測量高壓管路中高速流體的靜壓的裝置和方法
2023-06-12 01:47:16 4
測量高壓管路中高速流體的靜壓的裝置和方法
【專利摘要】本發明涉及高速流體靜壓的測量。為此，提供一種靜壓測量裝置，包括殼體、在殼體兩側的連接端部、連接於殼體的引壓管和由殼體所限定的封閉的靜壓腔，在管路的被測管段的管壁上設置至少一個取壓孔。管路延伸穿過連接端部和靜壓腔，使得靜壓腔通過連接端部緊固於被測管段，使管段內的流體在管段的取壓孔、殼體的靜壓腔和引壓管之間流體連通。本發明還提供一種靜壓測量方法，包括如下步驟：在管段上開設至少一個取壓孔；將靜壓測量裝置套設在被測管段上，使取壓孔與靜壓腔徑向對齊，以保持取壓孔與靜壓腔流體連通；管段中的流體從取壓孔流到靜壓腔，再從靜壓腔流到連接於殼體的引壓管；待引壓管中的流體的參數穩定之後，測量引壓管中的流體的靜壓。
【專利說明】測量高壓管路中高速流體的靜壓的裝置和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種高壓管路中高速流體的穩態靜壓的測量，還涉及可變管徑的高壓管路中高速流體的穩態靜壓的測量。
【背景技術】
[0002]飛機的機翼會有結冰現象，從而影響了飛機的安全飛行。為了消除機翼上的結冰，需要設置一套防冰裝置。目前航空工業上，飛機常採用高壓管路用於熱氣防冰供氣。隨著環境條件和工況的變化，需要對高壓管路中的流體的流量進行控制和調整，通常是通過獲取高壓管路中的流體的靜壓來反饋調節防冰活門的開度。
[0003]為了獲取管內高速流體的靜壓，通常的做法是在管壁上開一單孔，直接將一引壓管連接到單孔，從而對管道中在該單孔部位的流體進行靜壓測量。該方法由於連接形式簡單、且佔用空間小而廣泛用於真實飛機管路靜壓測量和模型試驗件的靜壓測量。
[0004]但由於管內的高速流體通常為紊流流動，存在壁面效應，在局部測量點位處，例如單孔所在位置，存在渦流，無法避免動壓對靜壓測量的影響，。且由於管路安裝角度和流體重力的影響，採用管壁單孔進行測量可能存在測量值不穩定以及不能反映高速流體的真實靜壓值而誤差較大的情況。即單孔位置的設置也會影響靜壓測量的數據。因此需要設計一種能夠儘量避免靜壓測量波動、提高測量精度的測試手段。
[0005]且由於被測壓的管路管徑多變，例如防冰笛形管會沿機翼展向不斷變徑，還需要提供一種用於測量可變管徑管路的靜壓腔的構造形式，方便一套設備在管道上進行多次靜壓測量。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的技術問題是在測量管道中的高速流體的靜壓時能夠得到更能反映高速流體的真實靜壓的數值。
[0007]技術術語的解釋:高速流體在其完全不受流速影響方向上測得的壓力為靜壓，在其完全受阻處(流速為零)測得的壓力為全壓。全壓與靜壓之差為動壓。
[0008]根據定義，測量靜壓需要完全排除流速造成的影響，管內理想層流狀態時，即沒有紊流現象，從管壁上垂直於管道軸線引出的引壓管測壓得到的就是靜壓。但如果是紊流狀態，則難免會有垂直於管軸線的速度分量，因此所測靜壓會有微小的動壓加成幹擾。若沿管壁取多個點引出壓力，在腔內均衡後，再改變一次取壓方向，從垂直於管軸線引壓轉變成平行於管軸線引壓，則能夠最大限度的消除動壓對靜壓測量的影響。
[0009]為此，根據本發明的一個方面，提供一種測量高壓管路中高速流體靜壓的靜壓測量裝置，所述靜壓測量裝置包括殼體、在殼體兩側的連接端部、連接於殼體的引壓管和由殼體所限定的封閉的靜壓腔，使得所述靜壓腔和所述引壓管流體連通，在所述管路的被測管段的管壁上設置至少一個取壓孔。所述殼體構造成所述管路能夠延伸穿過所述連接端部和靜壓腔，使得所述靜壓腔通過所述連接端部緊固於所述被測管段而能夠流體密封地可拆卸地固定在所述管段的管壁上，而且所述管段上的取壓孔與所述靜壓腔對齊，從而使所述管段內的流體在管段的取壓孔、所述殼體的靜壓腔和引壓管之間流體連通。還包括壓力測量儀，所述壓力測量儀與所述引壓管流體連通。
[0010]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述取壓孔包括在所述被測管段的一個截面上以所述管路的軸線為圓心、沿周向等角度開取的多個取壓孔。
[0011]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述取壓孔的直徑為管段的直徑的1/20至1/40。
[0012]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述殼體還包括在其側壁上的引壓孔，使得所述引壓孔與所述靜壓腔流體連通；所述引壓管通過所述引壓孔連接於所述殼體，使所述引壓管與靜壓腔流體連通並平行於管段的軸向延伸。
[0013]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述靜壓腔設置成與所述管段同軸地軸向延伸，並沿所述管段的橫截面徑向擴展。
[0014]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述連接端部包括從所述殼體的兩側軸向朝外延伸的凸緣，所述凸緣能夠流體密封地緊固在所述被測管段的管壁上。
[0015]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述凸緣和所述殼體的與所述凸緣相連的所述側壁由彈性材料構成，使得所述凸緣能夠彈性地套接在所述管段的管壁上。
[0016]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述凸緣的一部分和所述側壁的與所述凸緣的所述一部分相連的一部分的材料不同於所述凸緣的另一部分和所述側壁的與所述凸緣的所述另一部分相連的另一部分的材料，所述一部分的材料的彈性高於所述另一部分的材料的彈性。
[0017]在上述靜壓測量裝置的基礎上，還包括一卡帶，所述凸緣通過所述卡帶緊固到所述被測管段上。
[0018]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述殼體的除由彈性材料構成的部分之外的其餘部分的材料與所述管段的材料相同。
[0019]在上述靜壓測量裝置的基礎上，所述取壓孔構造成使得管段內的流體垂直於管段的軸線流入所述靜壓腔。
[0020]根據本發明的另一個方面，還提供一種測量高壓管路中高速流體靜壓的靜壓測量方法，所述靜壓測量方法包括如下步驟:
[0021](I)在所述管路的被測管段的管壁上開設至少一個取壓孔；
[0022](2)將靜壓測量裝置的殼體套設在所述被測管段上，通過所述殼體兩側的連接端部使所述靜壓測量裝置可拆卸地固定在所述管壁上，使所述殼體中的靜壓腔流體密封地固定在所述管壁上，同時，使所述取壓孔與所述靜壓腔徑向對齊，以保持所述取壓孔與所述靜壓腔流體連通；
[0023](3)所述管段中的流體從取壓孔流到所述靜壓腔，再從所述靜壓腔流到連接於所述殼體的引壓管；
[0024](4)待所述引壓管中的流體的參數穩定之後，測量所述引壓管中的流體的靜壓。
[0025]在上述靜壓測量方法的基礎上，在所述步驟(I)中，在被測管段的一個截面上以管路軸線為圓心、沿周向等角度的開取多個所述取壓孔，所述取壓孔的直徑為所述管段的直徑的1/20至1/40。
[0026]在上述靜壓測量方法的基礎上，在所述步驟(3 )中，所述管段中的流體以徑向方向經過所述取壓孔流到所述靜壓腔。
[0027]在上述靜壓測量方法的基礎上，在所述步驟(3)中，使連接於所述殼體的所述引壓管中的流體沿平行於所述管段的軸向的方向流動。
[0028]在上述靜壓測量方法的基礎上，在所述步驟(2)中，所述連接端部包括從所述殼體的兩側軸向朝外延伸的凸緣，使所述凸緣密封地緊固在管段的管壁上。
[0029]在上述靜壓測量方法的基礎上，在所述步驟(4)之後，在所述管路I上移動所述靜壓測量裝置，並將其移動到具有與所述管段相同或不同的直徑的另一管段上，然後重複步驟(I) — (4)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0030]圖1是安裝有本發明的靜壓測量裝置的管路的立體圖；
[0031]圖2是安裝有本發明的靜壓測量裝置的管路的另一方向的立體圖，其中示出了管路中的測量孔；
[0032]圖3是安裝有本發明的靜壓測量裝置的管路的局部立體圖，其中示出了測量裝置中的靜壓腔；
[0033]圖4是本發明測量裝置的截面立體圖，其中示出了測量裝置中的靜壓腔和流體引壓管的位置；
[0034]圖5是安裝有本發明的靜壓測量裝置的管路的剖視圖；其中示出了被測管段的管壁上的取壓孔孔以及測量裝置的靜壓腔和引壓管；
[0035]圖6是對應於圖5的立體圖；
[0036]圖7是用於可變管徑的管路的靜壓測量裝置的一個方向的立體圖:
[0037]圖8是用於可變管徑的管路的靜壓測量裝置的另一個方向的立體圖:以及
[0038]圖9是對應於圖8的靜壓測量裝置的立體圖，其中詳細示出了連接端部的凸緣由不同材料的兩部分組成，構成靜壓腔的殼體的側壁也有不同材料的兩部分組成。
【具體實施方式】
[0039]如圖1、2和5所示，高壓流體流經高壓管路1，在管路I的被測管段10的管壁上安裝一靜壓測量裝置2。靜壓測量裝置2包括殼體20、引壓管21、兩個連接端部22和23和由殼體20所限定的靜壓腔24。靜壓測量裝置2通過兩個連接端部22和23可拆卸地固定在管段10的管壁上，使靜壓腔24流體密封地安裝在管段10的管壁上。
[0040]如圖3所示，在管路I上選定被測管段10，在被測管段10的一個截面上以管路軸線為圓心，沿周向等角度的開取直徑為管路直徑1/20至1/40大小的若干取壓孔11。在圖3所示的實施例中，管壁上有8個取壓孔11。根據實際需要，還可以選擇更多或過少數量的取壓孔11。取壓孔11也可以周向非等角度分布，或在不同截面的不同周向分布。因此，圖3所示實施例的取壓孔11的分布結構不是本發明中唯一的分布結構，符合本發明發明原理的取壓孔11的其他不同位置和數量的分布也在本發明之列。
[0041]較佳地，為了避免流體的軸向流動的速度對靜壓測量的影響，取壓孔11構造成使得管段10內的流體垂直於管段10的軸線，即流體流動方向，流入靜壓腔24。
[0042]如圖1和圖5所示，靜壓測量裝置2的殼體20還包括在其側壁202上的與由殼體20限定的靜壓腔24流體連通的引壓孔25。引壓管21通過引壓孔25連接於殼體20，使得引壓管21流體連通地連接於靜壓腔24。較佳地，引壓管21平行於管道10的軸線延伸，使引壓管21內的流體的流動方向與管道10內的流體的流動方向平行。
[0043]如圖9所述，靜壓測量裝置2兩端的連接端部22和23的一個實施例為從殼體20的兩側壁201和202軸向向外伸出的凸緣。管段10穿過測量裝置2的靜壓腔24，測量裝置2通過其兩連接端部22和23流體密封地安裝在管段10的管壁上，使得管段10上的取壓孔11、測量裝置2的靜壓腔24和引壓管21流體連通，引壓管21的另一端連接於壓力測量儀(圖中未示出)。
[0044]在包括被測管段10區域的管路I上通過如圖9所示的卡帶26等以可拆卸方法(詳見下文的描述)密封地連接有靜壓測量裝置2的封閉的靜壓腔24，該靜壓腔24的殼體20的一個側壁上的引壓孔25通過管接頭或焊接形式與引壓管21 —端相連。
[0045]飛機上採用的用於熱氣防冰供氣的高壓管路還包括管徑多變的管路，例如防冰笛形管會沿機翼展向不斷變徑。這對靜壓測量裝置提出了另外的要求。如圖7和9所示，圖中所示的實施例可用於可變管徑的管路中的流體靜壓的測量。
[0046]具體而言，測試方法主要體現在靜壓腔24與管路I連接的方式上。將靜壓腔24連接於管路I的兩個連接端部22和23的翻邊、即凸緣總體上採用矽橡膠等類似高延展性材料，該凸緣形式的一個實施例如圖9所示，凸緣22的一部分，尤其是沿凸緣的整個軸向長度延伸的扇形段22a的區域為比凸緣22的其餘部分22b更有彈性的材料，有較強的擴縮性能。同樣，對於殼體20的與凸緣22相連的側壁201而言，所選用的材料總體上與凸緣22相同，較佳地，其中的靠近凸緣22的一部分，尤其是與凸緣22的扇形段22a相連的扇形段201a的材料與凸緣22的扇形段22a相同，與凸緣22的其餘部分22b相連的其餘部分201b的材料與凸緣22的其餘部分22b相同。側壁201的扇形段201a在側壁201的徑向上的一部分延伸。根據被測流體的具體特性，凸緣22和側壁201的材料還需要具有一定的耐高溫、腐蝕等性能。在安裝靜壓測量裝置2時，需要先將該凸緣22套在測試管路I上，然後沿管路移動到測壓管段10的位置，使管段10上的取壓孔11的位置與測量裝置2的靜壓腔24的位置徑向對準，最後通過金屬卡帶26等形式將凸緣22流體密封地固定在管道10的管壁上，使該靜壓腔24固定在測量管段10上。靜壓測量裝置2的兩個連接端部中的另一個23的結構可以與凸緣22完全相同或基本相同。同樣，殼體20的兩個側壁中的另一個202的結構可以與側壁201完全相同或基本相同。在此省略對它們的描述。
[0047]構成靜壓腔24的殼體20的其餘部分的材料與管路I的材料相同或相似，通常採用不鏽鋼。如上所述，將殼體20連接於管路I的凸緣22的材料採用矽橡膠等類似高延展性材料。不考慮流體腐蝕性的限制時，引壓管21材料通常採用銅(用於高溫流體)或塑料(用於常溫流體)。
[0048]以上所描述的連接端部22和23的實施例不是本發明的唯一的實施例。連接端部22和23還可以其他構造形式實施。例如，在殼體20的兩側的管段10穿過的孔內緣中固定地或可拆卸地設置彈性密封構件，諸如彈性耐壓密封環，當靜壓測量裝置2安裝在管段10上時，使該彈性耐壓密封環位於殼體20與管段10的管壁之間，以保持殼體20流體密封地配合在管段10上。
[0049]下面通過一個較佳實施例來描述將靜壓測量裝置2安裝到管路I上的安裝過程。選取合適的靜壓測量管段10，如無特殊要求，儘量選在前後均有較長直管段的區域。在被測管段10的一個截面上以管路I的軸線為圓心，沿周向等角度的開取直徑是管路直徑1/20至1/40大小的若干取壓孔11，該實施例為8個取壓孔11。根據安裝空間限制等要求設計靜壓測量裝置I的靜壓腔24的結構，較佳的是，靜壓腔24與管路I同軸。將引壓管21通過管路接頭或焊接固定到殼體20上而與靜壓腔24流體連通，使引壓管21的延伸方向與管路I的延伸方向相同。將靜壓測量裝置2的凸緣22和23套在測試管路I上，然後沿管路I移動到測壓管段10，使管段10的取壓孔11與靜壓測量裝置2的靜壓腔24流體連通。通過金屬卡帶26的卡箍，使凸緣22和23相對管路I密封地固定。當凸緣22和23在管段10的密封和耐壓足夠時，也可以不使用金屬卡帶26。
[0050]下面描述測量方式。當靜壓測量裝置2如圖1所示安裝到管段10上之後，待管段10內的流體流入靜壓腔24和引壓管21，流量參數基本穩定後，通過與引壓管21連接的壓力測量儀(常規設備)獲取管路內的流體的靜壓值。
[0051 ] 上述示例性的實施例示出了解決本發明要解決的技術問題的技術方案中的一個實施例。在該實施例的示例下，其它符合本發明原理的等效和類似的手段都屬於本發明保護的範圍中。本發明的發明原理是，將原來直接從取壓孔將管路內的流體引入引壓管後進行靜壓測量改為將取自引壓孔的流體引入靜壓腔，再將靜壓腔中的流體引入引壓管，以減少流體紊流對靜壓測量的影響。
【權利要求】
1.一種測量高壓管路(I)中高速流體靜壓的靜壓測量裝置(2)， 所述靜壓測量裝置包括殼體(20 )、在殼體(20 )兩側的連接端部(22和23 )、連接於殼體(20)的引壓管(21)和由殼體(20)所限定的封閉的靜壓腔(24)，使得所述靜壓腔(24)和所述引壓管(21)流體連通，在所述管路(I)的被測管段(10)的管壁上設置至少一個取壓孔(11)； 所述殼體(20)構造成所述管路(I)能夠延伸穿過所述連接端部(22和23)和靜壓腔(24),使得所述靜壓腔(24)通過所述連接端部(22和23)緊固於所述被測管段(10)而能夠流體密封地可拆卸地固定在所述管段(10)的管壁上，而且所述管段(10)上的取壓孔(11)與所述靜壓腔(24)對齊，從而使所述管段(10)內的流體在管段(10)的取壓孔(11)、所述殼體(20)的靜壓腔(24)和引壓管(21)之間流體連通； 還包括壓力測量儀，所述壓力測量儀與所述引壓管(21)流體連通。
2.如權利要求1所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述取壓孔(11)包括在所述被測管段(10)的一個截面上以所述管路(I)的軸線為圓心、沿周向等角度開取的多個取壓孔。
3.如權利要求2所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述取壓孔(11)的直徑為管段(10)的直徑的1/20至1/40。
4.如權利要求1或3所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述殼體(20)還包括在其側壁上的引壓孔(25)，使得所述引壓孔(25)與所述靜壓腔(24)流體連通；所述引壓管(21)通過所述引壓孔(25)連接於所述殼體(20)，使所述引壓管(21)與靜壓腔(24)流體連通並平行於管段(10)的軸向延伸。
5.如權利要求1或4所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述靜壓腔(24)設置成與所述管段(10)同軸地軸向延伸，並沿所述管段(10)的橫截面徑向擴展。
6.如權利要求1或5所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述連接端部(22和23)包括從所述殼體(20)的兩側軸向朝外延伸的凸緣，所述凸緣能夠流體密封地緊固在所述被測管段(10)的管壁上。
7.如權利要求6所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述凸緣和所述殼體(20)的與所述凸緣相連的所述側壁由彈性材料構成，使得所述凸緣能夠彈性地套接在所述管段(10)的管壁上。
8.如權利要求7所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述凸緣的一部分(22a)和所述側壁(201)的與所述凸緣的所述一部分(22a)相連的一部分(201a)的材料不同於所述凸緣的另一部分(22b)和所述側壁201的與所述凸緣的所述另一部分(22b)相連的另一部分(201b)的材料，所述一部分(22a和201a)的材料的彈性高於所述另一部分(22b和201b)的材料的彈性。
9.如權利要求6或8所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，還包括一卡帶(26)，所述凸緣通過所述卡帶(26 )緊固到所述被測管段(10 )上。
10.如權利要求7所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述殼體(20)的除由彈性材料構成的部分之外的其餘部分的材料與所述管段(10)的材料相同。
11.如權利要求1一 3，7，8和10中的任何一項所述的靜壓測量裝置，其特徵在於，所述取壓孔(11)構造成使得管段(10)內的流體垂直於管段(10)的軸線流入所述靜壓腔(24)。
12.一種測量高壓管路中高速流體靜壓的靜壓測量方法，所述靜壓測量方法包括如下步驟: (I)在所述管路(I)的被測管段(10)的管壁上開設至少一個取壓孔； (2 )將靜壓測量裝置的殼體(20 )套設在所述被測管段(10 )上，通過所述殼體(20 )兩側的連接端部(22和23)使所述靜壓測量裝置可拆卸地固定在所述管壁上，使所述殼體(20)中的靜壓腔(24)流體密封地固定在所述管壁上，同時，使所述取壓孔(11)與所述靜壓腔(24)徑向對齊，以保持所述取壓孔(11)與所述靜壓腔(24)流體連通； (3)所述管段(10)中的流體從取壓孔(11)流到所述靜壓腔(24)，再從所述靜壓腔(24)流到連接於所述殼體(20)的引壓管(21)； (4)待所述引壓管(21)中的流體的參數穩定之後，測量所述引壓管中的流體的靜壓。
13.如權利要求12所述的靜壓測量方法，其特徵在於，在所述步驟(1)中，在被測管段(10)的一個截面上以管路軸線為圓心、沿周向等角度的開取多個所述取壓孔，所述取壓孔的直徑為所述管段(10)的直徑的1/20至1/40。
14.如權利要求13所述的靜壓測量方法，其特徵在於，在所述步驟(3)中，所述管段(10)中的流體以徑向方向經過所述取壓孔(11)流到所述靜壓腔(24)。
15.如權利要求14 所述的靜壓測量方法，其特徵在於，在所述步驟(3)中，使連接於所述殼體(20)的所述引壓管(21)中的流體沿平行於所述管段(10)的軸向的方向流動。
16.如權利要求15所述的靜壓測量方法，其特徵在於，在所述步驟(2)中，所述連接端部(22和23)包括從所述殼體(20)的兩側軸向朝外延伸的凸緣，使所述凸緣密封地緊固在管段(10)的管壁上。
17.如權利要求12- 16中的任何一項所述的靜壓測量方法，其特徵在於，在所述步驟(4)之後，在所述管路I上移動所述靜壓測量裝置，並將其移動到具有與所述管段(10)相同或不同的直徑的另一管段上，然後重複步驟(1) - (4)。
【文檔編號】G01L19/14GK103759884SQ201410043772
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月29日 優先權日:2014年1月29日
【發明者】曾飛雄, 霍西恆, 白斌, 王大偉, 李志茂, 杜延平 申請人:中國商用飛機有限責任公司, 中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院