一种插入式旋进旋涡流量计发明专利

专利名称：一种插入式旋进旋涡流量计

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410902374.6

专利申请（专利权）人：承德菲时博特自动化设备有限公司
权利人地址：河北省承德市上板城电子工业园区

专利发明（设计）人：发明人:马立伟,武志刚,孙宏申,李冰梅,赵然

专利摘要：本发明涉及电磁流量计的技术领域，特别是涉及一种插入式旋进旋涡流量计，包括设置于管道内的旋进旋涡管、压电传感装置和用于固定连接旋进旋涡管和压电传感装置的悬臂梁结构；所述旋进旋涡管由测量管和安装其内的起旋器导流板和起旋器体芯构成，所述压电传感装置中的压电传感器设置于测量管的平缓段。本设计方案，填补国、内外同类产品的一项空白；能使现场管道的压力损失基本为“零”；可与与原转换器组合后，很好地保存原有的过程控制或计量时的可靠性、稳定性、重复性好，回差小及其相关的使用功能；适用规格范围大：≤DN2000，使用寿命长、性价比高、使用广泛、市场发展前景大的一种插入式旋进旋涡流量计。

主权利要求：
1.一种插入式旋进旋涡流量计，其特征在于：包括设置于管道内的旋进旋涡管(1)、压电传感装置(2)和用于固定连接旋进旋涡管(1)和压电传感装置(2)的悬臂梁结构(3)；所述旋进旋涡管(1)由测量管(11)和安装其内的起旋器导流板(12)和起旋器体芯(13)构成，所述压电传感装置(2)中的压电传感器(21)设置于测量管(11)的平缓段。
2.如权利要求1所述的一种插入式旋进旋涡流量计，其特征在于，所述悬臂梁结构(3)包括导线连接管(38)以及由下至上依次安装在导线连接管(38)上的压电传感器固定座(31)、加强型石墨小垫片(32)、耐高温密封胶(33)、加强型石墨大垫片(34)、导线连接管固定座(35)和与外部转换器(22)固定连接的转换器固定装置(37)。
3.如权利要求2所述的一种插入式旋进旋涡流量计，其特征在于，所述悬臂梁结构(3)还包括用于导线连接管(38)外部稳固的方形固定板(36)，与所述导线连接管(38)连接。
4.如权利要求2所述的一种插入式旋进旋涡流量计，其特征在于，所述压电传感器(21)固定座包括连接旋进旋涡管(1)和导线连接管(38)的座体(311)，座体内设置有A级平垫圈(312)和标准型弹簧垫圈(313)，通过内六角圈柱头螺钉连接(314)。
5.如权利要求2所述的一种插入式旋进旋涡流量计，其特征在于，所述导线连接管(38)尺寸为：外径φ38、壁厚φ8.5。 说明书 : 一种插入式旋进旋涡流量计技术领域[0001] 本发明涉及电磁流量计的技术领域，特别是涉及一种插入式旋进旋涡流量计。背景技术[0002] 随着科学技术日新月异的更新换代，大工业生产突飞猛进发展的需求，流体测量技术伴随着全球经济工业化及贸易结算得到广泛运用。流体测量技术和科学应用技术是相关技术领域的重要组成部分之一，在国民经济中占有不可或缺的地位。[0003] 在各行各业的能源合作过程中不可避免地要进行贸易核算，在贸易核算过程中必然使用流量计进行过程控制或贸易核算。旋进旋涡流量计适用于工艺介质为液体、气体、高温过热蒸汽和饱或蒸汽的过程控制或测量，或计量进行贸易核算。故此，广泛应用在动力工业(包括核工业)、化工、石油、冶金、电力、科学研究、国内、外流体贸易结算，同时还应用到与人民生活息息相关的热力供暖等工业和民用的各个领域，具有广泛的发展应用前景。[0004] 本着定向基础研究的方法，为当前已知的或未来可预料问题的识别和解决提供某方面基础知识的基础研究与应用。[0005] 插入式旋进旋涡流量计就是在原法兰式旋进旋涡流量计的基础上，为了解决原法兰式旋进旋涡流量计固有的结构缺陷，即：现场管道压力损失过大和适用范围小等缺陷，本发明研究、设计一种新型结构的流量计‑‑‑‑‑一种插入式旋进旋涡流量计。发明内容[0006] 为解决上述技术问题，本发明提供一种插入式旋进旋涡流量计。[0007] 本发明的一种插入式旋进旋涡流量计，包括设置于管道内的旋进旋涡管、压电传感装置和用于固定连接旋进旋涡管和压电传感装置的悬臂梁结构；所述旋进旋涡管由测量管和安装其内的起旋器导流板和起旋器体芯构成，所述压电传感装置中的压电传感器设置于测量管的平缓段。[0008] 优选的，所述悬臂梁结构包括导线连接管以及由下至上依次安装在导线连接管上的压电传感器固定座、加强型石墨小垫片、耐高温密封胶、加强型石墨大垫片、导线连接管固定座和与外部转换器固定连接的转换器固定装置。[0009] 优选的，所述悬臂梁结构还包括用于导线连接管外部稳固的方形固定板，与所述导线连接管连接。[0010] 优选的，所述压电传感器固定座包括连接旋进旋涡管和导线连接管的座体，座体内设置有A级平垫圈和标准型弹簧垫圈，通过内六角圈柱头螺钉连接。[0011] 优选的，所述导线连接管尺寸为：外径φ38、壁厚φ8.5。[0012] 与现有技术相比本发明的有益效果为：[0013] 1、插入式旋进旋涡流量计填补国、内外同类产品的一项空白。[0014] 2、插入式旋进旋涡流量计的压电传感器与原转换器组合后，很好地保存原有的过程控制或计量时的可靠性、稳定性、重复性好，回差小及其相关的使用功能。[0015] 3、插入式旋进旋涡流量计能使现场管道的压力损失基本为“零”。[0016] 4、本发明提出的流量计，适用规格范围大：≤DN2000，使用寿命长、性价比高、使用广泛、市场发展前景大的一种插入式旋进旋涡流量计。附图说明[0017] 图1是本发明的正视结构示意图；[0018] 图2是本发明的右视结构示意图；[0019] 图3是本发明的安装实施例一结构示意图；[0020] 图4是本发明的安装实施例二结构示意图；[0021] 图5是本发明介质流向管道内层流分布示意图；[0022] 图6是本发明介质流向管道内湍流分布示意图；[0023] 附图中标记：1、旋进旋涡管；11、测量管；12、起旋器导流板；13、起旋器体芯；2、压电传感装置；21、压电传感器；22、转换器；3、悬臂梁结构；31、压电传感器固定座；311、座体；312、A级平垫圈；313、标准型弹簧垫圈；314、内六角圈柱头螺钉；32、加强型石墨小垫片；33、耐高温密封胶；34、加强型石墨大垫片；35、导线连接管固定座；36、方形固定板；37、转换器固定装置；38、导线连接管。具体实施方式[0024] 为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。[0025] 如图1‑6，本发明的一种插入式旋进旋涡流量计，包括设置于管道内的旋进旋涡管1、压电传感装置2和用于固定连接旋进旋涡管1和压电传感装置2的悬臂梁结构3；所述旋进旋涡管1由测量管11和安装其内的起旋器导流板12和起旋器体芯13构成，所述压电传感装置2中的压电传感器21设置于测量管11的平缓段。[0026] 优选的，所述悬臂梁结构3包括导线连接管38以及由下至上依次安装在导线连接管38上的压电传感器固定座31、加强型石墨小垫片32、耐高温密封胶33、加强型石墨大垫片34、导线连接管固定座35和与外部转换器22固定连接的转换器固定装置37。[0027] 优选的，所述悬臂梁结构3还包括用于导线连接管38外部稳固的方形固定板36，与所述导线连接管38连接。[0028] 优选的，所述压电传感器固定座31包括连接旋进旋涡管1和导线连接管38的座体311，座体311内设置有A级平垫圈312和标准型弹簧垫圈313，通过内六角圈柱头螺钉314连接。[0029] 优选的，所述导线连接管38尺寸为：外径φ38、壁厚φ8.5。[0030] 设计思路[0031] 1、本发明实现的根据：[0032] 插入式旋进旋涡流量计，根据国家标准(GB/T3836.1‑2021、GB/T3836.2‑2021、GB/T3836.4‑2021、JB/T9248‑2015)等标准研发、设计；另外根据旋进旋涡流量计检定规程(JJG1121‑2015)进行产品检定。[0033] 生产工艺流程、各工序操作规程、相关原材料、机械加工、焊接标准均根据相关标准进行设计与生产。[0034] 2、本发明实现的核心目的：[0035] (1)、插入式旋进旋涡流量计填补国、内外同类产品的一项空白。[0036] (2)、插入式旋进旋涡流量计的传感器与原转换器22组合后，很好地保存原有的过程控制或计量时的可靠性、稳定性、重复性好，回差小及其相关的使用功能。[0037] (3)、插入式旋进旋涡流量计能使现场管道的压力损失基本为“零”。[0038] (4)、并且适用规格范围大：≤DN2000，同时使用寿命长、性价比高、使用广泛、市场发展前景大的一种插入式旋进旋涡流量计。[0039] 3、本发明整体结构形式的设计难点：[0040] (1)、因是插入式旋进旋涡流量计，设计其压电传感器21的密封是难点之一。[0041] (2)、插入式旋进旋涡流量计目前是国、内外同类产品的一项空白，其插入深度的选择是最大的难点。需经流体力学的分析和试验相结合来精准确定。[0042] (3)、插入式旋进旋涡流量计在大管道、大流速的工艺介质状态下，设计其传感器的机械强度是难点之一。[0043] 设计原理：[0044] 1、如何实现插入式旋进旋涡流量计压电传感器21的稳定密封性：[0045] 根据插入式旋进旋涡流量计特殊的结构特点，为满足插入式旋进旋涡流量计适用于高温、高压等工艺技术参数的要求，压电传感装置2采用外插形式结构，密封垫圈的材质采用石墨增强复合板。其密封结构图如图1‑2所示。[0046] 2、如何实现插入式旋进旋涡流量计插入深度的确定：[0047] 根据流体力学的相关知识，从以下几个方面进行探讨与研究：[0048] (1)、流体介质的密度：[0049] 流体质量不随外界条件变化而变化，但流体体积与温度和压力密切相关，也就是，流体密度是温度和压力有着密不可分的函数关系。[0050] (2)、流体介质的粘度：[0051] 在实际生活中观察河中水流动的现象，可以看到河中央水流速最快，越靠近岸边的水流得越慢，同样，当流体在管道中流动时，管道中心的流速最快，越靠近管壁处的流速越慢，这是流体流动时，由于流体介质的粘度和在管道内部产生摩擦的缘故。[0052] 由于流体介质的密度和粘度的关系，一切流体介质在流动时内部各个层面的速度是不同的，在相邻层的接触面上存在着一对等值反向的力，速度较快的流层带动流层速度较慢的流层，使之加快速度，速度较慢的流层阻滞速度较快的流层使之减速，这种阻滞力称之为内摩擦力，流体之间的相互作用称为流体内摩擦(即：牛顿内摩擦定律)，而粘度是内摩擦的量度，是流体反抗变形的能力。[0053] (3)、雷诺数和流态：[0054] 根据测量管11道内流体的流动状态和流速的分布情况，雷诺数是表征流体流动特性的一个重要参数。雷诺数表征了流体流动时惯性力和粘性力的无纲量参数，其比值如下式给出：[0055] Re＝VD/γ(管道为圆管时)[0056] 式中：V‑‑‑‑流动横截面的平均流速 米/秒(m/s)D‑‑‑‑流动的特性长度为管道直2径 米 (m)γ‑‑‑‑流体的运动粘度 平方米/秒(m/s)[0057] 对于流动介质的断面为圆管时，有一个共同的临界雷诺数Rec，一般情况下Rec＝2300。[0058] 当Re＜Rec时，管道内流体为层流(层流是流体流动时，如果流体质点的轨迹随初始空间坐标x、y、z和时间t而变，是有规则的光滑曲线，最简单的情形是直线。)如图5所示；[0059] 当Re＞Rec时，管道内流体为湍流(湍流是流体的不规则运动，流场中各种量随时间和空间坐标发生紊乱的变化。)如图6所示；[0060] 使用过程中，流体通过启旋器第一次产生涡流，而后在文丘里管收缩段的节流作用下，涡流第二次产生加速旋涡，进而使插入式旋进旋涡流量计能使现场管道的压力损失基本为“零”。如图3‑4。[0061] (4)、根据国家相关标准规定的工作条件或管径范围所对应的流速，计算所得雷诺数Re＜临界雷诺数Rec＝2300，使管道内流体为层流，故此，经理论分析和样品的试验，确定插入深度为现场管道内径的1/2处是最佳位置。现场安装位置总装配图3(方案一)，如图5所示。或现场安装位置总装配图4(方案二)，如图4所示。采用哪种方案，根据用户的设计要求而定。采用方案一是现场不允许有明火现象存在时，用螺栓紧固连接，方案一成本较高；采用方案二，现场用焊接的方式进行连接，简单易行、成本相对较低。[0062] 3、插入式旋进旋涡流量计的传感器机械强度的计算：[0063] 因插入式旋进旋涡流量计总装配后，连接压电传感装置2的是悬臂梁结构3，工艺介质在强大的流速作用下，会对悬臂梁结构3产生强悍的冲击力，故此，根据流速的大小经理论计算，合理地解决了悬臂梁导线管的结构强度，悬臂梁导线管尺寸：φ38(外径)×8.5(壁厚)。[0064] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

专利地区：河北

专利申请日期：2024-07-06

专利公开日期：2024-10-08

专利公告号：CN118746333A