一种抑制超声波流量计气泡蓄留的管路结构的制作方法

本发明属于流量测量领域，涉及一种抑制超声波流量计气泡蓄留的管路结构。

背景技术：

1、在如图1所示的“π”形管路超声波流量计中，气泡的存在将会阻碍超声波信号的传播，引发超声波的折射、散射、衍射等现象，造成传播时间差测量不准确的问题。在小管径、慢流速条件下，气泡无法随流动的液体流出管路，易在管路内发生积聚，严重积聚的气泡将会完全阻断超声波信号在管路内的传播，使超声波测量功能失效。

2、为去除管路中的气泡，常用的方法是在测量管路上游采用基于重力式、旋风式以及过滤式等原理的液气分离器实现将气体从液体中分离与排除。这种方法虽然成熟有效，但是气液分离器的存在增加了系统复杂度的同时还会对测量管路的流场、压力产生巨大影响。如何在不增加系统复杂度以及不影响原有流场状态的条件下抑制气泡对超声测量的影响、防止超声流量测量功能失效，对于提升测量精度以及增强流量计应用环境适应性意义重大。

3、本发明提出一种简单的结构设计用于解决“π”形管路时差法超声波流量计在流体出、入口积蓄气泡时引起的流量测量功能失效问题。通过在管路出、入口增加凹槽结构并对斜管段与平管段夹角进行优化设计，形成液体低流速高压区域，防止气泡在出、入口端的积聚。凹槽的曲面设计参数以及斜、平管段的夹角度数需结合测量工质种类、测量流量范围等因素综合确定，改进的结构可以有效防止气泡积聚导致的超声波流量计失效问题，增强流量计的工况适应性。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：“π”形管路时差法超声波流量计在流体出、入口积蓄气泡时引起的流量测量功能失效问题。由于气体和液体声阻抗存在显著差异，流量计管路中气泡的蓄积会严重阻碍超声波信号的传播，靠近换能器的气泡甚至会使超声波的发射和接收完全失效。为了在不增加系统复杂度以及改变流体流场的情况下防止因气泡蓄留引发的超声波流量计失效问题，本发明提出一种抑制超声波流量计气泡蓄留的管路结构。

2、本发明的技术方案是：一种抑制超声波流量计气泡蓄留的管路结构，包括斜管段、直管段；直管段的两端分别安装换能器，两个斜管段以预设的角度安装在所述直管段上；在斜管段与直管段夹角处增加凹槽结构，凹槽结构剖面为抛物线。

3、优选的，所述凹槽结构为对称结构，对称轴与直管段轴线重合，包括与对称轴垂直的平行的两个平面，一个平面与直管段端面相接，两个平面之间为外凸的抛物面，斜管段以预设的角度与一侧抛物面相接，斜管段的轴线延长线经过凹槽结构的中心。

4、优选的，所述平面垂直对称轴方向的长度等于直管段内部直径。优选的，所述凹槽结构使得流体流经该结构处形成低流速高压区域，结合所述预设的角度改善管路出入口夹角位置流场，防止气泡积蓄；所述低流速高压区域以不形成死区为目的。

5、优选的，通过下述方法进行结构优化：

6、a)确定待测介质以及测量工况；

7、b)设置管路尺寸参数，所述的参数包括直管段管路半径h，直管段长度s，凹槽抛物面上至少三个曲面点的坐标、凹槽结构轴向长度l以及管路夹角即预设的夹角α，在步骤a)条件下开展流场仿真，根据流场分布情况，初步确定管路尺寸参数；

8、c)按照确定的管路尺寸参数加工透明的试验件；

9、d)在静止条件下向透明的试验件管路中注入气泡，使气泡位置处于管路夹角处，开展液体流动试验；由低至高提升管路内液体流速，记录气泡随液体流出管路的最小流速；

10、e)多次重复d)中试验，得到多组最小流速值，取其中的最大值为防止气泡蓄积的流速估计值；

11、f)判断流速估计值是否满足使用需求，若满足，则确定试验件管路尺寸参数为最终尺寸参数；若不满足则重复b)～e)步骤；

12、g)依据使用需求选择管路材料，以f)中确定的最终尺寸参数开展管路加工。

13、优选的，将管路结构划分为中间水平管路以及两侧左管座、右管座三部分，所述管路加工采用机械加工方式分别加工上述三部分，采用焊接工艺完成三部分的连接。

14、优选的，三个曲面点分别为抛物线的顶点以及两侧对称点。

15、优选的，所述的液体流动试验为在预设的测量工况下，将待测介质通入管路结构，不注入气泡开始仿真，确定流场分布情况，选择斜管段与直管段夹角处最低流速满足预设的流速要求时的管路尺寸参数。

16、本发明与现有技术相比具有如下优点：

17、(1)通过简单的结构设计实现防止气泡积蓄功能，不增加超声波流量计的系统复杂度；

18、(2)对原有流动状态影响小，流场分布几乎不受影响。

技术特征：

1.一种抑制超声波流量计气泡蓄留的管路结构，包括斜管段、直管段；直管段的两端分别安装换能器，两个斜管段以预设的角度安装在所述直管段上；其特征在于：在斜管段与直管段夹角处增加凹槽结构，凹槽结构剖面为抛物线。

2.根据权利要求1所述的管路结构，其特征在于：所述凹槽结构为对称结构，对称轴与直管段轴线重合，包括与对称轴垂直的平行的两个平面，一个平面与直管段端面相接，两个平面之间为外凸的抛物面，斜管段以预设的角度与一侧抛物面相接，斜管段的轴线延长线经过凹槽结构的中心。

3.根据权利要求2所述的管路结构，其特征在于：所述平面垂直对称轴方向的长度等于直管段内部直径。

4.根据权利要求2所述的管路结构，其特征在于：所述凹槽结构使得流体流经该结构处形成低流速高压区域，结合所述预设的角度改善管路出入口夹角位置流场，防止气泡积蓄；所述低流速高压区域以不形成死区为目的。

5.根据权利要求4所述的管路结构，其特征在于：通过下述方法进行结构优化：

6.根据权利要求5所述的管路结构，其特征在于：将管路结构划分为中间水平管路以及两侧左管座、右管座三部分，所述管路加工采用机械加工方式分别加工上述三部分，采用焊接工艺完成三部分的连接。

7.根据权利要求5所述的管路结构，其特征在于：三个曲面点分别为抛物线的顶点以及两侧对称点。

8.根据权利要求5所述的管路结构，其特征在于：所述的液体流动试验为在预设的测量工况下，将待测介质通入管路结构，不注入气泡开始仿真，确定流场分布情况，选择斜管段与直管段夹角处最低流速满足预设的流速要求时的管路尺寸参数。

技术总结
一种抑制超声波流量计气泡蓄留的管路结构，包括斜管段、直管段；直管段的两端分别安装换能器，两个斜管段以预设的角度安装在所述直管段上；在斜管段与直管段夹角处增加凹槽结构，凹槽结构剖面为抛物线所述凹槽结构为对称结构，对称轴与直管段轴线重合，包括与对称轴垂直的平行的两个平面，一个平面与直管段端面相接，两个平面之间为外凸的抛物面，斜管段以预设的角度与一侧抛物面相接，斜管段的轴线延长线经过凹槽结构的中心。

技术研发人员：刘清源,龙军,赵春阳,关威,刘锦涛,李永,魏延明,王平,姚兆普,蔡坤,汪旭东,吕泰增,张恒,付新菊,张占海,孙超,姜鹏,石召新,朱智博,董明义
受保护的技术使用者：北京控制工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/12/2