兩相流量計的製作方法
2023-09-18 03:01:05 1
專利名稱：兩相流量計的製作方法
技術領域：
本發明總地涉及一種流體流量測量裝置，具體地涉及用於測量兩種相態流量的裝置。
與兩種相態混合物的均勻性或非均勻性以及混合後的混合物的密度有關的問題會妨礙精確地測量兩種相態流體的流量。用磁通計、氣壓孔、超聲波和電磁波儀器來測量兩相態流量的效果都不能令人滿意。
在屬於Cuter的美國專利2,628,086號中揭示了一種其導管上具有一彎頭的流量測量裝置，儘管如此還是沒有將作為流體流量一部分的懸浮顆粒考慮到。美國專利2,703,013中的圖2也示出了流體管道中的一個彎頭，以及用壓力測量來計算流量。美國專利3,689,833中描述了利用從一個位置放出流體，第二個位置位於文氏管的喉部。美國專利4,144,754中描述了利用彎曲的管道和流量計，特別是為多相態流量計所採用的離心式流動的優點。
美國專利4,231,262中揭示了沿著一流量計中的液流的多個位置測量的方法。
美國專利4261,196也在一管道中採用了彎頭以用於多相態流體。
根據美國專利4,501,156可以測量粉塵狀固體燃料的質量流。這一專利還示教了在測量裝置的管道中採用一彎頭以及在流體的多個位置上進行測量。
美國專利4,559,835號揭示了在流量測量探頭的流量管道中採用隔離段。
目前，還沒有一種現有的流量計能夠測量兩相(氣體和粉末，氣體和液體、或者液體和細小固體)介質中的固體流量。
本發明的一個基本目的在於提供一種兩相態流量計，它特別適用於測量沿管道內的氣體中流動的粉末狀煤或者用於測量沿管道內的氣體中流動的液體的流量。
根據本發明，在一管道中設置一彎頭，彎頭的下遊有一穿孔板架設在管道上並且傳送含有低濃度的顆粒或液體的氣體，這樣藉由離心力的作用，顆粒或液體將集中在彎頭的外側。具有一入口的噴嘴靠近管道外部，承接大濃度的顆粒或液體以及徑向向內並處於朝向文氏管喉部的下遊方向的通道。穿孔板不伸入噴嘴，這樣大濃度的稠密相材料被噴射到文氏喉的中心。四個壓力傳感器位於管道上的關鍵之處，用於進行不同壓力的測量，以對氣體和固體或液體材料的相對流量進行測量。
構成本發明特點的多個新穎的特徵被具體地指出在所附的權利要求書中並構成其所揭示內容的一部分。為了較好地理解本發明、利用它所獲得的操作優點和具體目的，以下將結合附圖對其進行描述並且示出了本發明的一個較佳實施例。
其中
圖1是本發明的立體圖；圖2是本發明的立式剖面圖；圖3是沿圖2中的線3-3的截面圖；圖4是沿圖2中的線4-4的截面圖；圖5是俯視截面圖；圖6是各有關的壓力測量互相比較的圖象表述。
參見附圖，圖中相同的數字用於標示幾個圖中相同或類似的特徵，圖1示出了總地由10指出的管道的放大截面。一股兩相態流50進入管道10的上遊端並且經過一彎頭40。兩相態流體基本上被分離為兩種不同的相態，一為較重的或固態(液態)的相態流52和另一為較輕的或流動氣體的相態流54。較重的相態流52由於離心力的作用被分離到管道10上的彎頭40的外側，而較輕的相態流54則沿著靠近彎頭40的內側繼續通過管道。
一旦流52和54經過彎頭40，即由一壓力計(未示)在上遊測量點12進行壓力測量。鄰近彎頭40處是一其上有許多穿孔的穿孔板22，它並且位於管道10內部的噴嘴26的頂部。噴嘴26有一噴嘴入口28，較重的相態流52經過它進入。穿孔板22被設計成能提供足夠的壓降以引導較重的相態流52經噴嘴26向前流動。較輕的相態流54則經過穿孔板22的諸多穿孔24前進。
然後兩股流52和54藉由兩個不同的裝置進入管道10的下一段。較重的態流52經噴嘴26到達噴嘴出口30，它最好位於文氏管20的中心線上。連接到噴嘴測量點14上的第二個壓力計(未示)測出鄰近噴嘴出口30處的壓力，同時文氏壓力點16處有連接到其上的第三個壓力計(未示)以測量高速喉部處的壓力。文氏管20的作用是使被分離的相態流52和54以最小的阻力徹底混合併在文氏管20的出口處成為一種混合好的兩種相態流60。混合後的兩種相態流60隨後流經下遊測量點18，其時用第四個壓力計(未示)進行第四次壓力測量。
在圖2中示出了管道10一部分的截面。在此圖中，示出的噴嘴26是弧形的。噴嘴26形成了一從管道10的底部或外壁至接近文氏管20中心的通道。噴嘴26從噴嘴入口28向內以S形彎曲至文氏管20進口處的中心並在噴嘴出口30處結束。圖中還示出了壓力測量點12、14、16、18相對噴嘴26和文氏管20的位置。穿孔板22位於噴嘴入口28的略靠下遊處。板22圍繞噴嘴26並且固定地連接到管道10壁上，僅留下噴嘴入口28及穿孔24向管道10的下遊段開放。
圖3更詳細地示出了穿孔板22圍繞噴嘴26的大量穿孔24。板22圍繞噴嘴26並且固定地連接到管道10的壁上，僅留下噴嘴入口28和穿孔24向管道10的下游離段開放。
圖4示出了位於文氏管20中心的噴嘴出口30的位置。噴嘴26從噴嘴入口28處的寬開口漸漸縮向噴嘴出口30處的較小直徑開口。
圖5示出了俯視所見的噴嘴26的斜度。有利的是噴嘴測量點14位於噴嘴26內，流速由於斜度而達最大。文氏測量點16置於文氏管20內靠近噴嘴出口30處，被分開的相態流52和54的混合在該處發生。
另外，可在噴嘴26外圍與管道10的空檔處看見穿孔板22上遊測量點12貼近板22和噴嘴入口28處以對剛分離的流52、54進行壓力測量。
圖6為在管道10內進行壓力測量出的不同相態流的相互關係的圖表。質量流量按以下方式從壓力測量值中算出。經文氏管後自然靜壓力發生變化而產生壓力差，它與速度的平方成正比，這成為質量流量的計算公式。貫穿文氏噴嘴和固態噴嘴的靜態壓力差具有與較重的相態流的表觀密度成正比的複合關係。不同壓差的流量關係繪製在圖表中以示出較重的相態流和較輕的相態流的關係。參照已知質量流量對這些差值進行刻度，隨後便可用它們來獲得各個分開的相態流的相對流量測量。參見圖6所示的圖表，文氏管壓差(下遊壓力讀數減去文氏管壓力讀數)將進行刻度並表示較輕的相態流。而上遊壓力測量值減去噴嘴壓力測量值這一壓差將表示氣相態和固態相態流。然後參照噴嘴壓差繪出文氏管壓差，便可建立起固態相態流的相對刻度。
當兩相態流52、54為氣體和粉末狀固體或氣體和液體時，管道內的壓力測量點和元件的這種布置對測定相態流是特別有用的。
本發明可用於採用粉末狀煤作為燃料的傳統爐子中。管道10代表著向燃燒器供料的粉狀煤燃料管道。燃料管道利用空氣將粉狀煤傳送到燃燒器。
本發明也可用於開採石油時當氣相和液相一起流的場合。
在管道10中彎頭40和板22將混合的空氣和煤分離成較輕的相態和較重的態流54和52。然後兩種相態流流過它們各自的通道並且在文氏管20中再混合以作為一混合流60繼續進到燃燒器。
當空氣和粉狀煤流過管道10時，由所連接的壓力計在測量點12、14、16、18處進行四次壓力測量。利用這四個測量值，經過管道的煤的相對流量便可以測得，從而可較好地控制該系統。
同樣地，在現有的具有90°彎頭的輸送線路上通過在如圖2和5所示的管道段上加上法蘭便可方便地進行改型。法蘭固定到管道中的配合法蘭上或者卸去一段管道的輸送線的配合法蘭上。另外，圖2和5所示的管道段可不用法蘭連接而焊在管線上，該管線在90°彎頭的下遊卸去了一段。
雖然為了說明本發明的原理，已經較詳細地對本發明的一個具體實施例作了圖示和描述，但應當理解只要不脫離這一原理本發明還有其它的實施方式。
權利要求
1.一種用於測量流經具有縱向軸線的管道的兩相態流體的相對流量的裝置，該管道還有一上遊端和一下遊端，以及用於向管道的上遊端提供兩相態流的裝置，包括用於在鄰近上遊端的管道內側將兩種相態流體基本上分離成一較重的相態和較輕的相態流的裝置；用於將較重的相態流單獨地經管道的第一段向第一段下遊的第二段輸送的第一裝置；用於將較輕的相態流單獨地經管道的第一段向第一段下遊的第二段輸送的第二裝置；用於將較重的相態流和較輕的相態流在管道的第二段徹底地混合的裝置；以及連接到所述管道內四個不同點處的四個壓力測量裝置，以獲得四個不同的壓力測量值，它們可用於測定流過管道中各段的較重的相態流和較輕的相態流各自的流速。
2.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，用於將兩種相態流分離的裝置包括一個管道中的彎頭，其方向定得能利用離心力以使較重的相態流朝向管道的外壁並且較輕的相態流繼續自由地經過彎頭；以及具有許多穿孔的板，其尺寸定得能提供足夠的壓降以引導較重的相態流經一旁路噴嘴向前流動，所述板垂直於管道的縱軸，並且鄰近第一傳送裝置，而且其尺寸和形狀不會妨礙用於較重的相態流的第一傳送裝置。
3.如權利要求2所述的裝置，其特徵在於，第一傳送裝置包括一形成一中空的用於將較重的相態流從鄰近外壁處傳送到噴嘴出口處的通道的細長噴嘴，該出口基本上位於管道第二段的縱軸上。
4.如權利要求3所述的裝置，其特徵在於，所述混合裝置包括一其縱軸線平行於管道的縱軸線的文氏管，它位於管道的第二段內，所述噴嘴出口位於文氏管的中心線上。
5.如權利要求4所述的裝置，其特徵在於，四個壓力測量點中第一點位於大致鄰近彎頭處的管道的上遊端，第二點基本上鄰近噴嘴出口，第三點在文氏管的內部，第四點鄰近管道的下遊端。
6.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，第一傳送裝置包括一形成將較重的相態流傳送到噴嘴出口處的中空通道的細長噴嘴，該噴咀出口處基本上位於管道的第二段的縱軸線上。
7.如權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述混合裝置包括一其方向平行於管道縱軸線的文氏管，它位於管道的第二段內，所述噴嘴出口位於文氏管的中心線上。
8.如權利要求7所述的裝置，其特徵在於，用於將兩種相態流分離的裝置包括一在管道中的彎頭，其方向為能夠利用離心力的作用使較重的相態流流向管道彎頭的外壁並且使較輕的相態流繼續自由地經彎頭流動；以及具有許多穿孔的板，其尺寸定得能夠提供足夠的壓降以引導較重的相態流經一旁路噴嘴向前流動，所述板垂直於管道的縱軸線，並且位於鄰近第一傳送裝置處，而且其尺寸和形狀不會妨礙傳送較重的相態流的第一傳送裝置。
9.如權利要求8所述的裝置，其特徵在於，四個壓力測量點為第一點在大致鄰近彎頭的管道上遊端，第二點基本上位於鄰近噴嘴出口處，第三點在文氏管的內部，第四點鄰近下遊端。
10.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於，較重的相態流包括粉狀固體或液體。
11.如權利要求10所述的裝置，其特徵在於，較輕的相態流包括氣體或液體。
12.如權利要求9所述的裝置，其特徵在於，較重的相態流是粉狀煤，較輕的相態流為空氣。
13.如權利要求12所述的裝置，其特徵在於，較重的相態流為石油液體，較輕的相態流天然氣。
14.如權利要求13所述的裝置，其特徵在於，較重的相態流為沙，較輕的相態流為水。
15.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於，四個壓力測量點為第一點在管道的上遊，第二點基本上鄰近用於傳送的第一裝置處，第三點在管道的第二段中，並且第四點鄰近管道的下遊端。
16.如權利要求15所述的裝置，其特徵在於，較重的相態流包括粉狀固體或重液體。
17.如權利要求16所述的裝置，其特徵在於，較輕的相態流包括氣體或輕液體。
18.如權利要求17所述的裝置，其特徵在於，較重的相態流為粉狀煤，較輕的相態流為空氣。
19.如權利要求17所述的裝置，其特徵在於，較重的相態流為石油液體，較輕的相態流為天然氣。
20.如權利要求17所述的裝置，其特徵在於，較重的相態流為沙，較輕的相態流為水。
全文摘要
一種採用不同壓力以獲得質量流的、用於測定兩種相態流的相對流量的裝置，包括用於將較重的相態流向彎頭的外側集中的彎頭部分；在彎頭的下遊有一穿孔板用於較輕的相態流通過；一噴嘴用於使高密度流部分流向位於穿孔板的下遊的文氏管喉部中心；以及四個很關鍵地位於流量計的不同點上用於測量壓力差的壓力傳感器。
文檔編號G01F1/34GK1155071SQ96122870
公開日1997年7月23日 申請日期1996年10月23日 優先權日1996年10月23日
發明者理察C·維特瑞克 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司