【技术实现步骤摘要】
套管装置超声波实验装置及其实验方法
本专利技术属于测量控制领域,具体涉及一种套管装置超声波实验装置及其实验方法,用于测量套管装置复杂流动的流量。
技术介绍
套管结构常用于换热器,套管式换热器是用两种尺寸不同的标准管连接而成同心圆套管,两种不同介质可在壳程和管程内逆向流动(或同向)以达到换热的效果,是目前石油化工生产上应用最广的一种换热器,其结构示意图参见图3,图中下角标l表示低温工质,h表示高温工质,下角标in表示入口,out表示出口,T表示热力学温度,u表示流体的速度,Qe表示换热量。对于给定的入口温度,换热面积,只要知道工质的流动速度就可以计算出换热系数,进而计算出换热量以及出口温度。因此出口处的温度与流体的速度密不可分。对套管流量的控制直接关系着换热效率,并能用来检测套管内部的破裂问题。对套管装置流量的准确测量不能够提高能源利用率,更能有效的保护换热设备的安全运行。根据当前流量计的测量方法,大致可分为以下4类:差压式流量计、速度式流量计、容积式流量计、质量式流量计。超声波流量计属于速度式流量计,相对于其他流量计,由于超声波流量计通过测量的超声波沿气流顺向和逆向传播的声速差计算流体流速,属于非接触式流量计,因此相对与其他流量计而言,超声波流量计具有以下6个特性:(1)可以测量双向流量;(2)可以测量紊乱流体的流量(河流、明渠等);(3)适用于不同流体不同管径;(4)不对流动产生干扰、压力损失小;(5)可以测量高温、腐蚀性流体;(6)多声道测量可以提高精度减小不稳定流动的影响,并且换能器和后期软件能够对管道 ...
【技术保护点】
1.一种套管装置超声波实验装置,其特征在于:利用了高低频声波的不同特性,即高频声波信号强易反射,低频声波穿透性强;/n所述套管装置超声波实验装置包括高频换能器(2)、低频换能器(2’)、同侧接收器(3)、对侧接收器(1)、放大器(4)和信号处理系统(5);其中高频换能器(2)和低频换能器(2’)安装在套管装置同一位置,高频换能器(2)和低频换能器(2’)与同侧接收器(3)安装在套管装置同一母线上,对侧接收器(1)安装低频换能器(2’)对侧即低频换能器(2’)和套管装置轴线的连线与对侧接收器(1)和套管的连线夹角为180°,同侧接收器(3)和对侧接收器(1)同时安装在高频换能器(2)和低频换能器(2’)上游位置或下游位置,高频换能器(2)和低频换能器(2’)与对侧接收器(1)轴线与套管装置轴线夹角为45°,同侧接收器(3)轴线与套管装置轴线夹角为-45°;所述高频换能器(2)发射高频信号,高频信号到达套管装置内管外壁发生反射最终信号被同侧接收器(3)接收;所述低频换能器(2’)发射低频信号,低频信号经套管装置外层环流、内管管壁、内管内流体、内管管壁、外层环流最终信号被对侧接收器(1)接收 ...
【技术特征摘要】
1.一种套管装置超声波实验装置,其特征在于:利用了高低频声波的不同特性,即高频声波信号强易反射,低频声波穿透性强;
所述套管装置超声波实验装置包括高频换能器(2)、低频换能器(2’)、同侧接收器(3)、对侧接收器(1)、放大器(4)和信号处理系统(5);其中高频换能器(2)和低频换能器(2’)安装在套管装置同一位置,高频换能器(2)和低频换能器(2’)与同侧接收器(3)安装在套管装置同一母线上,对侧接收器(1)安装低频换能器(2’)对侧即低频换能器(2’)和套管装置轴线的连线与对侧接收器(1)和套管的连线夹角为180°,同侧接收器(3)和对侧接收器(1)同时安装在高频换能器(2)和低频换能器(2’)上游位置或下游位置,高频换能器(2)和低频换能器(2’)与对侧接收器(1)轴线与套管装置轴线夹角为45°,同侧接收器(3)轴线与套管装置轴线夹角为-45°;所述高频换能器(2)发射高频信号,高频信号到达套管装置内管外壁发生反射最终信号被同侧接收器(3)接收;所述低频换能器(2’)发射低频信号,低频信号经套管装置外层环流、内管管壁、内管内流体、内管管壁、外层环流最终信号被对侧接收器(1)接收;所述高频换能器(2)、低频换能器(2’)、同侧接收器(3)和对侧接收器(1)均连接放大器(4)的输入端,放大器(4)的输出端连接信号处理系统(5)。
2.根据权利要求1所述的一种套管装置超声波实验装置,其特征在于:所述高频换能器(2)发射的高频信号选取具有良好反射性的频段,高频信号频率不低于100kHz。
3.根据权利要求1所述的一种套管装置超声波实验装置,其特征在于:所述低频换能器(2’)发射的低频信号选取具有良好穿透性的频段,信号频率不低于20kHz。
4.根据权利要求1所述的一种套管装置超声波实验装置,其特征在于:所述同侧接收器(3)能够同时作为高频换能器发射高频信号,高频信号到达套管装置内管外壁发生反射最终信号被高频换能器(2)接收,目的是为了提高套管装置超声波实验装置的精度,分别计算声波流体的顺逆流的时间差计算流体流速。
5.根据权利要求1所述的一种套管装置超声波实验装置,其特征在于:所述对侧接收器(1)同时作为低频换能器发射低频信号,低频信号经套管装置外层环流、内管管壁、内管内流体、内管管壁、外层环流最终信号被低频换能器(2’)接收,目的是为了提高套管装置超声波实验装置的精度,分别计算声波流体的顺逆流的时间差计算流体流速。
6.权利要求1所述的一种套管装置超声波实验装置的实验方法,其特征在于:通过利用高频声波信号强易反射,低频声波穿透性强的特性,并采用同步信号解析套管装置复杂流动;高、低频信号同时发出,高频信号在内管外壁反射,反射信号被同侧接收器(3)接收,低频信号穿透内管壁经外层环流、内管管壁、内管内流体、内管管壁、外层环流最终信号被对侧接收器(1)接收;首先根据高频信号发出和接收的时差计算环流即内管与外管之间的流体流速,其次结合高频信号反馈的环流流速以及低频信号发出和接收的时差计算内管内流量。
7.根据权利要求6所述的实验方法,其特征在于:试验开始前对实验装置进行校准、接收器精度检测、信号处理系统稳定性检测;实验方法具体包括以下步骤:
S1、调节高频换能器(2)和低频换能器(2’)功率,观察同侧接收器(3)和对侧接收器(1)的接...
【专利技术属性】
技术研发人员:魏新宇,孙奥迪,王鹏飞,高永新,
申请(专利权)人:西安交通大学,
类型:发明
国别省市:陕西;61
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