多叶片旋流分相电容含水率测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多叶片旋流分相电容含水率测量装置，包括旋流分相单元和电容测量单元，其特征在于，旋流分相单元包括螺旋叶片支撑杆，分布在螺旋叶片支撑杆外周的2个以上的螺旋叶片与外管壁构成；电容测量单元包括金属内芯，覆盖在金属内芯外周的绝缘层和外金属管壁，螺旋叶片支撑杆的迎水面为流线型设计。本发明专利技术的气液分相分布效果好，不依赖两相流型，可实现电容单元对含水率的可靠测量。

【技术实现步骤摘要】
多叶片旋流分相电容含水率测量装置
本专利技术属于气液两相流流量测量
，涉及一种多叶片导流式旋流分相电容含水测量装置。
技术介绍
气水两相流广泛存在于石油、化工、能源等领域，其含水率的准确测量具有十分重要的意义。目前含水率测量手段主要有射线技术、微波技术、电学(电阻、电容)技术、差压技术等。近年来由于安全管理要求日益严格放射性技术的使用受到限制。在非放射性含水率测量技术中，电容法历史悠久、原理简单、维护方便，缺点是受流型影响严重。基于电容传感器分为接触式和非接触式两大类，由于电容传感器响应强烈地依赖于分散相的介质空间分布，为了减小空间灵敏度的不均匀性，研究者们对电容传感器电极结构进行了大量的优化设计，研究了其在不同流动流型下相含率的测量特性。非接触式电容法的含水率测量技术发展现状如下：1992年清华大学张宝芬等人利用有限元法研究了“对壁式非接触电容传感器”，采用了8电极旋转激励测量方法，旨在克服相分布对含率影响，。1998年JTollefsen等人设计了表面螺旋电极的电容传感器，旨在测量原油中的水相和气相浓度。作者利用有限元方法仿真，并将仿真结果与静态测试结果进行了比对。2009年A.Jaworek等人利用对壁式电容传感器的相位移信息测量气液两相流的相含率，实验介质采用蒸馏水和异丙醇，利用不同直径的聚酰胺棒插入管道中心模拟气核，开展了环状流静态模拟实验测试。2012年MinSK等人优化设计了对壁式电容器和环形电容器两种传感器，利用不同直径的机玻璃棒模拟了环状流，开展了静态试验。2014年浙江大学林翀等人提出非接触六电极阵列式电容耦合电导传感器，通过循环激励、接收法降低相分布对含率测量的影响，模拟了不同流型的静态实验。2015年KathleenDeKerpel等人利用对壁式电容器在内径8mm的水平管进行实验，流型包括弹状流，间歇流和环状流，作者利用小波分析的方法研究了流型和相含率。结论是相含率的测量结果不可避免的受到流型的影响。2015年天津大学赵安等人研究了两种电容传感器——对壁式及双螺旋式传感器对气液两相流相浓度测量的适应性，搭建了垂直上升气液两相流电容传感器测量系统。结论是对壁式电容传感器测量分辨率较差，而双螺旋式电容传感器对相浓度具有相对较高的分辨能力，但二者均受到流型的影响接触式电容法的含水率测量技术发展现状：2007年MJDaSilva等人设计电容金属丝网传感器。对竖直管道空气和硅油的泡状流进行实验，实现了对单一气泡的轴向和径向切面的图像重建。2013年天津大学翟路生等人利用平行线电容探针测量水平管油水两相流的互相关速度，发现平行线电容探针的互相关特性受到油水的流动结构的影响。2015年天津大学X.Chen等人利用同轴电容传感器在内径20mm的上升管内进行油水两相流实验。实验结果表明同轴电容器的响应与流型紧密相关。另外，3D电容断层扫描ECT技术被广泛用于可视化流动形态和多相流相含率的分布，但现有系统均存在空间分辨率低的缺点。X射线和伽马射线扫描仪也会应用于多相流，但成本较高。中国专利申请201710465819.9和中国专利申请201710465822.0提出了一种能够改善电容传感器受到流型影响导流式旋流分相测量电容含水率的装置，然而，由于该装置为单一螺旋叶片设计，会导致当两相流动流速较低时，起旋效果有限。综上所述，根据电容法相含率测量的研究现状分析可知，国内外科研工作者已经在电容器结构方面开展了大量的研究工作，取得了宝贵的经验，然而，电容传感器的响应仍旧强烈地依赖于分散相介质空间分布，导致相含率的测量结果无不受到流动结构的影响。本专利技术针对这一问题，设计了一种带有多叶片的特殊旋流分相功能的电容含水率传感器，能够有效的将随机分散的气液两相改变成有良好分布规律的螺旋带状流场，从而打破相含率的测量受湿气流动结构影响的局面。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在为气水两相流含水率测量提供一种新的测量装置，提出一种多叶片导流式旋流分相电容含水测量装置，采用多组螺旋叶片，使得分离更加彻底，有效克服重力影响。起旋整流后紧接电容测量部分，由于液相惯性较大，将在一定长度范围内保证切向速度较大，仍能维持液相稳定地分布在管壁上，气液分相分布效果好，不依赖两相流型，可实现电容单元对含水率的可靠测量，本专利技术采用如下技术方案：一种多叶片旋流分相电容含水率测量装置，包括旋流分相单元和电容含水率测量单元，其特征在于，旋流分相单元包括螺旋叶片支撑杆，均匀分布在螺旋叶片支撑杆外周的2个以上的螺旋叶片和外管壁；电容测量单元包括金属内芯、覆盖在金属内芯外表面的薄绝缘层和与金属内芯同轴的外金属管壁。优选地，螺旋叶片的升角在5°～85°之间。每个螺旋叶片沿圆周均匀分布。螺旋叶片支撑杆的尾部与金属内芯的尺寸相配合并相互连接，外管壁和外金属管壁尺寸相配合并相互连接。设来流管道内径为D，螺旋叶片的螺距为0.5D以上，电容测量段长度为大于1D，外金属管壁直径是金属内芯直径2倍以上。螺旋叶片支撑杆的迎水面为流线型。与现有技术相比，本专利技术具有如下的技术效果：(1)气水两相流入旋流分相单元，螺旋叶片的导流作用改变了流体的流动方向和状态。液相由于密度偏大，在离心力作用下做圆周运动，液相将穿过气相甩向管壁。从而实现气相集中在中心区域、液相沿管壁形成旋转液膜的气液分相流动形态；(2)本专利技术采用大于组的导流式螺旋叶片，加强起旋效果，克服重力对电容测量结果的影响；(3)本专利技术上下游只需与对应直管段法兰连接即可；(4)在电容测量段内，气液两相继续保持分相分布，同时外金属管壁和液膜共同构成外电极，与金属内芯相互作用形成电容器。液相含率越高，分布在管壁的液膜越厚，气相作为绝缘介质，液膜厚度发生变化，导致电容值变化，实现仅与液相体积含率相关的电容含水测量；(5)本专利技术利用电容传感器直接测量液相体积含率，电容测量值随着体积含液率单调增加，具有测量可行性；(6)无需分离，不依赖放射性技术和示踪技术对气液两相流中的含水率进行测量，结构简单、安全可靠，维护费用低。附图说明图1本专利技术的多叶片导流式旋流分相电容含水测量装置结构示意图。图2旋流分相段螺旋叶片结构图，(a)为旋流分相单元的起旋叶片--3叶片示意图，(b)为旋流分相段起旋叶片--4叶片示意图图3电容测量原理示意图。图4基于空气水两相流CFD数值模拟结果，0.6MPa下电容含水测量装置的轴向液相分布云图(白色为气相分布，黑色为液相分布)。(a)、(b)、(c)分别为气相表观流速(后面用Usg表示)为20m/s条件下，液相体积含率(后面用LVF表示)分别为10％；Usg＝3m/s,LVF＝10％和Usg＝3m/s,LVF＝50％时对应的数值模拟结果。图5基于空气水两相流CFD数值模拟结果，0.6MPa下气相表观流速为20m/s，液相体积含率为10％，工况点下气液两相轴向、径向和切向速度分布图，(a)为气相轴向速度分布图，(b)为液相轴向速度分布图，(c)为气相径向速度分布图，(d)为液相径向速度分布图，(e)为气相切向速度分布图，(f)为液相切向速度分布图。图6基于空气水两相流CFD数值模拟结果，0.6MPa下气相表观流速为3m/s和20m/s空气水两相流，等效液膜厚度与体积含液率LVF的变化关系图。图7基于空气水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多叶片旋流分相电容含水率测量装置，包括旋流分相单元和电容含水率测量单元，其特征在于，旋流分相单元包括螺旋叶片支撑杆，均匀分布在螺旋叶片支撑杆外周的2个以上的螺旋叶片和外管壁；电容测量单元包括金属内芯、覆盖在金属内芯外表面的薄绝缘层和与金属内芯同轴的外金属管壁。

【技术特征摘要】
2018.01.30 CN 201810088699X1.一种多叶片旋流分相电容含水率测量装置，包括旋流分相单元和电容含水率测量单元，其特征在于，旋流分相单元包括螺旋叶片支撑杆，均匀分布在螺旋叶片支撑杆外周的2个以上的螺旋叶片和外管壁；电容测量单元包括金属内芯、覆盖在金属内芯外表面的薄绝缘层和与金属内芯同轴的外金属管壁。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，螺旋叶片的升角在5°～85°之间...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，徐英，汪晶晗，李继良，
申请(专利权)人：天津大学，天津市天大泰和自控仪表技术有限公司，
类型：发明
国别省市：天津,12