一種用於流體傳輸管道的流動調整器的製作方法
2023-04-24 07:55:06
專利名稱：一種用於流體傳輸管道的流動調整器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種流動調整器。
背景技術：
為了發展工農業生產、節約能源、改進產品質量、提高經濟效益和管理水平，人們無時無刻不使用流量計。特別地，全球每年消耗天然氣約3萬億立方米、石油40億噸。從對石油和天然氣進行開採、輸運到最終的銷售過程中，我們常常需要對其進行至少一次的計量。因此，日程生活中，對流量的精確計量關係到我們每個人都經濟利益。在科研工作中， 採用流量計的精度直接關係到最終實驗數據的價值。目前的流量計，比如容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計和渦輪流量計等流量計量裝置，其準確計量要求管道內的流動為充分發展流動，且計量準確度受非充分發展流動(比如不穩定流動、速度分布畸變的流動、旋轉流等)的影響較大。只有計量儀表上下遊的流動為準充分發展流動，對流體進行計量的結果才準確。流量計生產廠家對流量計的安裝都有明確的安裝要求，要求流量計安裝位置的上下遊都有最小的直管段限制。比如，容積式流量計、差壓式流量計、浮子流量計、渦輪流量計和渦輪流量計上遊要求有20-30倍管徑的直管段，下遊要求有5倍管徑的直管段。ISO 5167新標準明確規定對節流裝置(孔板、文丘利管)上遊所要求的直管段普遍提出了更長的要求。然而，現實中流量計所在的計量系統不可避免的存在許多閥、彎管、雙彎管、收縮管、三通管、過濾器等管件或設備，這些設備均會對流體流動產生擾動，即引起流體產生旋渦、脈動流或速度畸變，從而改變管道內的流速分布。經驗表明，單個彎頭引起的管內流動流速分布的不對稱，經過40倍管徑後依然存在，且再到下遊59倍管徑和78倍管徑處，流速分布雖更對稱了，但並未達到充分發展狀態。直到97倍管徑處，流速分布才接近達到充分均衡發展的狀態。總之，現有流量計的安裝條件要求十分苛刻，現實中很難滿足，這使得流量計計量結果的精度沒有保證。為了消除旋渦、脈動流或速度畸變這些幹擾，使流動為充分發展流動，一種有效的方法是為流量計提供流動調整器，ISO 5167新標準明確建議在節流裝置上遊安裝流動調整器，以適當縮短所要求的直管段長度。流動調整器的使用，可以降低流量計對直管段的要求，提高流量計計量的精度。從公開的資料可以看出，目前已有多種流動調整器。專利 CN 201517935U披露了一種蛛網式流動調整器；專利CN 2583642Y披露的是一種蜂窩隔板式流動調整器；專利us 6701963B1披露的是一種「隔柵+孔」結構形式的流動調整器 』專利US 2006/0096650A1披露的是一種孔板結構形式的流動調整器(也作消聲器)；專利US 2008/0037366A1披露的是一種由「靜態混合器+孔板」結構形式的流動調整器。專利US 00M95872A，對法國、德國、日本挪威、瑞典、瑞士和前蘇聯等國的與流動整流器相關的專利做了總結，這些流動調整器基本都是管束、孔板、隔柵結構，或由管束、孔板、隔柵結構組合而成。其披露了一種三段式的組合流動調整器，由「旋流消除段+整流室+速度剖面形成器」三部分組成。
綜上所述，現有的流動調整器都是由管束、孔板、隔柵直接或組合而成。首先，在現有的這些流動調整器結構內，因為流體只能沿一個方向流動——即沿徑向的滲透係數均等於零，因此調整流動的效率低。比如，流體不能在管束型流動調整器的管之間流動。其次， 現有流動調整器的結構很複雜，製造成本較高。比如，管束型流動調整器由不同直徑的管排列而成、孔板型流動調整器由不同直徑的孔排列而成。很難確定管和孔的直徑以及排列方式。最後，傳統的流動調整器通用性差。比如，在沒有通用的流動調整器時，如何根據管徑來設計流動調整器就很困難，這甚至是比流體計量本身更複雜的事情。
發明內容
本發明的目的在於克服現有技術系統結構複雜、整流效率低、通用性差的缺點，提出一種用於流體傳輸管道的流動調整器。本發明結構簡單、通用性強、安裝要求低，且自身壓力損失小，具有高效整流的效果。為達到上述目的，本發明採用的技術方案是本發明採用「導流葉片組件+整流器本體+導流葉片組件」結構形式，所述的流動調整器包括整流器本體、兩組導流葉片組件和法蘭盤。兩組導流葉片組件布置在法蘭盤的兩側，並與法蘭盤連接；整流器本體放置在法蘭盤中心；兩個導流葉片組件沿軸向固定整流器本體，法蘭盤沿徑向固定整流器本體。整流器本體為多孔介質材料製作，所述的多孔介質材料空間三個方向的滲透係數均大於零，滲透係數的定義為流體流經多孔介質時，單位壓力梯度下的流體流量。所述的整流器本體的端面均為平面，或一端為凹形一端為平面，或兩端均為凹形。由於整流器本體特有的三維空間連通結構，對速度梯度和壓力梯度有很強的耗散作用，特別適用於消除流動旋渦、調整速度分布。整流器本體的端面均為凹形；一端為凹形， 或兩端均為凹形，特別用於產生管內充分發展流動的流速分布；在有整流要求、沒有速度分布要求的情況下，整流器本體的端面也可以為平面。導流葉片組件由平金屬板構成，其外徑與所在流體傳輸管道的內徑相同，其作用為導流、支撐整流器本體和增加流動調整器強度， 此外還保證裝配過程中流動調整器的主體部分多孔材料部件與管道的軸線垂直。法蘭為標準法蘭盤。兩組導流葉片組件分別布置在法蘭盤的兩側，並與法蘭盤用焊接連接，整流器本體被兩組導流葉片組件在軸向固定、被法蘭盤徑向固定。整流器本體的材料可以是泡沫金屬材料，也可以是管與管之間相互連通的管束， 或者由多層孔板疊加而成，或者三維有序多孔材料結構。本發明可有效消除流動中的旋渦和速度不均勻，並能直接產生管內充分發展流動的速度分布剖面。製造成本低，使用及維護簡單，通用性好。本發明流動調整器與流量計配合使用能有效提高測量精度。本發明可用於流量計裝置或流體輸運管道的流動調整。
圖1為本發明所涉及的多孔介質流動調整器結構爆炸圖；圖2為本發明流動調整器剖面圖；圖3為本發明流動調整器正視圖；CN 102435253 A
說明書
3/3頁圖4為整流器本體的剖面圖；圖5為整流器工作時管內流場的示意圖；圖中1、4導流葉片組件，2法蘭盤，3整流器本體。
具體實施例方式以下結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步說明。本發明採用「導流葉片組件+整流器本體+導流葉片組件」結構形式，包括整流器本體、兩組導流葉片組件和法蘭盤。兩組導流葉片組件分別布置在法蘭盤的兩側，並與法蘭盤用焊接方式進行連接，整流器本體被兩組導流葉片組件在軸向固定、被法蘭盤徑向固定。圖1所示為本流動調整器的爆炸圖，圖2為本流動調整器剖面圖。圖2中1和4 為導流葉片組件、2為法蘭盤、3為整流器本體。圖3為本流動調整器正視圖。導流葉片組件1和4對於流體流動來說，起消除流場中的部分旋渦到作用；對於整流器本體3來說，導流葉片組件1和4起定位和支撐作用，並增加整個流動調整器的強度； 對於安裝和維護來說，能保證安裝時與管道的同軸度。整流器本體3的端面為凹形一端端面為凹形，或兩端端面均為凹形的對稱結構， 如圖4所示。這種結構形式特別用於產生管內充分發展流動的流速分布；在沒有速度分布要求的情況下，整流器本體的端面也可以為平面。整流器本體3的材料為多孔介質，其特點是空間三個方向的滲透係數均大於零，能高效地消除旋渦、調整流場。整流器本體3利用其兩端的凹形形狀輔助產生充分發展流動的速度剖面。為了降低本發明流動調整器的流阻， 加工整流器本體3時可選用高孔隙率和較大孔徑的多孔介質材料。整流器本體3的尺寸大小需要保證其軸向最小厚度h3 > 3d，其中d為多孔介質材料的平均孔徑。整流器本體3的材料可以是泡沫金屬材料，也可以是管與管之間相互連通的管束，或者由多層孔板疊加而成，或者三維有序多孔材料。工作時，流體從流動調整器一側流向另一側，流場不穩定、有旋渦、有速度畸變的流動，被流動調整器調整為穩定、無旋渦、無速度畸變的流動，如圖5所示。從宏觀上來說，管束、孔板、隔柵直接或組合而成的流動調整器，其整流器本體部分也可以認為是多孔介質。然而，這種形式的多孔介質在空間三個方向上的滲透係數只有一個大於零，另外兩個均等於零。研究表明，空間三個方向的滲透係數都大於零的多孔介質結構，消除旋渦、調整流動的效率是最高的。本發明涉及的流動調整器，抓住了傳統流體調整器的本體在空間三個方向的滲透係數數值有兩個等於零，因而消除旋渦、調整流動的效率不高以及結構複雜的主要問題，採用了空間三個方向的滲透係數數值均大於零的多孔介質作為流動調整器的本體，並把整流器本體設計成端面凹形，能夠消除流場中的旋渦、改善流場的速度畸變，直接把流場整流成一個穩定的、對稱的、具有充分發展流管流動速度剖面的流程，達到有效降低流動噪音、減小管道振動的目的。本發明合理地利用了空間三個方向的滲透係數數值均大於零的多孔介質的特性， 設計的流動調整器結構簡單、加工成本低、安裝和維護簡便、調整流動效率高。本發明的流動調整器適用於各種流體輸送管道，尤其適合於與各種流量計配合使用，提高流量計的計量精度。
權利要求
1.一種用於流體傳輸管道的流動調整器，其特徵在於，所述的流動調整器包括整流器本體(3)、兩組導流葉片組件(1、4)和法蘭盤(2)；兩組導流葉片組件(1、4)布置在法蘭盤 ⑵的兩側，並與法蘭盤⑵連接；整流器本體⑶放置在法蘭盤⑵中心；兩個導流葉片組件(1、4)沿軸向固定整流器本體(3)，法蘭盤( 沿徑向固定整流器本體(3)；整流器本體(3)為多孔介質材料製作，所述的多孔介質材料空間三個方向的滲透係數均大於零。
2.根據權利要求1所述的流動調整器，其特徵在於，所述的多孔介質材料是泡沫材料、 或者是管與管徑向有孔相互連通的管束、或者由多層孔板疊加而成、或三維有序多孔材料。
3.根據權利要求1所述的流動調整器，其特徵在於，整流器本體(3)的一端端面為凹形、或兩端端面均為凹形、或兩端端面為平面。
全文摘要
一種用於流體傳輸管道的流動調整器，包括整流器本體(3)、導流葉片組件(1、4)和法蘭盤(2)。整流器本體(3)為多孔介質材料，其空間三個方向的滲透係數均大於零。該流動調整器放置在流體流動管道內，能消除流場中的旋渦、改善流場的速度畸變，流場被整流成一個穩定的、對稱的、具有充分發展流管流動速度剖面的流程，達到有效降低流動噪音、減小管道振動的目的。本發明可用於流量計裝置或流體輸運管道的流動調整。
文檔編號G01F1/28GK102435253SQ201110369139
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者吳治永, 王志峰 申請人:中國科學院電工研究所