专利技术的目的之二是这样实现的：一种内外管式液体流量检测方法，包括如下步骤：a、在外管内的轴心线上设置内管；所述外管为圆直管结构，在所述外管的侧壁上开有第一测压孔和第二测压孔，第一测压孔和第二测压孔处于所述外管的同一横截面上且两者关于该横截面中心呈中心对称分布；所述内管包括依次连接的大口径管、收缩管和小口径管；所述大口径管和所述小口径管的端部分别与所述外管的两端对齐；在所述内管的大口径管上开有第三测压孔，所述第三测压孔与所述外管侧壁上的第二测压孔相对设置，且所述第三测压孔和所述第二测压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内外管式液体流量计，其特征是，包括：外管，为水平设置的圆直管结构，在所述外管的侧壁上开有用于测量外管内液体压力的第一测压孔，在所述外管的侧壁上还开有第二测压孔，所述第二测压孔和所述第一测压孔处于所述外管的同一横截面上且两者关于该横截面中心呈中心对称分布；内管，置于所述外管内，且位于所述外管的轴心线上；所述内管包括依次连接的大口径管、收缩管和小口径管；所述大口径管和所述小口径管的端部分别与所述外管的两端对齐；测量时液体沿大口径管向小口径管方向流动；在所述内管的大口径管上开有第三测压孔，所述第三测压孔与所述外管侧壁上的第二测压孔相对设置，且所述第三测压孔和所述第二测压孔之间通过引压管相连接；通过引压管可测量内管内的液体压力；支架，设置在所述外管与所述内管之间的两端部位，用于对所述内管进行支撑和固定；所述支架包括箍带及设置在所述箍带外侧壁上的支撑肋板，所述箍带套接在所述内管两端的外侧壁上，所述支撑肋板的端部嵌接在所述外管的内壁上；差压变送器，与数据采集单元相接，用于通过所述第一测压孔和所述引压管测量内、外管内液体的压力差；数据采集单元，分别与所述差压变送器和数据处理单元相接，用于采集内、外管内液体的压力差信号，并将所采集到的信号发送至数据处理单元；以及数据处理单元，与所述数据采集单元相接，用于根据接收到的信号计算液体的流量，具体计算公式如下：Qm=Cϵβ2A1-β4×2ΔP×ρ---(1)]]>式(1)中，Qm是液体的质量流量，C为流出系数，ε为液体的可膨胀系数，β为节流比，A为外管内腔的横截面面积，ρ为上游液体的密度，ΔP为差压变送器所测量的内、外管内液体的压力差；节流比β的具体计算公式为：β=1K22-K12+14---(2)]]>式(2)中，K1为大口径管和外管之间的环隙面积与小口径管和外管之间的环隙面积之比，K2为大口径管内腔横截面面积与小口径管内腔横截面面积之比。...

【技术特征摘要】
1.一种内外管式液体流量计，其特征是，包括：外管，为水平设置的圆直管结构，在所述外管的侧壁上开有用于测量外管内液体压力的第一测压孔，在所述外管的侧壁上还开有第二测压孔，所述第二测压孔和所述第一测压孔处于所述外管的同一横截面上且两者关于该横截面中心呈中心对称分布；内管，置于所述外管内，且位于所述外管的轴心线上；所述内管包括依次连接的大口径管、收缩管和小口径管；所述大口径管和所述小口径管的端部分别与所述外管的两端对齐；测量时液体沿大口径管向小口径管方向流动；在所述内管的大口径管上开有第三测压孔，所述第三测压孔与所述外管侧壁上的第二测压孔相对设置，且所述第三测压孔和所述第二测压孔之间通过引压管相连接；通过引压管可测量内管内的液体压力；支架，设置在所述外管与所述内管之间的两端部位，用于对所述内管进行支撑和固定；所述支架包括箍带及设置在所述箍带外侧壁上的支撑肋板，所述箍带套接在所述内管两端的外侧壁上，所述支撑肋板的端部嵌接在所述外管的内壁上；差压变送器，与数据采集单元相接，用于通过所述第一测压孔和所述引压管测量内、外管内液体的压力差；数据采集单元，分别与所述差压变送器和数据处理单元相接，用于采集内、外管内液体的压力差信号，并将所采集到的信号发送至数据处理单元；以及数据处理单元，与所述数据采集单元相接，用于根据接收到的信号计算液体的流量，具体计算公式如下：Qm=Cϵβ2A1-β4×2ΔP×ρ---(1)]]>式(1)中，Qm是液体的质量流量，C为流出系数，ε为液体的可膨胀系数，β为节流比，A为外管内腔的横截面面积，ρ为上游液体的密度，ΔP为差压变送器所测量的内、外管内液体的压力差；节流比β的具体计算公式为：β=1K22-K12+14---(2)]]>式(2)中，K1为大口径管和外管之间的环隙面积与小口径管和外管之间的环隙面积之比，K2为大口径管内腔横截面面积与小口径管内腔横截面面积之比。2.根据权利要求1所述的内外管式液体流量计，其特征是，所述收缩管为圆台状结构，所述收缩管的收缩角大于11°且小于21°，收缩管的收缩角满足如下公式：式(3)中，d1为大口径管的内径，d2为小口径管的内径，L为内管的长度，L1为大口径管的长度，L2为小口径管的长度。3.根据权利要求1所述的内外管式液体流量计，其特征是，在所述箍带的外侧壁上均布有三个支撑肋板。4.根据权利要求1所述的内外管式液体流量计，其特征是，所述大口径管的外壁与所述外管的内壁之间的距离大于2mm；节流比β大于0.4且小于0.7。5.根据权利要求1所述的内外管式液体流量计，其特征是，所述第一测压孔、所述第二测压孔和所述第三测压孔均为椭圆形开口；所述第三测压孔距大口径管与收缩管交界处的距离大于且小于D为外管的内径；所述第一测压孔和所述第二测压孔的连线为水...

【专利技术属性】
技术研发人员：方立德，李婷婷，李丹，李小亭，吕晓晖，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北;13