一种插入式差压流量计的制作方法

1.本实用新型涉及流体测量技术领域，更具体地说，涉及一种插入式差压流量计。


背景技术：

2.差压式流量计是流量测试技术领域广泛应用的一大类的流量计。其中插入式的差压流量计被广泛用于大口径管道的流量测量。
3.插入式差压流量计由一次装置及二次仪表组成。一次装置插入计量管道后，测量计量管道内特定位置流体的流速，并以差压信号的形式输出。二次仪表根据一次装置输出的流速产生的差压信号，首先计算出计量管道横截面内流体的平均流速，进而计算出计量管道内流体的流量。
4.实际现场运行的大口径被计量管道，很多都是处于低流速运行状态；被计量管道流体的平均流速处于插入式差压流量计流速量程的下限附近或低于插入式差压流量计流速量程的下限。出现上述情况时，插入式差压流量计输出的差压值很可能只有10～20pa左右，甚至小于10pa；在这种情况下，即使配用工业等级最高灵敏度的微差压变送器，也无转换精度可言。关键是，这么小的差压值还附加着幅度大且无规则的波动的差压噪声，有时差压噪声波动的幅度甚至大于差压值本身；造成计量失败。
5.插入式差压式流量计测量流体流量前，需要确定准确的流体密度；这就需要在测量被计量管道内特定位置流体流速的同时，还要准确测定管道内流体的压力及温度。为此，实用的差压式流量计一次装置还包括：用于测量管道内流体的压力及管道内流体的温度的温度传感器、压力传感器。
6.这样一来，在现场计量管道上安装插入式差压式流量计时，通常需要在计量管道上开设三个安装孔，分别来安装插入式差压流量计的流速测量管、温度传感器和压力传感器，增大了仪表安装及维护难度，还增加了施工作业量。


技术实现要素：

7.有鉴于此，本实用新型的目的在于公开一种插入式差压流量计，以解决在需要测量管道内流体的压差、温度、压力时，存在的安装及维护难度大的问题。
8.为了达到上述目的，本实用新型公开如下技术方案：
9.一种插入式差压流量计，包括插入式一次装置、二次仪表；
10.所述插入式一次装置包括：
11.用于插入计量管道中的二变量测量管，所述二变量测量管的插入端设置有差压式流速测头，所述差压式流速测头设置有用于测量流体流速产生的差压的静压取压孔和全压取压孔；
12.设置在所述二变量测量管外置端的温度传感器和差压变送器，所述二变量测量管内设置有连通所述静压取压孔与所述差压变送器的静压侧输入端的静压导压通道、连通所述全压取压孔与所述差压变送器的全压侧输入端的全压导压通道，所述温度传感器的测温
头插入所述二变量测量管内部靠近所述差压式流速测头的位置；
13.用于测量开在所述计量管道上的测量孔与所述二变量测量管外壁之间空隙处的流体压力的压力变送器；
14.插入密封装置，用于所述二变量测量管在所述计量管道上的插入/拔出作业及固定、密封，所述插入密封装置设置有供所述二变量测量管穿过的测量管穿孔、连通所述压力变送器的导压管与所述计量管道的压力导压通道；
15.其中，所述二次仪表与所述差压变送器、所述温度传感器、所述压力变送器均连接，并能够根据所述差压变送器、所述温度传感器、所述压力变送器测量的数据计算出所述计量管道内流体的流量。
16.优选的，上述插入式差压流量计中，所述差压式流速测头为圆柱状，并与所述二变量测量管共轴线；
17.所述全压取压孔设置在所述差压式流速测头的迎流侧，且所述全压取压孔的轴线与所述差压式流速测头的轴线垂直且相交。
18.优选的，上述插入式差压流量计中，所述差压式流速测头的外周面上开设有的两个收缩导流槽，所述全压取压孔端口中心的法线与所述差压式流速测头的轴线垂直相交，两个所述收缩导流槽对称布置在所述全压取压孔端口中心的法线与所述差压式流速测头的轴线构成的纵向平面的两侧。
19.优选的，所述收缩导流槽沿着流体的流动方向，依次分为收缩段和测量段；
20.其中，所述收缩段的导流截面积沿着流体的流动方向逐渐减小，所述测量段的导流截面积沿着流体的流动方向不变；所述静压取压孔位于所述测量段。
21.优选的，上述插入式差压流量计中，两个所述收缩段在迎流端的距离小于在背流端的距离。
22.优选的，上述插入式差压流量计中，其特征在于，所述收缩段为楔形。
23.优选的，上述插入式差压流量计中，所述静压取压孔端口中心的法线和所述全压取压孔端口中心的法线垂直，并与所述收缩段的中线和所述测量段的中线共面；
24.所述静压取压孔贯通两个所述测量段。
25.优选的，上述插入式差压流量计中，所述测量管穿孔与所述二变量测量管之间的间隙形成所述压力导压通道；
26.所述二变量测量管包括外管和内套于外管的内管，所述内管的管孔形成所述全压导压通道，所述内管外壁与所述外管内壁之间的管道间隙形成所述静压导压通道，所述测温头位于所述静压导压通道内。
27.优选的，上述插入式差压流量计中，所述插入密封装置包括：
28.密封固定在所述计量管道的流量计插入孔处的外壁上的固定底座；
29.设置在所述固定底座远离计量管道一端的控制阀，当所述二变量测量管插入所述计量管道时，所述控制阀开启；当所述二变量测量管拔出所述计量管道时所述控制阀关闭；
30.设置在所述控制阀远离所述固定底座一端的密封底座，所述密封底座能够供所述二变量测量管插入并与所述二变量测量管密封配合；
31.其中，所述压力变送器的导压管通过截止阀设置在所述密封底座远离所述流量计插入孔的一端。
32.优选的，上述插入式差压流量计中，所述二变量测量管外置端设置有二变量连接座，所述温度传感器和所述差压变送器均设置在所述二变量连接座上；
33.其中，所述二变量连接座设置有连通所述差压变送器的全压侧输入端与所述全压导压通道的第一通道、连通所述差压变送器的静压侧输入端与所述静压导压通道的第二通道和用于供所述测温头穿过的温度传感器安装孔。
34.从上述的技术方案可以看出，本实用新型公开的插入式差压流量计包括插入式一次装置、二次仪表。
35.应用时，首先将插入密封装置设置在计量管道的流量计插入孔处，实现插入密封装置与流量计插入孔的密封连接，然后将插入式一次装置的差压式流速测头、测温头随二变量测量管一起通过插入密封装置的测量管穿孔插入计量管道中，此时，差压式流速测头的静压取压孔和全压取压孔、温度传感器的测温头均位于计量管道内，这样一来，可利用静压取压孔将计量管道内流体的静压信号通过静压导压通道采集到差压变送器的静压侧输入端，利用全压取压孔将计量管道内流体的全压信号通过全压导压通道采集到差压变送器的全压侧输入端，进而获得插入位置计量管道内流体流速产生的差压信号δp；同时利用温度传感器的测温头探测到计量管道内的流体温度信号t；并利用插入密封装置的压力导压通道将计量管道内流体压力信号p采集到压力变送器的导压管，利用压力变送器测量计量管道内的流体压力；从而可同时测量插入位置计量管道内流体的流速(差压)δp、压力p、温度t；并利用二次仪表根据流速(差压)δp、压力p、温度t，计算出插入式差压流量计安装位置的计量管道横截面内流体的平均流速，进而计算出管道内流体的流量。
36.综上所述，本实用新型公开的插入式差压流量计能同时测量计量管道内流体的流速、温度、压力，这样一来，仅需要在计量管道上设置一个安装孔，不但减少了施工作业量，还使得安装及维护更加简单、方便，而且降低了仪表安装维护成本。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本实用新型实施例公开的插入式差压流量计的结构示意图；
39.图2是本实用新型实施例公开的插入式一次装置和插入密封装置的结构示意图；
40.图3是本实用新型实施例公开的差压式流速测头的正视图；
41.图4是本实用新型沿图3中a
‑
a线的剖视图；
42.图5是本实用新型实施例公开的差压式流速测头的侧视图；
43.图6是本实用新型沿图5中b
‑
b线的剖视图；
44.图7是本实用新型实施例公开的收缩导流槽迎流端的截面示意图；
45.图8是本实用新型实施例公开的收缩导流槽背流端的截面示意图。
46.其中，上图1
‑
8中：
[0047]1‑
插入式一次装置，2
‑
二次仪表，3
‑
计量管道，4
‑
插入密封装置；
[0048]
11
‑
二变量测量管，112
‑
全压导压通道，113
‑
静压导压通道，12
‑
差压式流速测头，
121
‑
收缩段，122
‑
全压取压孔，123
‑
静压取压孔，124
‑
测量段，13
‑
二变量连接座，14
‑
差压变送器，15
‑
温度传感器，151
‑
测温头，16
‑
压力变送器，41
‑
固定底座，42
‑
控制阀，43
‑
密封底座；
[0049]
δp
‑
流速(差压)信号，p
‑
管道内流体压力信号，t
‑
流体温度信号；
[0050]
s1
‑
收缩导流槽入口端有效截面积，s2
‑
收缩导流槽出口端有效截面积。
[0051]
图6中的b
‑
b线构成的剖面，全压取压孔端口中心的法线、静压取压孔端口中心的法线以及两个收缩导流槽的中线均位于此剖面内。
[0052]
y
‑
二变量测量管与差压式流速测头圆柱状结构共轴的轴线；
[0053]
fa
‑
全压取压孔端口中心的法线，fb
‑
静压取压孔端口中心的法线。
具体实施方式
[0054]
本实用新型实施例公开了一种插入式差压流量计，解决了在需要测量管道内流体的压差、温度、压力时，存在的安装及维护难度大的问题。
[0055]
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0056]
请参考附图1
‑
8，本实用新型实施例公开的插入式差压流量计，包括插入式一次装置1和二次仪表2。
[0057]
插入式一次装置1包括用于插入计量管道3中的二变量测量管11，二变量测量管11的插入端设置有差压式流速测头12，差压式流速测头12设置有用于测量流体流速产生的差压的静压取压孔123和全压取压孔122；设置在二变量测量管11外置端的温度传感器15和差压变送器14，二变量测量管11内设置有连通静压取压孔123与差压变送器14的静压侧输入端的静压导压通道113、连通全压取压孔122与差压变送器的全压侧输入端的全压导压通道112，温度传感器15的测温头151插入二变量测量管11内部靠近差压式流速测头12的位置；用于测量开在计量管道3上的测量孔与二变量测量管11外壁之间空隙处的流体压力的压力变送器16；插入密封装置4，用于二变量测量管11在计量管道3上的插入/拔出作业及固定、密封，插入密封装置4设置有供二变量测量管11穿过的测量管穿孔、连通压力变送器16的导压管与计量管道3的压力导压通道；其中，二次仪表2与差压变送器14、温度传感器15、压力变送器16均连接，并能够根据差压变送器14、温度传感器15、压力变送器16测量的数据计算出计量管道3内流体的流量。
[0058]
需要说明的是，插入式一次装置1的二变量测量管11具有能够在计量管道3上插入/拔出的功能。
[0059]
二变量测量管11的插入端和外置端分别为二变量测量管11沿轴向的两端，当二变量测量管11的插入端插入计量管道3时，二变量测量管11的外置端位于计量管道3外；二变量测量管11既是差压式流速测头12的延伸，也是温度传感器15的测温头151的护套。
[0060]
差压式流速测头12基于皮托
‑
静压管原理，具有较小的管道阻塞面积，减小管道阻塞面积不但可以降低对管道内流体的阻力，还有利于保证管道内流体的流场特性。差压式
流速测头12具有全压取压孔122和静压取压孔123，分别用来测量流体速度产生的全压及静压并以差压形式输出，即流体速度产生的差压δp。
[0061]
温度传感器15的温度变送
‑
接线盒在二变量测量管11的外置端外露。差压变送器14带测量三阀组；压力变送器16带截止阀，压力变送器16外置安装于插入密封装置4，且通过插入密封装置4的测量管穿孔测量计量管道3内流体压力。
[0062]
插入密封装置4用于方便插入式一次装置1的二变量测量管11在计量管道3上的插入、拔出，保证二变量测量管11与计量管道3之间的密封，使计量管道3内流体不外泄；插入密封装置4的另一功能是采集计量管道3管壁处流体压力并传送至压力变送器16。
[0063]
应用时，首先将插入密封装置4设置在计量管道3的流量计插入孔处，实现插入密封装置4与流量计插入孔的密封连接，然后将插入式一次装置1的差压式流速测头12、测温头151随二变量测量管11一起通过插入密封装置4的测量管穿孔插入计量管道3中，此时，差压式流速测头12的静压取压孔123和全压取压孔122、温度传感器15的测温头151均位于计量管道3内，这样一来，可利用静压取压孔123将计量管道3内流体的静压信号通过静压导压通道113采集到差压变送器16的静压侧输入端，利用全压取压孔122将计量管道3内流体的全压信号通过全压导压通道112采集到差压变送器14的全压侧输入端，进而获得插入位置计量管道3内流体流速产生的差压信号δp；同时利用温度传感器15的测温头151探测到计量管道3内的流体温度信号t；并利用插入密封装置4的压力导压通道将计量管道3内流体压力信号p采集到压力变送器16的导压管，利用压力变送器16测量计量管道3内的流体压力；从而可同时测量插入位置计量管道3内流体的流速(差压)δp、压力p、温度t；并利用二次仪表2根据流速(差压)δp、压力p、温度t，计算出插入式差压流量计安装位置的计量管道3横截面内流体的平均流速，进而计算出管道内流体的流量。
[0064]
综上所述，本实用新型公开的插入式差压流量计能同时测量计量管道3内流体的流速、温度、压力，这样一来，仅需要在计量管道3上设置一个安装孔，不但减少了施工作业量，还使得安装及维护更加简单、方便，而且降低了仪表安装维护成本。
[0065]
此外，本实用新型的插入式差压流量计一体化集成度较高、故障率较低、工作可靠。
[0066]
二次仪表2为专用的流量计算机，流量计算机实时采集同一时刻插入式一次装置1输出的差压、压力、温度信号，流量计算机首先根据预先设置的相关参数及流速
‑
差压信号δp、压力信号p、温度信号t计算出计量管道横截面内流体的平均流速，进而计算出计量管道3内流体的流量；二次仪表2还可以为流量积算仪等。
[0067]
为了方便加工，差压式流速测头12为圆柱状，并与二变量测量管11共轴线；全压取压孔122设置在差压式流速测头12的迎流侧，且全压取压孔122的轴线与差压式流速测头12的轴线垂直且相交。差压式流速测头12的迎流侧指的是为差压式流速测头12迎着计量管道3内的来流方向的一侧。
[0068]
应用时，二变量测量管11及差压式流速测头12垂直于计量管道3轴线插入计量管道3，全压取压孔122指向计量管道3内流体的上游方向；
[0069]
可以理解的是，压式流速测头12还可以为其他形状，如椭圆柱状，也可以与二变量测量管11轴线平行。
[0070]
如图3所示，差压式流速测头12的外周面上开设有的两个收缩导流槽，全压取压孔
122端口中心的法线fa与差压式流速测头12的轴线y垂直相交，两个收缩导流槽对称布置在全压取压孔122端口中心的法线fa与差压式流速测头12的轴线y构成的纵向平面的两侧收缩导流槽收缩导流槽收缩导流槽。
[0071]
当差压式流速测头12插入计量管道3内时，流体由收缩导流槽的迎流端流入，由收缩导流槽的背流端流出，所以收缩导流槽的迎流端形成入口端，收缩导流槽的背流端形成出口端。
[0072]
进一步的，收缩导流槽沿着流体的流动方向，依次分为收缩段121和测量段124；其中，收缩段121的导流截面积沿着流体的流动方向逐渐减小，测量段124的导流截面积沿着流体的流动方向不变；静压取压孔123位于测量段124。
[0073]
如图6所示，测量段124的迎流端与收缩段121的背流端连接，测量段124的导流截面积与收缩段121的最大导流截面积相同。
[0074]
本实施例中，收缩段121具有入口端有效截面积s1大于出口端有效截面积s2的结构，使得流经收缩段121的流体得到局部整流和提速，这样一来，减小了位于测量段124收缩导流槽位置的静压取压孔123受到的流体扰流，保证差压式流速测头12在测量低流速流体流速时，具有较高的灵敏度和稳定性。
[0075]
本实用新型也可以将静压取压孔123设置在差压式流速测头12的背流端。
[0076]
进一步的，两个收缩段121在迎流端的距离小于在背流端的距离。本实施例使两个收缩段121在出口端的距离较大，方便布置静压取压孔。
[0077]
优选的，收缩段121为楔形，如图3和图5所示。这样一来，收缩段121的导流截面为等腰梯形，此时沿流体的流动方向导流槽的宽度和深度均减小，如图7
‑
8所示，入口端有效截面积s1＝(la1+lb1)
×
h1/2大于出口端有效截面积s2＝(la2+lb2)
×
h2/2，对流体的局部整流和提速效果较好。可以理解的是，收缩段121还可以为其他形状，如渐缩的弧形槽等，只要符合入口端有效截面积大于出口端有效截面积，即符合s1＞s2条件均可，本实用新型对此不做具体限定。
[0078]
为了进一步优化上述技术方案，静压取压孔123端口中心的法线fb和全压取压孔122端口中心的法线fa垂直，并与收缩段121的中线和测量段124的中线共面；静压取压孔123贯通两个测量段124，如图4和图6所示。静压取压孔123与全压取压孔122处于收缩导流槽在差压式流速测头12形成的同一横截面位置，方便加工。静压取压孔123轴线也可以与全压取压孔122轴线具有其他夹角，如80度，两者的轴线也可以分别位于差压式流速测头12的两个横截面内。
[0079]
为了简化结构，测量管穿孔与二变量测量管11之间的间隙形成压力导压通道。本实施例无需单独开设压力导压通道，通过开在计量管道3上的流量计插入孔、插入密封装置4与插入其中的二变量测量管11之间的空隙测量计量管道3内的流体压力，从而采集计量管道3管壁处的流体压力并传送至压力变送器16。
[0080]
为了方便加工制造，本申请的二变量测量管11利用空心管的配合实现导压作用，二变量测量管11包括外管和内套于外管的内管，内管的管孔形成全压导压通道112，内管外壁与外管内壁之间的管道间隙形成静压导压通道113，测温头151位于静压导压通道113内。
[0081]
本实施例中，设置于外管内部空间的内管仅设置一根，差压式流速测头12测得的全压及静压分别由外管和内管配合形成的空腔，传送至差压变送器14，结构简单，而且测温
头151靠近外侧，方便探测流体温度，且外管兼具保护测温头功能。当然，本申请也可以在设置两个内管，分别形成静压导压通道113和全压导压通道112。
[0082]
当然，本申请还可以通过在实心轴上开设通孔的方式，以实现同样的形成上述通道和容纳测温头151的目的，本申请在此不做一一赘述。
[0083]
为了简化结构，外管和内管均为圆管。圆管具有外表面为光洁圆柱状而内部空心的结构，方便加工，同时方便与插入密封装置4密封连接。可以理解的是，上述外管和内管也可以为其他形状，如方形管、椭圆形管等。
[0084]
如图2所示，插入密封装置4包括密封固定在计量管道3的流量计插入孔处的外壁上的固定底座41；设置在固定底座41远离计量管道3一端的控制阀42，当二变量测量管11插入计量管道3时，控制阀42开启；当二变量测量管11拔出计量管道3时控制阀42关闭；设置在控制阀42远离固定底座41一端的密封底座43，密封底座43能够供二变量测量管11插入并与二变量测量管11密封配合；其中，压力变送器16的导压管通过截止阀设置在密封底座43远离流量计插入孔的一端。密封底座43设置有压力变送器接口；压力变送器接口通过截止阀连接压力变送器16。具体的，固定底座41的底端焊接在计量管道3的外壁，顶端与控制阀42相连；控制阀42具体为球阀。
[0085]
密封底座43用于保证二变量测量管11在插入计量管道3作业时、插入计量管道3后正常工作全过程以及拔出计量管道3作业时的密封，使计量管道3内的流体不会泄漏。
[0086]
插入式一次装置1插入计量管道3时控制阀42开启；拆除插入式一次装置1时控制阀42关闭，从而保证不测量时流量计插入孔的密封；当然本申请也可以在不测量时通过封堵塞封闭流量计插入孔。
[0087]
本实施例的插入密封装置4保证了工作可靠性；可替换的，插入密封装置4还可以为o型圈、法兰盘或者其他能够实现孔与管的密封配合的结构。
[0088]
为了方便装配，二变量测量管11外置端设置有二变量连接座13，温度传感器15和差压变送器14均设置在二变量连接座13上；其中，二变量连接座13设置有连通差压变送器14的全压侧输入端与全压导压通道112的第一通道、连通差压变送器14的静压侧输入端与静压导压通道113的第二通道和用于供测温头151穿过的温度传感器安装孔。
[0089]
本实施例中，二变量连接座13设置有用于安装差压变送器14的差压输出共面法兰，该法兰内部设置有导压的第一通道和第二通道，分别连接差压式流速测头12的全压取压孔122和静压取压孔123，外部连接测量三阀组并通过测量三阀组连接差压变送器14。
[0090]
本实施例采用通用的工业等级的差压变送器14及压力变送器16。组装时，温度传感器15的测温头151通过二变量连接座13的温度传感器安装孔插入至二变量测量管11内部空间，并随二变量测量管11一同插入计量管道3。温度传感器15安装在二变量连接座13后，温度传感器15尾端装有温度变送器的接线盒壳体仍外置于二变量连接座13。
[0091]
本申请的二变量测量管11通过二变量连接座13来安装温度传感器15、差压变送器14，从而将温度传感器15、差压变送器14与二变量测量管11集成为一体，集成度较高、故障率较低、工作可靠。
[0092]
可以理解的是，本申请也可以分别通过两个部件实现二变量测量管11伸出端与温度传感器15、差压变送器14的连接。
[0093]
具体的，温度传感器15为铠装温度传感器。温度传感器15则根据计量现场需要选
择pt100或其他规格的铂电阻温度传感器。二变量测量管11的外管除了内部设置的导压结构，其本身还兼有铠装铂电阻温度传感器护套的功能，能可靠保护铠装铂电阻温度传感器不被恶劣工况损坏。根据实际应用需求，上述温度传感器15也可以采用其他类型。
[0094]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0095]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。