CN115265689B - 一种超声波反射结构、计量管段及超声波流量计 - Google Patents

Abstract

本申请涉及流量监测及预报技术领域，提供一种超声波反射结构、计量管段及超声波流量计。超声波反射结构包括管体结构、超声反射片组件、第一和第二拱形结构。管体结构上、下半管拼合构造出流道。第一拱形结构设置于流道入口，表面设有坡形导流面，第一拱形结构沿管体结构圆周方向的延伸不超过整个圆周二分之一。第二拱形结构设置于流道出口，表面设有坡形导流面，第二拱形结构沿管体结构圆周方向的延伸不超过整个圆周二分之一。超声反射片组件设置在流道内，使超声波在流道内形成W形反射轨迹。本申请以平缓缩径结构将流体加速，梳理来流，缩小流速沿流道轴向分布差异，提高了流速沿流道轴向分布的均匀性，提高了流量计测量精度和稳定性。

Description

一种超声波反射结构、计量管段及超声波流量计

技术领域

本申请涉及流量监测及预报的技术领域，具体而言，涉及一种超声波反射结构、计量管段及超声波流量计。

背景技术

超声流量计是通过检测流体流动对超声束(或超声脉冲)的作用以测量流量的仪表。超声流量计的应用领域较广，例如，江、河、水库原水流量测量、海水流量测量、海洋环境监测预报等；市政污水测量、自来水流量测量等；油田原产流量测量、固井泥浆流量测量等；石油化工石化产品工艺流检测、工业循环水流量测量等；生产过程耗水量测量、工艺流流量测控等。对于超声流量计来说，其内部计量管段内流过的介质流态是影响超声流量计测量精度的重要因素。

例如超声波水表和超声波热量表，均属于超声波流量计。在超声波水表和超声波热量表的常规结构中，用于进行超声波传递的反射片一般通过立柱式、支架式或插片式的结构架设在计量管段的流道中，当有流体流过时，立柱式、支架式或插片式的结构以及反射片会对流体产生较大的扰动，导致进入测量管段的流体不平稳，沿轴向的流速不均匀，较容易造成超声波水表和超声波热量表的计量出现误差，影响超声波水表和超声波热量表的测量精度及稳定性。

进一步地，还有些超声波流量计通过从整个圆周上将计量管段的流道口径缩小，使流道的口径呈现突变式的缩减，虽然能加速流体，但是流体在流经突变式的缩径位置时，流道截面积骤减导致流体流速急剧增加，流动状态变化较大，有极大可能造成流体沿轴向分布的速度差异继续增大，同时突变式的缩径也会带来较大的压损，影响超声波流量计的测量精度及稳定性。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种超声波反射结构，以平缓的缩径结构将流体流速加速，缩小流体速度沿流道轴向的分布差异，提高了流体流速沿流道轴向分布的均匀性，提高了超声波流量计的稳定性和测量精度。

本申请实施例的第二目的还在于提供一种使用上述超声波反射结构的计量管段。

本申请实施例的第三目的还在于提供一种使用上述计量管段的超声波流量计。

第一方面，提供了一种超声波反射结构，用于安装在超声波流量计的计量管段中，包括管体结构、第一拱形结构、第二拱形结构和超声反射组件。

其中，管体结构包括上半管和下半管，上半管与下半管拼合构造出用于流体通过的流道，流道包括入口端和出口端。第一拱形结构设置于流道的入口端，第一拱形结构设置有坡形导流面，坡形导流面的底部边长大于顶部宽度，坡形导流面的顶部与流道的入口端相连且平滑过渡，第一拱形结构沿管体结构的圆周方向的延伸不超过整个圆周的二分之一。第二拱形结构设置于流道的出口端，第二拱形结构设置有坡形导流面，坡形导流面的底部边长大于顶部宽度，坡形导流面的顶部与流道的出口端相连且平滑过渡，第二拱形结构沿管体结构的圆周方向的延伸不超过整个圆周的二分之一。超声反射片组件包括入口反射片、出口反射片和上反射片，上反射片嵌入安装在上半管的内壁；入口反射片嵌入安装在流道入口端且低于第一拱形结构最高点；出口反射片嵌入安装在流道出口端且低于第二拱形结构最高点；入口反射片、出口反射片和上反射片用于使超声波束在流道内形成W形反射轨迹。

在一种可实施的方案中，超声波反射结构还包括第一梳理结构和第二梳理结构，第一梳理结构配置在第一拱形结构的坡形导流面上，包括多条沟槽，每条沟槽由坡形导流面的底部延伸至流道的入口端，且沿水流方向每条沟槽的宽度递减。第二梳理结构配置在第二拱形结构的坡形导流面上，包括多条沟槽，每条沟槽由坡形导流面的底部延伸至流道的出口端，且沿水流方向每条沟槽的宽度递增。

在一种可实施的方案中，管体结构构成的流道包括截面为四边形的上通道部分和截面为半圆形的下通道部分；下通道部分最高处的高度不超过第一拱形结构最高处的高度。

在一种可实施的方案中，上半管构造出上通道部分，第一拱形结构与第二拱形结构中间的下半管构造出下通道部分。

在一种可实施的方案中，管体结构的上半管包括顶壁，顶壁用于安装上反射片，顶壁与上反射片的厚度之和与管体结构所在圆周的直径比值为0.05至0.20。

在一种可实施的方案中，上半管与下半管的拼合缝处于流道的中部以下位置；上半管与下半管的拼合缝包括中间段拼合缝，中间段拼合缝由流道的入口端延伸至出口端；中间段拼合缝的高度低于第一拱形结构和第二拱形结构的最高处。

在一种可实施的方案中，入口反射片和出口反射片的最低处的高度高于入口反射片与出口反射片之间的下半管的内侧底部的高度。

根据本申请的第二方面，还提供了一种计量管段，用于超声波流量计，包括安装管和上述方案中的超声波反射结构。在上半管和/或下半管上设置有朝向出水方向的导向槽，在安装管内配置有导向条，超声波反射结构沿水流方向插入安装管内后，使导向槽与导向条配合到位。在安装管的外壁上开设有安装第一换能器的第一换能器槽，在距离第一换能器槽预定距离处的安装管的外壁上开设有安装第二换能器的第二换能器槽。第一换能器槽中的第一换能器用于向管体结构的流道入口处发射超声波或者接收由入口处发出的超声波。第二换能器槽中的第二换能器用于向管体结构的流道出口处发射超声波或者接收由出口处发出的超声波。

在一种可实施的方案中，在上半管和/或下半管与安装管的内壁贴合的位置设置有弹性卡扣，在弹性卡扣的下方设置有回弹空间；在安装管上设置用于与弹性卡扣相配合的卡槽；在超声波反射结构沿水流方向插入安装管且在导向槽与导向条配合到位之前，弹性卡扣被安装管的内壁压缩至回弹空间中；在导向槽与导向条配合到位后，弹性卡扣从回弹空间回弹至初始状态并与卡槽相卡合。

根据本申请的第三方面，还提供了一种超声波流量计，包括上述方案中的计量管段。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：本申请的超声波反射结构在使用时，将超声反射结构沿水流方向插入计量管段中后，一方面，上半管和下半管与第一拱形结构和第二拱形结构共同构造出缩径管段，过流面积减小，流线变密集，流体微团间的剪切力增大，使得流体流动更加稳定，进入测量管段的流道内的流体速度沿轴向的分布差异得到改善。同时，第一拱形结构和第二拱形结构沿管体结构圆周方向的延伸不超过整个圆周的二分之一，即在流道的入口和出口位置形成了非圆周形式的拱形缩径结构，非圆周形式的第一拱形结构和第二拱形结构使其上方流道保持原有的结构状态，使流道截面积平缓缩减，实现对流体的平缓加速，使流体的流动状态变化不至于过于剧烈，进而有助于减小流体流速沿轴向的分布差异，利于提高超声波流量计的测量精度。

另一方面，由于上半管和下半管与第一拱形结构和第二拱形结构构成的结构与计量管段搭配，使流量计压损在大约Δp25以内，提高超声波流量计的测量精度及稳定性，同时可以降低泵站功耗，减小水司输水成本。

进一步地，入口反射片嵌入安装在流道入口端且低于第一拱形结构最高点，出口反射片嵌入安装在流道出口端且低于第二拱形结构最高点，如此被整流加速后的流体基本不会被扰动，从而基本消除了反射片及立柱式、支架式或插片式的结构对流体的扰动作用，进而改善了流体在流道内的流动状态，有助于提高流体流速沿流道轴向分布的均匀性，进而提高流量计测量准确度。

进一步地，利用被加速后的水流的冲刷能力，尽可能防止污垢沉积和附着，以确保在长期使用中，不会因沉积过多污垢影响计量。

进一步地，本申请的超声波反射结构还设置有第一梳理结构，当流体在接触第一拱形结构的坡形导流面时，会被第一拱形结构加速，同时第一拱形结构表面的沟槽所形成的第一梳理结构会对来流进行梳理，使呈现为湍流、漩涡流等流态的流体中的乱流尽可能的梳理为沿管道轴向方向的流动，实现对流体流动轨迹的强制摆正和理顺，使流体进入管体结构的流道内部时，呈现沿轴向方向流动的状态，减少超声能量的损失，提高测量精度。

此外，本申请的管体结构构造出的流道包括截面为四边形的上通道部分和截面为半圆形的下通道部分，截面为四边形的上通道部分构成直流通道，通道截面由入口至出口的尺寸和形状基本保持不变，且上通道部分由入口至出口中间无弯折、无阻挡，上通道部分沿水流方向直线延伸，因此压损小，流体速度和流态都更为稳定，更利于超声能量的传递，减少能量损失。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为根据本申请实施例示出的一种超声波反射结构的结构示意图；

图2为根据本申请实施例示出的超声波反射结构的轴向截面结构示意图；

图3为根据本申请实施例示出的超声波反射结构的第一拱形结构示意图；

图4为根据本申请实施例示出的一种超声波反射结构的出入口正视示意图；

图5为根据本申请实施例示出的超声波反射结构的超声传递示意图；

图6为根据本申请实施例示出的超声波反射结构的径向截面结构示意图；

图7为根据本申请实施例示出的一种换能器外置的计量管段的结构示意图；

图8为根据本申请实施例示出的一种换能器与液体直接接触的计量管段的结构示意图；

图9为根据本申请实施例示出的计量管段中超声波反射结构定位及安装用结构示意图；

图10为根据本申请实施例示出的计量管段中卡槽、弹性卡扣等结构示意图；

图11为根据本申请实施例示出的入口、出口及上反射片的结构示意图；

图12为本申请提供的上下半管未拼合时的结构示意图；

图13为本申请提供的上下半管未拼合时的横截面结构示意图。

图中：10、管体结构；11、上半管；111、上通道部分；112、筋结构；113、顶壁；12、下半管；121、下通道部分；122、槽结构；13、中间段拼合缝；14、导向槽；15、弹性卡扣；16、回弹空间；20、第一拱形结构；30、第二拱形结构；40、超声反射片组件；41、入口反射片；42、出口反射片；43、上反射片；51、沟槽；100、安装管；101、导向条； 200、第一换能器；201、第一换能器槽；300、第二换能器；301、第二换能器槽。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

根据本申请的第一方面，如图1至图5所示，首先提供一种超声波反射结构，用于安装在超声波流量计的计量管段中，超声波反射结构包括管体结构10、第一拱形结构20和第二拱形结构30和超声反射片组件40。

其中，管体结构10包括上半管11和下半管12，上半管11与下半管12拼合构造出用于流体通过的流道，流道包括入口端和出口端。第一拱形结构20设置于流道的入口端，第一拱形结构20设置有坡形导流面，坡形导流面的底部边长大于顶部宽度，坡形导流面的顶部与流道的入口端相连且平滑过渡，第一拱形结构20沿管体结构10的圆周方向的延伸不超过整个圆周的二分之一，即不超过如图4所示的1/2圆周。第二拱形结构30设置于流道的出口端，第二拱形结构30设置有坡形导流面，坡形导流面的底部边长大于顶部宽度，坡形导流面的顶部与流道的出口端相连且平滑过渡，第二拱形结构30沿管体结构10的圆周方向的延伸不超过整个圆周的二分之一，即不超过如图4所示的1/2圆周。超声反射片组件40包括入口反射片41、出口反射片42和上反射片43，上反射片43嵌入安装在上半管11的内壁；入口反射片41嵌入安装在流道入口端且低于第一拱形结构20最高点；出口反射片42嵌入安装在流道出口端且低于第二拱形结构30最高点；入口反射片41、出口反射片42和上反射片43用于使超声波束在流道内形成W形反射轨迹。

上述实施例的超声波反射结构在使用时，将超声反射结构沿水流方向插入计量管段中后，一方面，上半管11和下半管12与第一拱形结构20和第二拱形结构30共同构造出缩径管段，过流面积减小，流线变密集，流体微团间的剪切力增大，使得流体流动更加稳定，进入测量管段的流道内的流体速度沿轴向的分布差异得到改善。特别是对于常用的时差法超声波计量，流体速度加大，相应时差变大，使得计量准确度更稳定。同时，第一拱形结构20和第二拱形结构30沿管体结构圆周方向的延伸不超过整个圆周的二分之一，即在流道的入口和出口位置形成了非圆周形式的拱形缩径结构，非圆周形式的第一拱形结构20和第二拱形结构30使其上方流道保持原有的结构状态，使流道截面积平缓缩减，实现对流体的平缓加速，使流体的流动状态变化不至于过于剧烈，进而有助于减小流体流速沿轴向的分布差异，利于提高超声波流量计的测量精度。

另一方面，由上半管11和下半管12与第一拱形结构20和第二拱形结构30构成的结构和计量管段搭配，使流量计压损在大约Δp25以内，提高超声波流量计的测量精度及稳定性，同时可以降低泵站功耗，减小水司输水成本。

进一步地，入口反射片41嵌入安装在流道入口端且低于第一拱形结构20最高点，出口反射片42嵌入安装在流道出口端且低于第二拱形结构30最高点，如此被整流加速后的流体基本不会被扰动，从而基本消除了反射片及支撑反射片的立柱式、支架式或插片式结构对流体的扰动作用，进而改善了流体在流道内的流动状态，有助于提高流体流速沿流道轴向分布的均匀性，进而提高流量计测量准确度。

进一步地，利用被加速后的水流的冲刷能力，尽可能防止污垢沉积和附着，以确保在长期使用中，不会因沉积过多污垢影响计量。

同时，超声反射结构装入计量管段中后，第一拱形结构20及坡形导流面使流体的流通截面变窄，产生缩径效果，对进入管体结构10的流道内的流体起到加速作用，尤其是对于小流量的流体，也能被缩径后的结构加速至充满计量管段，以便于较好地实现对小流量流体的测量。

在一种实施方案，如图4所示，第一拱形结构20沿管体结构10的圆周方向的延伸占整个圆周的2/5圆周。第二拱形结构30沿管体结构10的圆周方向的延伸占整个圆周的2/5圆周。

发明人同时进行了仿真实验，仿真实验时在管体结构10的上游添加左旋漩涡扰流器、右旋漩涡扰流器和速度截面流动扰流器制造扰流，在经过第一拱形结构20后，进入管体结构10的流道内的流体轨迹基本被梳理为沿流道轴向的流动轨迹，且速度沿轴向的差异减小，说明本实施例的第一拱形结构20及第二拱形结构30较好地实现了对流体的梳理作用，到达了预期目的。

需要说明的是，第二拱形结构30与第一拱形结构20结构是基本相同的，也可以完全相同，因此超声反射结构可以不分正反使用。

在一种实施方案中，如图2所示，第一拱形结构20的坡形导流面最高点的斜率优选设定为零，以实现最高点与流道入口端的平滑过渡。第一拱形结构20的坡形导流面的根部的斜率为

，其中10°≤

≤60°，且由坡形导流面的根部至最高点的截面型线平滑且平缓过渡，截面型线由根部至最高点的斜率由

逐渐减小至零。

在一种优选方案中，

的范围优选为10°≤

≤45°，以使第一拱形结构20过渡更为平滑，使管体结构10的流道入口端的流道截面积逐渐减小，大大减小流道截面突变导致的流动紊乱。进一步地，

根据实际情况可以在10°、15°、18°、20°、30°等多个数值中选择，在满足对流体整流加速的条件下，尽量优选较小的数值，例如10°、15°、18°、20°，以使拱形结构更平缓。

需要说明的是，上半管11的入口和出口的边沿可设置有倒角或者微拱形的结构，以便于将超声反射结构装入计量管段中后，上半管11的出入口位置与计量管段的内壁紧密贴合且过渡平缓，以减少对流体的阻挡。

发明人在工程实践中发现，进入计量管段前的流体介质如果流态很差，如速度不均匀且存在沿管道径向的乱流，流体进入计量管段后在轴向上呈现出不均匀的流速分布，且流体的流动轨迹混乱，导致超声反射传递过程中产生较为严重的能量损失。虽然现有技术中的缩径可以在一定程度上对来流进行梳理，但是并不能有效缓解恶劣来流下流体沿轴线流速分布不均和流动轨迹混乱的现象，导致超声波能量产生不可避免的损失，严重影响超声波流量计的测量精度。因此，发明人又进一步提出以下方案。

在一种实施方案中，如图1所示，超声波反射结构还包括第一梳理结构，其配置在第一拱形结构20的坡形导流面上，包括多条沟槽51，每条沟槽51由坡形导流面的底部延伸至流道的入口端，且沿水流方向每条沟槽51的宽度递减。

当流体在接触第一拱形结构20的坡形导流面时，会被第一拱形结构20加速，同时第一拱形结构20表面的沟槽51所形成的第一梳理结构会对来流进行梳理，使呈现为湍流、漩涡流等流态的流体中的乱流尽可能的梳理为沿管道轴向方向的流动，实现对流体流动轨迹的强制摆正和理顺，使流体进入管体结构10的流道内部时，呈现沿轴向方向流动的状态，减少超声能量的损失，提高测量精度。

在一种实施方案中，沟槽51在与第一拱形结构20的坡形导流面的最高处平滑过渡，无尖角，以尽可能避免产生二次湍流或者漩涡流。此外，沟槽51的槽底的型线弧度和槽边缘的型线弧度与第一拱形结构20的坡形导流面的弧度一致。这表示沟槽51不仅能梳理来流，同时也作为第一拱形结构20的一部分加速来流，同时与第一拱形结构20沿流体流动方向的弧度一致的沟槽51可以减少对流体的二次影响，以防止产生二次湍流、漩涡流等。

在一种实施方案中，沟槽51可以直接开设在第一拱形结构20的坡形导流面的表面。或者在第一拱形结构20的坡形导流面的表面设置多根沿流体流动方向的条形档条，多根条形档条由坡形导流面的根部延伸汇集至坡形导流面的最高处，相邻两个条形档条构造出一条沟槽51，条形档条在第一拱形结构20的最高处顺滑连接。

在一种优选实施方案中，在第二拱形结构30的坡形导流面上也配置第二梳理结构，第二梳理结构包括多条沟槽51，每沟槽51由坡形导流面的底部延伸至流道的出口端，且沿水流方向每条沟槽51的宽度递增。

由前述可知，第二拱形结构30和第二梳理结构，与前述的第一拱形结构20和第一梳理结构结构完全相同，以管体结构10的流道的中心成对称分布。在流道的出口端设置第二拱形结构30和第二梳理结构的优点有两处，第一，可以对排出流道的流体进行梳理引导，为下游管路上的水表、流量计的监测提前梳理流体；第二，由于第二拱形结构30表面的第二梳理结构与第一拱形结构20表面的第一梳理结构完全相同，一方面，超声反射结构可以不分正反方向进行装配使用，另一方面，如果流道内的流体方向发生变化由原先的正向流变为逆向流，可以在不进行拆卸反装的情况下直接使用，仍能保证对流体的加速和梳理效果，减少超声能量的损失，保证精确计量。

在一种实施方案中，如图6所示，管体结构10构成的流道包括截面为四边形的上通道部分111和截面为半圆形的下通道部分121，上通道部分111的宽度与下通道部分121的直径相等；且下通道部分121最高处的高度不超过第一拱形结构20最高处的高度。由此处结构可以看出，在管体结构10的流道中，截面为矩形的上通道部分111为流道的主要组成部分，下通道部分121占据一小部分，这有助于被第一拱形结构20及第一梳理结构加速梳理后的流体大部分用于充满流道的上通道部分111，小部分用于充满下通道部分121。截面为四边形的上通道部分111构成直流通道，通道截面由入口至出口的尺寸和形状基本保持不变，且上通道部分111由入口至出口中间无弯折、无阻挡，上通道部分111沿水流方向直线延伸，因此压损小，流体速度和流态都更为稳定，更利于超声能量的传递，减少能量损失。

需要说明的是，上通道部分111在边角处有倒角结构，但仍可看做近似四边形的截面，所以截面为四边形的上通道部分111包括截面为近似四边形的上通道部分111。上通道部分111的截面形状优选为矩形或者正方形，也可以为梯形等其它四边形。

在一种优选实施方案中，如图2所示，下通道部分121位于管体结构10构造出的流道的下部，下通道部分121的流道截面积不超过上通道部分111部分的流道截面积的一半，或者不超过三分之一，尽可能压缩下通道部分121的截面积。因为，被加速和梳理后的流体进入上通道部分111直到流出流道的出口端都会保持较为稳定的流速，但是进入下通道部分121的流体，其首先越过第一拱形结构20再进入下通道部分121，在越过第一拱形结构20时存在一定的回流效应，有可能产生微小的漩涡流，且处于下通道部分121的流体速度不如上通道部分111部分的流体速度稳定，因此尽可能的让上通道部分111占据流道的大部分。

在一种优选实施方案中，第一拱形结构20和第二拱形结构30与下半管12为一体成型结构。上半管11构造出上通道部分111，第一拱形结构20与第二拱形结构30中间的下半管12构造出下通道部分121。

前文中，超声反射片组件40包括入口反射片41、出口反射片42和上反射片43；上反射片43安装在上半管11的内壁且朝向下侧的下半管12；入口反射片41倾斜安装在下半管12的入口端，位于第一拱形结构20的下游且低于第一拱形结构20最高处，且朝向上反射片43；出口反射片42倾斜安装在下半管12出口端，位于第二拱形结构30的上游且低于第二拱形结构30最高处，且朝向上反射片43。需要说明的是，入口反射片41与第一拱形结构20下游的表面顺滑连接，出口反射片42与第二拱形结构30的上游顺滑连接，以尽可能消除结构棱角对水流状态的影响。如图4所示，第一换能器200发出的超声波束射向入口反射片41，并被反射至上反射片43，再被上反射片43反射至出口反射片42，最后经出口反射片42反射出去并被第二换能器300接收。

如图4所示，入口反射片41、出口反射片42和上反射片43构成“W”型的超声反射路线，配合前述实施例中配置的截面为矩形的上通道部分111和截面为半圆形的下通道部分121可知，经过下通道部分121的超声波束较少，大部分的超声波束都经过截面为矩形的上通道部分111，使大部分的超声波束都在处于流态稳定且流速也较为稳定的上通道部分111，利于提高超声传递质量，减少能量损失，提高超声波流量计的测量准确性。

在一种实施方案中，如图2和图13所示，管体结构10的上半管11包括顶壁113，顶壁113用于安装上反射片43，顶壁113与上反射片43的厚度之和为H，与管体结构10所在圆周的直径比值为0.05至0.20，优选0.08至0.15。由此可以看出，上半管11顶壁113和上反射片43的厚度之和与整个管段的直径相比是非常小的，在实际中顶壁113与上反射片43的厚度之和被配置为2mm。当流体流过上半管11时，由于顶壁113和上反射片43的厚度较小，对流体几乎没有阻挡，产生的扰流非常微小，因此流体可以在上半管11沿顶壁113的延伸方向形成较为稳定的流速。

进一步地，如图7所示，假使用于超声发射和接收的换能器不与流体直接接触，由于顶壁113和上反射片43的厚度较小，被加速的流体在上半管11沿顶壁113的延伸方向形成较为稳定的流速，从而对换能器对应的计量管段的内壁位置和上反射片43的表面进行冲刷，以尽可能防止污垢沉积和附着，以使超声波束穿过的壁面保持清洁，以减少超声能量传递损失，提高计量准确度。

进一步地，如图8所示，假使用于超声发射和接收的换能器与流体直接接触，由于顶壁113和上反射片43的厚度较小，被加速的流体在上半管11沿顶壁113的延伸方向形成较为稳定的流速，从而对换能器的表面和上反射片43的表面进行冲刷，尽可能防止污垢沉积和附着在换能器的表面，以使换能器发射和接收超声波束的表面以及上反射片43的表面保持清洁，以减少超声能量传递损失，提高计量准确度。

在一种实施方案中，如图2所示，上半管11与下半管12的拼合缝处于流道的中部以下位置，以减小拼接缝引起的流体流动状态变化对超声波传递的影响。

需要说明的是，在一种实施方案中，如图12所示，上半管11可以设置突出的筋结构112，下半管12可以设置槽结构122，当上下半管合并后，筋卡入槽中，实现上半管11与下半管12的拼合。上半管11与下半管12合并后，上半管11的筋卡入下半管的槽中，形成凹凸结构，使得计量流道内的拼合缝处于流道的中部以下位置，尽可能保证上流道的完整性，降低拼合缝对流体产生的不良影响，另一方面这种结构也能更好的防止流体通过拼合缝发生泄漏，影响计量。

在一种实施方案中，如图2所示，上半管11与下半管12的拼合缝包括中间段拼合缝13，中间段拼合缝13由流道的入口端延伸至出口端；中间段拼合缝13的高度低于第一拱形结构20和第二拱形结构30的最高处。因为“W”型的超声反射路线要经过上通道部分111两次，使中间段拼合缝13低于第一拱形结构20和第二拱形结构30的最高处，相当于中间段拼合缝13基本全处于“W”型中间下部无超声传递路径的位置，如此即使中间段拼合缝13处引起流体流动状态变化，也不会对超声波的传递产生较大影响。

此外，在第一拱形结构20与上半管11的拼接处以及第二拱形结构30与上半管11的拼接处也都有拼接缝，但由于此两处的拼接缝较短，且超声波是竖直方向的传递，此处的拼接缝对流体的扰动对超声波的影响不大，因此，此处的拼接缝可以不做特殊配置。

在一种实施方案中，如图2所示，入口反射片41和出口反射片42的最低处的高度高于入口反射片41与出口反射片42之间的下半管12的内侧底部的高度，如此即使有杂质沉积，也是沉积在入口反射片41与出口反射片42之间的下半管12的内侧底部的区域中，基本很少沉积在入口反射片41与出口反射片42上，从而减少杂质沉积对超声波传递的影响。即使入口反射片41与出口反射片42上有少量沉积，第一拱形结构20加速后的流体也基本会将其冲刷干净。

在一种实施方案中，入口反射片41的表面与其安装位置的下半管12的表面平齐且平滑过渡，出口反射片42的表面与其安装位置的下半管12的表面平齐且平滑过渡。

在一种实施方案中，如图7和图8所示，第一拱形结构20的高度与计量管段的安装管100的直径比值范围为0.25～0.5，以达到比较好的缩径加速效果。

需要说明的是，上半管11和下半管12分别可以采用一体注塑成型的工艺。在注塑时，同时将反射片注塑固定在上半管11和下半管12的预定位置，然后再进行一体注塑。如图11所示，入口反射片41、出口反射片42和上反射片43的边缘可加工成具有插片结构，或者具有斜坡结构，或者具有弯边结构，反射片与上半管11和下半管12注塑时，一部分料将反射片的插片、斜边或弯边包裹住，保证镶嵌紧密。本实施例采用如图11所示的结构，即在反射片的边缘设置有类似于小耳朵的插片结构，以保证注塑时的镶嵌紧密。此外，反射片和其对应的管上均设有定位孔，便于反射片在注塑时精确定位。

根据本申请的第二方面，如图7、图8和图9所示，还提供了一种计量管段，用于超声波流量计，包括安装管100和上述方案中的超声波反射结构。

其中，在上半管11或下半管12或两者本体上都上设置朝向出水方向的导向槽14，在安装管100内配置有导向条101，超声反射结构沿水流方向插入安装管100内后，使导向槽14与导向条101配合到位，确保超声波反射结构在装入管段后，在径向上不会发生旋转，保证反射片与换能器之间的对应关系。

同时，在安装管100的外壁上开设有安装第一换能器200的第一换能器槽201，在距离第一换能器槽201预定距离处的安装管100的外壁上开设有安装第二换能器300的第二换能器槽301；第一换能器槽201中的第一换能器200用于向管体结构10的流道入口处发射超声波或者接收由入口处发出的超声波；第二换能器槽301中的第二换能器300用于向管体结构10的流道出口处发射超声波或者接收由出口处发出的超声波。

由上述实施例可知，由于入口处的第一拱形结构20和出口处的第二拱形结构30都没有延伸满安装管100的整个圆周，因此可以便于在安装管100的外壁设置换能器，但需要根据换能器的性能和工作原理合理配置安装换能器槽的壁厚，以免影响超声波的传递。

在一种实施方案中，如图7所示，第一换能器槽201和第二换能器槽301可以不贯穿安装管100，只需控制第一换能器槽201和第二换能器槽301的槽底处对应的安装管100的壁厚即可。第一拱形结构20和第二拱形结构30形成的缩径结构对流体进行加速，保证具有一定流速的流体能够对反射片的表面及第一换能器槽201和第二换能器槽301对应的安装管100的内壁进行冲刷，有效减少上述部位的污垢附着和沉积，进而降低超声波传递过程中的能量损失，相应的提高了测量精度。

在一种实施方案中，如图8所示，第一换能器槽201和第二换能器槽301贯穿安装管100，第一换能器200和第二换能器300分别安装在第一换能器槽201和第二换能器槽301中，第一换能器200和第二换能器300的接收发射面与安装管100内的流体直接接触，接收发射面基本与安装管100的内壁平齐。第一拱形结构20和第二拱形结构30形成的缩径对流体进行加速，保证具有一定流速的流体能够对反射片的表面及第一换能器200和第二换能器300的接收发射面进行冲刷，有效减少反射片表面积换能器接收发射面的污垢附着和沉积，进而降低超声波传递过程中的能量损失，相应的提高了测量精度。

需要说明的是，第一拱形结构20和第二拱形结构30的外壁用于与计量管段的安装管100的内壁贴合，且上半管11和下半管12合成的管体结构10的外径与安装管100的外径基本一致，第一拱形结构20和第二拱形结构30与安装管100的配合处需保证相对紧密的贴合。

在一种实施方案中，如图8至图10所示，在上半管11和/或下半管12与安装管100的内壁贴合的位置设置有弹性卡扣15，在弹性卡扣15的下方设置有回弹空间16。在安装管100上设置用于与弹性卡扣15相配合的卡槽。在超声反射结构沿水流方向插入安装管100且在导向槽14与导向条101配合到位之前，弹性卡扣15被安装管100的内壁压缩至回弹空间16中。在导向槽14与导向条101配合到位后，弹性卡扣15从回弹空间16回弹至初始状态并与卡槽相卡合，可以防止超声反射结构受到反向流体冲击发生退出现象。

需要说明的是，在安装管100的外壁设置有第一换能器槽201和第二换能器槽301，第一换能器槽201用于安装第一换能器200，第二换能器槽301用于安装第二换能器300。

根据本申请的第三方面，还提供了一种超声波流量计，包括上述方案中的计量管段。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种超声波反射结构，用于安装在超声波流量计的计量管段中，其特征在于，包括：

管体结构（10），其包括上半管（11）和下半管（12），所述上半管（11）与所述下半管（12）拼合构造出用于流体通过的流道，所述流道包括入口端和出口端；

第一拱形结构（20），设置于所述流道的入口端，所述第一拱形结构（20）设置有坡形导流面，所述坡形导流面的底部边长大于顶部宽度，所述坡形导流面的顶部与所述流道的入口端相连且平滑过渡，所述第一拱形结构（20）沿所述管体结构（10）的圆周方向的延伸不超过整个圆周的二分之一；

第二拱形结构（30），设置于所述流道的出口端，所述第二拱形结构（30）设置有坡形导流面，所述坡形导流面的底部边长大于顶部宽度，所述坡形导流面的顶部与所述流道的出口端相连且平滑过渡，所述第二拱形结构（30）沿所述管体结构（10）的圆周方向的延伸不超过整个圆周的二分之一；

超声反射片组件（40），其包括入口反射片（41）、出口反射片（42）和上反射片（43），所述上反射片（43）嵌入安装在上半管（11）的内壁；所述入口反射片（41）嵌入安装在所述流道入口端且低于所述第一拱形结构（20）最高点；所述出口反射片（42）嵌入安装在所述流道出口端且低于所述第二拱形结构（30）最高点；所述入口反射片（41）、所述出口反射片（42）和所述上反射片（43）用于使超声波束在所述流道内形成W形反射轨迹；

第一梳理结构，配置在所述第一拱形结构（20）的坡形导流面上，包括多条沟槽（51），每条所述沟槽（51）由坡形导流面的底部延伸至所述流道的入口端，且沿水流方向每条所述沟槽（51）的宽度递减；

第二梳理结构，配置在所述第二拱形结构（30）的坡形导流面上，包括多条沟槽（51），每条所述沟槽（51）由坡形导流面的底部延伸至所述流道的出口端，且沿水流方向每条所述沟槽（51）的宽度递增。

2.根据权利要求1所述的超声波反射结构，其特征在于，所述管体结构（10）构成的所述流道包括截面为四边形的上通道部分（111）和截面为半圆形的下通道部分（121）；所述下通道部分（121）最高处的高度不超过所述第一拱形结构（20）最高处的高度。

3.根据权利要求2所述的超声波反射结构，其特征在于，所述上半管（11）构造出所述上通道部分（111），所述第一拱形结构（20）与所述第二拱形结构（30）中间的所述下半管（12）构造出所述下通道部分（121）。

4.根据权利要求3所述的超声波反射结构，其特征在于，所述管体结构（10）的所述上半管（11）包括顶壁（113），所述顶壁（113）用于安装所述上反射片（43），所述顶壁（113）与所述上反射片（43）的厚度之和与所述管体结构（10）所在圆周的直径比值为0.05至0.20。

5.根据权利要求1-4任一项所述的超声波反射结构，其特征在于，所述上半管（11）与所述下半管（12）的拼合缝处于所述流道的中部以下位置；

所述上半管（11）与所述下半管（12）的拼合缝包括中间段拼合缝（13），所述中间段拼合缝（13）由所述流道的入口端延伸至出口端；

所述中间段拼合缝（13）的高度低于所述第一拱形结构（20）和所述第二拱形结构（30）的最高处。

6.根据权利要求4所述的超声波反射结构，其特征在于，所述入口反射片（41）和所述出口反射片（42）的最低处的高度高于所述入口反射片（41）与所述出口反射片（42）之间的所述下半管（12）的内侧底部的高度。

7.一种计量管段，用于超声波流量计，其特征在于，包括安装管（100）和权利要求1-6任一项所述的超声波反射结构；

在所述上半管（11）和/或所述下半管（12）上设置有朝向出水方向的导向槽（14），在所述安装管（100）内配置有导向条（101），所述超声波反射结构沿水流方向插入所述安装管（100）内后，使所述导向槽（14）与所述导向条（101）配合到位；

在所述安装管（100）的外壁上开设有用于安装第一换能器（200）的第一换能器槽（201），在距离所述第一换能器槽（201）预定距离处的所述安装管（100）的外壁上开设有用于安装第二换能器（300）的第二换能器槽（301）；

所述第一换能器槽（201）中的所述第一换能器（200）用于向所述管体结构（10）的流道入口处发射超声波或者接收由入口处发出的超声波；

所述第二换能器槽（301）中的所述第二换能器（300）用于向所述管体结构（10）的流道出口处发射超声波或者接收由出口处发出的超声波。

8.根据权利要求7所述的计量管段，其特征在于，在所述上半管（11）和/或所述下半管（12）与所述安装管（100）的内壁贴合的位置设置有弹性卡扣（15），在所述弹性卡扣（15）的下方设置有回弹空间（16）；

在所述安装管（100）上设置用于与所述弹性卡扣（15）相配合的卡槽；

在所述超声波反射结构沿水流方向插入所述安装管（100）且在所述导向槽（14）与所述导向条（101）配合到位之前，所述弹性卡扣（15）被所述安装管（100）的内壁压缩至回弹空间（16）中；

在所述导向槽（14）与所述导向条（101）配合到位后，所述弹性卡扣（15）从所述回弹空间（16）回弹至初始状态并与所述卡槽相卡合。

9.一种超声波流量计，其特征在于，包括如权利要求7或8所述的计量管段。

Images