CN213812438U - 一种基于双谐振管差压式湿气流量计 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于双谐振管差压式湿气流量计，其包括依次连接的输入管、节流部以及输出管，所述节流部包括收缩管、第一谐振管、第二谐振管以及扩张管，所述第一谐振管和所述第二谐振管相互平行，所述输入管通过所述收缩管缩径连通所述第一谐振管的一端与第二谐振管的一端，所述第一谐振管的另一端与所述第二谐振管的另一端均通过扩张管与所述输出管连通；所述输入管与所述输出管上均开设有取压口，所述取压口均连接于多参量传感器，所述输入管、节流部以及输出管中任一位置处设置有温度传感器；还包括用于驱动第一谐振管和第二谐振管振动并检测振动频率的换能器组。本申请具有为了便于测量湿气中的气流量和液流量的效果。

Description

一种基于双谐振管差压式湿气流量计

技术领域

本申请涉及湿气流量计的领域，尤其是涉及一种基于双谐振管差压式湿气流量计。

背景技术

湿气是一种特殊的气液两相流动形态，广泛存在于油气开采、炼油化工、能源动力等许多行业，化工、油气行业在生产过程中经常对各种复杂流体的进行流量测量，湿气在不同表观流速下会出现不同的流型，密度和粘度分布与流型有关，其物性参数取决于气液两相含量。

单相计量仪表是一种常用的流量检测计，但是单相流量计仅能对一种流体进行检测，若使用单相流量计检测湿气，湿气中含有的液流量使得检测结果存在一定的误差，且使用单相流量计不便于对湿气中的气流量和液流量分别进行检测。

实用新型内容

为了便于测量湿气中的气流量和液流量，本申请提供一种基于双谐振管差压式湿气流量计。

本申请提供的一种基于双谐振管差压式湿气流量计采用如下的技术方案：

一种基于双谐振管差压式湿气流量计，包括依次连接的输入管、节流部以及输出管，所述节流部包括收缩管、第一谐振管、第二谐振管以及扩张管，所述第一谐振管和所述第二谐振管相互平行，所述输入管通过所述收缩管缩径连通所述第一谐振管的一端与第二谐振管的一端，所述第一谐振管的另一端与所述第二谐振管的另一端均通过扩张管与所述输出管连通；

所述输入管与所述输出管上均开设有取压口，所述取压口均连接于多参量传感器，所述输入管、节流部以及输出管中任一位置处设置有温度传感器；

还包括用于驱动第一谐振管和第二谐振管振动并检测振动频率的换能器组。

通过采用上述技术方案，将湿气通入输入管中，通过收缩管和扩张管使得湿气的流速进行改变，然后进行对输入管与输出管之间的压差流量测量，并通过换能器组驱动第一谐振管和第二谐振管振动并检测其振动频率，然后将压差值、温度值、振动频率等检测数据进行计算获得湿气中气流量和液流量的含量，具有便于测量湿气中的气流量和液流量的效果。

可选的，所述收缩管的截面半径沿着介质流动的方向逐渐减小。

可选的，所述输入管靠近收缩管一端的内壁上设置有沿着介质流动的方向由管内向管外倾斜的扩张面。

通过采用上述技术方案，湿气流入输入管，通过设置的扩张面使得流通通道扩大，进而湿气流速减小并存储一定的能量，然后通过收缩管缩径后加速流动实现节流，进而具有在一定程度上使得湿气更均匀地通入第一谐振管和第二谐振管内的效果。

可选的，所述扩张管的截面半径沿着介质流动的方向逐渐增大。

可选的，所述输出管远离扩径管一端的内壁上设置有沿着介质流动的方向由管外向管内倾斜的缩小面。

通过采用上述技术方案，湿气通过振动的第一谐振管与第二谐振管后流速增大，并且具有较大的动能，通流经扩张管使得湿气的流通通道缓慢变大，并且流速缓慢减小，从而能在一定程度上减小流速过大的湿气引起流量计的振动而对测量进行干扰。

附图说明

图1是本申请实施例用于展示流量计的整体结构示意图。

附图标记说明：1、输入管；11、扩张面；2、节流部；21、收缩管；22、第一谐振管；23、第二谐振管；24、扩张管；3、输出管；31、缩小面；4、多参量传感器；5、温度传感器；6、电-机械能换能器；7、机械能-电换能器；8、取压口。

具体实施方式

以下结合附图1对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种基于双谐振管差压式湿气流量计。参照图1，一种基于双谐振管差压式湿气流量计，包括依次连接的输入管1、节流部2以及输出管3，需要使用流量计时，将流量计的输入管1和输出管3与待测管线进行连通，可以采用现有的固定方式对输入管1与待测管线、输出管3与待测管线之间进行连接，如利用法兰盘等方式进行可靠固定，待检测管线中的湿气依次流过输入管1、节流部2并从输出管3流出。

节流部2包括收缩管21、第一谐振管22、第二谐振管23以及扩张管24，并且第一谐振管22和第二谐振管23相互平行，输入管1通过收缩管21缩径后连通第一谐振管22的一端与第二谐振管23的一端，第一谐振管22的另一端与第二谐振管23的另一端均通过扩张管24与输出管3连通。

收缩管21的截面半径沿着介质流动的方向逐渐减小，输入管1靠近收缩管21一端的内壁上设置有沿着介质流动的方向由管内向管外倾斜的扩张面11；扩张管24的截面半径沿着介质流动的方向逐渐增大，输出管3远离扩径管一端的内壁上设置有沿着介质流动的方向由管外向管内倾斜的缩小面31。

通过收缩管21与扩径管的截面半径逐渐变化以及倾斜的缩小面31与扩张面11，进而当湿气通过流量计的过程中流速不易骤变。

湿气流入输入管1后，通过设置的扩张面11使得流通通道扩大，进而湿气流速减小并存储一定的能量后再流过收缩管21，通过收缩管21缩径后加速流入第一谐振管22和第二谐振管23内，进而在一定程度上使得湿气能够更均匀地通入第一谐振管22和第二谐振管23内。

湿气通过振动的第一谐振管22与第二谐振管23后流速增大，并且第一谐振管22和第二谐振管23处于振动状态，进而使得湿气流出第一谐振管22和第二谐振管23时具有较大的动能，通流经扩张管24使得湿气的流通通道缓慢变大，并且流速缓慢减小，从而能在一定程度上减小流速过大的湿气引起流量计的振动而对测量进行干扰。

本实施例中输入管1和输出管3的管壁厚度大于第一谐振管22与第二谐振管23的管壁厚度，第一谐振管22与第二谐振管23的壁厚较薄且具有一定的弹性，进而能够便于振动第一谐振管22和第二谐振管23，并在一定程度上减少第一谐振管22和第二谐振管23的振动对输入管1和输出管3的影响。

本实施例中节流比0.4≤d/D≤0.7；输入管的长度为L1，输出管的长度为L2，第一谐振管或第二谐振管的长度为L，输入管的入口直径D，第一谐振管或者第二谐振管的直径d，收缩管长度为H1,扩张管长度为H2；收缩管段锥角为α，扩张管段锥角为β；20°≤α≤22°，7°≤β≤15°。

输入管1与输出管3上均开设有取压口8，取压口8均连接于多参量传感器4，多参量传感器4的均通过预设的传压管与取压口8连接，多参量传感器4能够检测输入管1和输出管3之间的压力差，还能够检测输入管1上的压力值，在其他实施例中还能够检测输出管3上的压力值；输入管1、节流部2以及输出管3中任一位置处设置有温度传感器5，本实施例中的温度传感器5用于检测输入管1的温度。

流量计还包括用于驱动第一谐振管22和第二谐振管23振动并检测振动频率的换能器组，换能器组包括电-机械能换能器6与机械能-电换能器7，电-机械能换能器6设置在第一谐振管22远离第二谐振管23的一侧，电-机械能换能器6驱动第一谐振管22和第二谐振管23振动，机械能-电换能器7设置在第二谐振管23远离第一谐振管22的一侧，机械能-电换能器7用于接收第一谐振管22与第二谐振管23的振动频率。

电-机械能换能器6与机械能-电换能器7可以为电磁线圈或者压电体等等，本实施例中选择电磁线圈。

驱动第一谐振管22和第二谐振管23开始振动时，第一谐振管22和第二谐振管23的振动频率不一致，进而第一谐振管22和第二谐振管23之间相互碰撞开始振动，最终第一谐振管22和第二谐振的振动频率一致，从而更容易使得第一谐振管22和第二谐振管23起振。

多参量传感器4的数据输出端、温度传感器5的数据输出端均与流量计算机连接，并且电-机械能换能器6与机械能-电换能器7也与流量计算机连接，进而压差值、温度值、振动频率等检测数据通过流量计算机进行计算获得湿气中气流量和液流量的含量，具有便于测量湿气中的气流量和液流量的效果。

本申请实施例一种基于双谐振管差压式湿气流量计的实施原理为：

气液两相介质流入流量计内被节流加速，在输入管1和输出管3之间产生差压，压差值由多参量传感器4可以进行测量，由于第一谐振管22和第二谐振管23的谐振频率与管内介质的密度相关，通过测量谐振管的谐振频率，就可以获得管内介质的混合密度。

由公共知识可知，对于单相介质的节流式差压流量计流量公式为：

Q_m——质量流量

D——上游管道内径

C——流出系数

ρ₁——工况下流体密度

β——直径比d/D

d——喉部内径

Δp——差压

ε——膨胀系数

由公式可知，在确定了装置的实际尺寸后，流量公式的相关参数均已确定，而可膨胀系数与介质相关，介质中气液成分是变化的，进而可膨胀系数客观上也是变化的，可通过介质的组分计算获得，通过密度测量，就可以确定气液各相的组分。

第一谐振管22的谐振频率与其结构、材料及质量有关，而第一谐振管22的质量＝管体的质量+管中介质的质量。

第一谐振管22本身的质量生产后就确定了，介质的质量是介质密度与第一谐振管22体积的乘积，而第一谐振管22的体积也是固定的，因此振动频率直接与密度有相应的关系，进而介质的密度可以通过测量谐振管的谐振频率获得。

一个温度传感器5的信号用于补偿温度变化而引起的谐振管钢性的变化，振动周期的测量是通过测量谐振管的振动周期和温度获得，介质密度的测量利用了密度与谐振管振动周期的线性关系及标准的校定常数；测量密度时，管道钢性、几何结构和流过流体质量共同决定了管道装置的固有频率，因而由测量的管道频率可推出流体密度。

经简化后，流量公式中两个参数：混合密度与差压都可以通过传感器获得。由此，总流量即可测得；在确定气体成分的情况下，气体密度与温度，压力相关，通过温度传感器5和多参量传感器4，可算得该工况下的气体密度；在得到气体液体密度，可以通过混合密度，计算得到含液率。

η＝(混合密度-气密度)/(液密度-气密度)

由于两相流含有气体，为可压缩介质，其物理特性与温度，压力，组分相关，组分是被测气体的固有特性，温度，压力为测量值，由这些量与标定公式结合，就可以得到包括可压缩系数，流出系数的实时值，从各满足节流式差压流量计的所有计算条件，代入公式，即可获得总流量，并通过含液率计算获得获得各相流量，完成气液两相流的计量。

液流量＝η*总流量

气流量＝(1-η)*总流量

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于双谐振管差压式湿气流量计，其特征在于：包括依次连接的输入管(1)、节流部(2)以及输出管(3)，所述节流部(2)包括收缩管(21)、第一谐振管(22)、第二谐振管(23)以及扩张管(24)，所述第一谐振管(22)和所述第二谐振管(23)相互平行，所述输入管(1)通过所述收缩管(21)缩径连通所述第一谐振管(22)的一端与第二谐振管(23)的一端，所述第一谐振管(22)的另一端与所述第二谐振管(23)的另一端均通过扩张管(24)与所述输出管(3)连通；

所述输入管(1)与所述输出管(3)上均开设有取压口(8)，所述取压口(8)均连接于多参量传感器(4)，所述输入管(1)、节流部(2)以及输出管(3)中任一位置处设置有温度传感器(5)；

还包括用于驱动第一谐振管(22)和第二谐振管(23)振动并检测振动频率的换能器组。

2.根据权利要求1所述的一种基于双谐振管差压式湿气流量计，其特征在于：所述收缩管(21)的截面半径沿着介质流动的方向逐渐减小。

3.根据权利要求2所述的一种基于双谐振管差压式湿气流量计，其特征在于：所述输入管(1)靠近收缩管(21)一端的内壁上设置有沿着介质流动的方向由管内向管外倾斜的扩张面(11)。

4.根据权利要求1所述的一种基于双谐振管差压式湿气流量计，其特征在于：所述扩张管(24)的截面半径沿着介质流动的方向逐渐增大。

5.根据权利要求4所述的一种基于双谐振管差压式湿气流量计，其特征在于：所述输出管(3)远离扩径管一端的内壁上设置有沿着介质流动的方向由管外向管内倾斜的缩小面(31)。

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