一种用于两相流检测的矩形检测装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于两相流检测的矩形检测装置及方法。所述矩形检测装置中的矩形主管道包括前直管段、中间管段和后直管段。中间管段是由一段矩形直管通过弯折而形成，具体是：使矩形直管一对相对的管壁向内弯折形成梯形结构，梯形结构的底边对应的是喉部，梯形结构的两腰对应的是收缩段和扩张段。在前直管段和喉部处开有取压孔，在喉部处还开有玻璃视窗，近红外发射面光源和近红外接收探头分别设置在相对的玻璃视窗上。本发明专利技术把圆型管道改为矩形管道，增大了进入管道内的流体流量，使得差压值增大。同时将近红外点光源改为面光源，使接收探头能够最大程度的接收透射过来的光，消除了因发射与接收位置不对应带来的信号损失，使测量结果更准确。

【技术实现步骤摘要】
一种用于两相流检测的矩形检测装置及方法
本专利技术涉及两相流检测
，具体地说是一种用于两相流检测的矩形检测装置及方法。
技术介绍
两相流动比单相流动要复杂得多，这与两相的分布状况和流动型态有关。同样的相含率下两相分布状态不同，其流体力学特性和传热传质特性也会不同，而且在同一两相流系统中两相的相界面和相分布是随着流动过程不断随机变化的，这使得两相流动特性更加复杂多变，因此两相流的流动型态严重影响到对两相流的测量。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动各流型下都能稳定工作的一种流量计。它以分相或是均相模型为基础，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。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面有过许多改进，日本SONIC公司设计开发了一种在流量计算机上就可以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，其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，根据流量变化而对温度和压力自动做出补偿。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管组合的方式提出了湿气测量虚高模型。基于文丘里管测量单相流量或均相流量的研究已较成熟，结合其他测量手段的组合测量方式的可行性也得到了论证。但由于两相流系统的流动状态非常复杂，其流量在瞬时并非一较稳定的值，流量测量非常依赖流型的识别，测量模型的建立也要建立在流型识别的基础上。
技术实现思路
本专利技术的目之一就是提供一种用于两相流检测的矩形检测装置，该装置设计了一种适用于矩形管道的节流件，而且将原先的点对点探头安装方式改为视窗面安装，与其他差压流量计相比，该矩形检测装置具有压损比小、节能性高的特点。本专利技术的目之二提供一种用于两相流检测的方法，该方法采用上述矩形检测装置，可准确地测量气液两相流中各相的相含率及流量。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种用于两相流检测的矩形检测装置，包括矩形主管道、差压变送器、红外发射装置、红外接收装置、数据采集卡以及数据处理单元；所述矩形主管道包括前直管段、后直管段以及位于前直管段和后直管段之间的中间管段；所述前直管段和所述后直管段均为矩形直管结构；所述中间管段包括与所述前直管段相接的收缩段、与所述后直管段相接的扩张段以及位于所述收缩段和所述扩张段之间的喉部；所述中间管段是通过使一段矩形直管相对的两个管壁向内弯折而形成，且相对的两个管壁均向内弯折成梯形结构，两个梯形的底边对应的部分即为所述喉部，两个梯形的两腰所对应的部分分别为所述收缩段和所述扩张段；在所述前直管段以及所述喉部上分别开取压孔，喉部的取压孔开设在中间管段上梯形结构的底边上，且两个取压孔处于矩形主管道的同侧；在取压孔上设置取压管，差压变送器与两个取压管相接，通过所述差压变送器可采集流体在前直管段以及在喉部处所产生的压力差；所述差压变送器与所述数据处理单元相接，所述差压变送器可将所采集到的压力差发送至所述数据处理单元；在中间管段的两个梯形结构相对的两个底边上各开有一个玻璃视窗，红外发射装置和红外接收装置分别设置在两个玻璃视窗上，所述红外发射装置包括近红外发射面光源，所述红外接收装置包括不多于四个的近红外接收探头，所述近红外接收探头通过数据采集卡与所述数据处理单元相接；所述数据处理单元用于根据所述数据采集卡和所述差压变送器所发送的数据计算两相流的相含率及流量。所述玻璃视窗上的玻璃包括内外两层，内层玻璃嵌置在管道侧壁上，外层玻璃的面积大于内层玻璃的面积，且外层玻璃设置在管道外部并覆于所述内层玻璃上；在内外两层玻璃之间设置有橡胶垫圈。在所述外层玻璃外设有用于对外层玻璃进行固定的支撑板，所述支撑板与中间管段之间通过螺丝连接；在所述支撑板上开有矩形孔，所述矩形孔的面积大于所述内层玻璃的面积；红外发射装置和红外接收装置分别通过相应的矩形孔设置在两个玻璃视窗上。所述收缩段的收缩角为20°，所述扩张段的扩张角为8°，两个梯形的底边之间的距离为10mm。两个取压孔分别设置在距所述收缩段的两端0.5L处；L为所述前直管段或所述后直管段的横截面的边长。本专利技术的目的之二是这样实现的：一种用于两相流检测的方法，包括如下步骤：a、将矩形检测装置的矩形主管道接入到待检测两相流的检测管道上；所述矩形检测装置还包括差压变送器、红外发射装置、红外接收装置、数据采集卡以及数据处理单元；所述矩形主管道包括前直管段、后直管段以及位于前直管段和后直管段之间的中间管段；所述前直管段和所述后直管段均为矩形直管结构；所述中间管段包括与所述前直管段相接的收缩段、与所述后直管段相接的扩张段以及位于所述收缩段和所述扩张段之间的喉部；所述中间管段是通过使一段矩形直管相对的两个管壁向内弯折而形成，且相对的两个管壁均向内弯折成梯形结构，两个梯形的底边对应的部分即为所述喉部，两个梯形的两腰所对应的部分分别为所述收缩段和所述扩张段；在所述前直管段以及所述喉部上分别开取压孔，喉部的取压孔开设在中间管段上梯形结构的底边上，且两个取压孔处于矩形主管道的同侧；在取压孔上设置取压管，差压变送器与两个取压管相接；在中间管段的两个梯形结构相对的两个底边上各开有一个玻璃视窗，红外发射装置和红外接收装置分别设置在两个玻璃视窗上，所述红外发射装置包括近红外发射面光源，所述红外接收装置包括不多于四个的近红外接收探头，所述近红外接收探头通过数据采集卡与所述数据处理单元相接；b、使待检测两相流自检测管道流入矩形检测装置的矩形主管道内，两相流在矩形主管道内依次经过前直管段、收缩段、喉部、扩张段和后直管段；c、差压变送器检测流体流经前直管段和喉部时所产生的压力差，并将所检测到的压力差信号发送至数据处理单元；d、近红外发射面光源发射近红外面光并通过玻璃视窗照射喉部内的流体，与近红外发射面光源相对的若干近红外接收探头接收经流体吸收后的近红外光的光强信号，并将所接收到的信号经数据采集卡发送至数据处理单元；e、数据处理单元根据接收到的流体在前直管段和喉部处产生的压力差以及经流体吸收后的近红外光的光强计算两相流的相含率及流量。步骤e中数据处理单元首先根据接收到的经流体吸收后的近红外光的光强计算两相流的相含率，具体计算公式如下：式(1)中，βl是液相的相含率，βli是数据处理单元根据第i个近红外接收探头所测光强信号计算得到的第i个液相相含率；i＝1,2，……，N；N≤4；βli的计算公式如下：式(2)中，Ii是第i个近红外接收探头所测的经流体吸收后的近红外光的光强，I0是近红外发射面光源所发射的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于两相流检测的矩形检测装置，其特征是，包括矩形主管道、差压变送器、红外发射装置、红外接收装置、数据采集卡以及数据处理单元；所述矩形主管道包括前直管段、后直管段以及位于前直管段和后直管段之间的中间管段；所述前直管段和所述后直管段均为矩形直管结构；所述中间管段包括与所述前直管段相接的收缩段、与所述后直管段相接的扩张段以及位于所述收缩段和所述扩张段之间的喉部；所述中间管段是通过使一段矩形直管相对的两个管壁向内弯折而形成，且相对的两个管壁均向内弯折成梯形结构，两个梯形的底边对应的部分即为所述喉部，两个梯形的两腰所对应的部分分别为所述收缩段和所述扩张段；在所述前直管段以及所述喉部上分别开取压孔，喉部的取压孔开设在中间管段上梯形结构的底边上，且两个取压孔处于矩形主管道的同侧；在取压孔上设置取压管，差压变送器与两个取压管相接，通过所述差压变送器可采集流体在前直管段以及在喉部处所产生的压力差；所述差压变送器与所述数据处理单元相接，所述差压变送器可将所采集到的压力差发送至所述数据处理单元；在中间管段的两个梯形结构相对的两个底边上各开有一个玻璃视窗，红外发射装置和红外接收装置分别设置在两个玻璃视窗上，所述红外发射装置包括近红外发射面光源，所述红外接收装置包括不多于四个的近红外接收探头，所述近红外接收探头通过数据采集卡与所述数据处理单元相接；所述数据处理单元用于根据所述数据采集卡和所述差压变送器所发送的数据计算两相流的相含率及流量。...

【技术特征摘要】
1.一种用于两相流检测的矩形检测装置，其特征是，包括矩形主管道、差压变送器、红外发射装置、红外接收装置、数据采集卡以及数据处理单元；所述矩形主管道包括前直管段、后直管段以及位于前直管段和后直管段之间的中间管段；所述前直管段和所述后直管段均为矩形直管结构；所述中间管段包括与所述前直管段相接的收缩段、与所述后直管段相接的扩张段以及位于所述收缩段和所述扩张段之间的喉部；所述中间管段是通过使一段矩形直管相对的两个管壁向内弯折而形成，且相对的两个管壁均向内弯折成梯形结构，两个梯形的底边对应的部分即为所述喉部，两个梯形的两腰所对应的部分分别为所述收缩段和所述扩张段；在所述前直管段以及所述喉部上分别开取压孔，喉部的取压孔开设在中间管段上梯形结构的底边上，且两个取压孔处于矩形主管道的同侧；在取压孔上设置取压管，差压变送器与两个取压管相接，通过所述差压变送器可采集流体在前直管段以及在喉部处所产生的压力差；所述差压变送器与所述数据处理单元相接，所述差压变送器可将所采集到的压力差发送至所述数据处理单元；在中间管段的两个梯形结构相对的两个底边上各开有一个玻璃视窗，红外发射装置和红外接收装置分别设置在两个玻璃视窗上，所述红外发射装置包括近红外发射面光源，所述红外接收装置包括不多于四个的近红外接收探头，所述近红外接收探头通过数据采集卡与所述数据处理单元相接；所述数据处理单元用于根据所述数据采集卡和所述差压变送器所发送的数据计算两相流的相含率及流量。2.根据权利要求1所述的用于两相流检测的矩形检测装置，其特征是，所述玻璃视窗上的玻璃包括内外两层，内层玻璃嵌置在管道侧壁上，外层玻璃的面积大于内层玻璃的面积，且外层玻璃设置在管道外部并覆于所述内层玻璃上；在内外两层玻璃之间设置有橡胶垫圈。3.根据权利要求2所述的用于两相流检测的矩形检测装置，其特征是，在所述外层玻璃外设有用于对外层玻璃进行固定的支撑板，所述支撑板与中间管段之间通过螺丝连接；在所述支撑板上开有矩形孔，所述矩形孔的面积大于所述内层玻璃的面积；红外发射装置和红外接收装置分别通过相应的矩形孔设置在两个玻璃视窗上。4.根据权利要求1所述的用于两相流检测的矩形检测装置，其特征是，所述收缩段的收缩角为20°，所述扩张段的扩张角为8°，两个梯形的底边之间的距离为10mm。5.根据权利要求1所述的用于两相流检测的矩形检测装置，其特征是，两个取压孔分别设置在距所述收缩段的两端0.5L处；L为所述前直管段或所述后直管段的横截面的边长。6.一种用于两相流检测的方法，其特征是，包括如下步骤：a、将矩形检测装置的矩形主管道接入到待检测两相流的检测管道上；所述矩形检测装置还包括差压变送器、红外发射装置、红外接收装置、数据采集卡以及数据处理单元；所述矩形主管道包括前直管段、后直管段以及位于前直管段和后直管段之间的中间管段；所述前直管段和所述后直管段均为矩形直管结构；所述中间管段包括与所述前直管段相接的收缩段、与所述后直管段相接的扩张段以及位于所述收缩段和所述扩张段之间的喉部；所述中间管段是通过使一段矩形直管相对的...

【专利技术属性】
技术研发人员：方立德，王松，王东星，李小亭，董芳，赵宁，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：河北,13