CN202471144U - 高精度宽量程流量计 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及计量量程更宽、计量精度更高的一种高精度宽量程流量计，包括壳体具有供流体流通的内腔，壳体两端设置便于与流体输送管道适配连接的连接部，壳体内腔的中间位置设置挡板状的受力阻流件，受力阻流件与传感器连接，传感器连接信号处理器，所述的壳体中部设置用于加速待测流体的导流套，所述的受力阻流件位于壳体内流体流速较高的位置，并处于在流体作用下可向低流速位置移动的状态；该流量计性能优越，适合过程控制、流体计量等场合使用，尤其适合热能表、天然气等能源计量中的小流量的流体计量；因它的始动流量低于家用水表的始动流量，故还可大量应用于水厂支线流体的计量，减少企业损失，具有非常好的实用性。

Description

高精度宽量程流量计

技术领域

本实用新型涉及一种计量仪器，具体地说主要适用于DN300口径以内的管道中检测流体流量的流量计。

背景技术

在流体计量中，流量计是计量仪器设备的重要组成部分，流量计在各领域中得到了广泛的应用。它在过程控制、能源计量、环境保护等方面的检测中起到重要作用。

现有技术中流量计主要存在流量范围窄、易堵塞、抗冲击差、易受流体扰动影响，且在小流量及超小流量(液体低于50L/h，气体低于500L/h)条件下不能计量。如涡轮流量计的涡轮叶片受流体冲击易变形，轴承易磨损和堵塞；涡街流量计小流量不计量，测量范围窄，易受上游流体扰动影响；靶式流量计抗冲击差，测量范围窄；超声波流量计的传感器易受脏物影响和堵塞，易受上游流体扰动影响。以上几款常用流量计的共同缺点就是在计量小流量时都会出现不能计量或计量严重不准的问题。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种计量量程更宽、计量精度更高的高精度宽量程流量计。

本实用新型的技术方案为：一种高精度宽量程流量计，包括壳体，壳体具有供流体流通的内腔，壳体两端设置便于与流体输送管道适配连接的连接部，壳体内腔的中间位置设置挡板状的受力阻流件，受力阻流件与传感器连接，传感器连接信号处理器，其特征在于：所述的壳体中部设置用于加速待测流体的导流套，所述的受力阻流件位于壳体内流体流速较高的位置，并处于在流体作用下可向低流速位置移动的状态。也就是受力阻流件受流体冲击而远离阻流件自由状态所处的位置。

本实用新型的技术方案中，突出改进在于增加了导流套将待测流体加速，导流套可以是内腔直径变化的结构，或者是具有外界动力作用下的涡轮或者机械增压加速结构等。同时导流套不得影响受力阻流件在流体冲击下的运动，其实施方式可以是在导流套上设置缺口或者受力阻流件位于导流套出口附近等。这样因为流体被导流套加速，所以在流量不变的情况下，也就是单位时间通过的流体质量不变，但速度增加、也就是动能增加，那么冲击受力阻流件的作用更明显，这样与受力阻流件连接的传感器、信号处理器能感应和检测到更小的流量信号，所以流量计的量程范围显著加宽，对流量的检测更敏感、检测精度自然就更高。

目前可检测的始动流量可达到液体：0.1L/h、气体：0.3L/h；最大量程可达1∶1000倍；极限状态能达到1∶10000倍，也就是说在1∶10000倍的量程下也能进行检测。计量精度达液体0.5级量程1∶50，气体1.0级量程1∶30；压力损失只及同流量下孔板的1/3-1/4；安装时，流量计前后直管段长度分别只需前2DN、后1DN，较现有技术中前需10DN、后需5DN的技术要求显著降低，提高了流量计的适应能力。并且也适合液体、气体、蒸汽等流体输送的场合；其原理和功能在流体高温、高压、低温的情况下也能使用，通用性好。

该流量计性能优越，适合过程控制、流体计量等场合使用，尤其适合热能表、天然气等能源计量中的小流量的计量；因它的始动流量低于家用水表的始动流量，故还可大量用于水厂支线流量的计量，减少企业损失。具有非常好的实用性，利于节能环保技术的提高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是导流套的剖视结构示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是导流套的立体结构示意图；

图5是第一整流器的主视图；

图6是图5所示第一整流器的左视状态的剖视结构示意图；

图7是第三整流器的主视图；

图8是第三整流器的右视状态的剖视结构示意图。

具体实施方式

如图1所示的一种高精度宽量程流量计，包括壳体8，壳体8具有供流体流通的内腔，壳体8两端设置法兰盘或者焊接结构便于与流体输送管道适配连接，壳体8内腔的中间位置设置挡板状的受力阻流件5，受力阻流件5与传感器12连接，传感器12连接信号处理器，当然，信号处理器还要连接控制器和或者显示器等，实现检测和自动控制的目的。整个流量计外形类似于倒“T”形。本实用新型的改进在于：所述的壳体8中部设置用于加速待测流体的导流套1，所述的受力阻流件5位于导流套1内流体流速较高的位置，并处于在流体作用下可向低流速位置移动的状态。这样受力阻流件5受流体冲击发生位移，传感器12感应该位移信号，并将信号传递给信号处理器进行信号处理实现检测。

如图1所示的，具体来说：所述的受力阻流件5通过片簧10与传感器12连接，片簧10沿流体前进方向叠加均匀布置多层，沿流体前进方向各片簧10尺寸减小，各片簧10上端平齐，下端越向流体下游越短。具体例如：各片簧10长度差都为10毫米，第一片连接受力元件且最宽，各片簧10宽度差都为2毫米，窄的片簧10相对于宽片簧10的左右位置居中。各片簧10与传感器连12接处为相同的孔径，各片簧10未端连接孔中心为最短片簧10的下端向上10毫米。这样多个片簧10通过板面上的连接孔通过螺栓叠加固接，越向下游方向各片簧10下端位置越高的结构可以使受力阻流件在流体冲击下的弹性力增大较快，在大流量状态起到一定的保护作用，避免片簧10和受力阻流件折断；也就是起到平稳减振和增加受力阻流件5强度的目的。

为了便于安装传感器12和信号处理器等部件，壳体8上设置向上的法兰连接头，气室座11下端设置凸环，法兰圈9压紧凸环与壳体8用螺栓连接，传感器12由上向下插入气室座11和法兰连接头内腔，传感器12下端与片簧10连接，片簧10下端连接受力阻流件5，传感器12上端的尺寸较大的部位支撑在气室座11上部的沉孔内，并由锁紧螺母13压紧，传感器12的信号线通过锁紧螺母13的中空内腔连通到外部与信号处理器或显示器等连接。当流体流经导流套1加速后，流体更明显地推动受力阻流件5，受力阻流件5带动片簧10产生位移，该位移产生的作用力通过杠杆原理将力传递给传感器12，传感器12将信号传递给流量计控制器或信号处理器，将信号进行转换、处理获得流量参数，然后进行显示或自动控制。当然，受力阻流件5和传感器12等部件和设置方式还可以参考现有技术或者合理改进，具有多种实施方式。

改进的核心在于：由于流体经过导流套1的加速，流经受力阻流件5时流速高，极小流量时传感器12都能检测到信号，所以受力阻流件5受冲击更敏感，检测的量程范围更大、精度更高。

导流套1可以是内腔直径变化的结构，或者是外界动力驱动下的涡轮或者机械增压加速结构、还可以是例如枪管内腔的膛线式的导流加速结构等，优选的技术方案是如图2、3、4所示的：所述的壳体8内腔呈圆柱状，导流套1为管状，导流套1外径与壳体8内径吻合并固接在壳体8内部，导流套1内腔呈中间细两端粗的收腰状，导流套1上部开设缺口，缺口由导流套1中部延伸到后端面，所述的受力阻流件5下部由该缺口装入导流套1。至于连接的方式可以是过盈插接或者用导流套1两端受限位件抵挡而固定在壳体8内等。根据流体流动的基本原理，流量一定的情况下，导流套1中部管径较细，则流速会增大，对受力阻流件5的冲击更明显，利于受力阻流件5感应流体的流动。且这样的导流套1结构简单、功能可靠。

更好的是：所述的缺口位于导流套1中部的端面101呈60°斜向下、向下游方向的导流套1内腔直径最小的位置延伸，端面101下端与自由状态下受力阻流件5的前侧表面贴合，所述的受力阻流件5在自由状态下其边缘到导流套1喉部内壁环隙宽度为0.05～0.25mm；导流套1喉部的内腔直径与壳体8内腔直径的比为0.6～0.7∶1。

如图1、4所示，为便于加工和避免磨损，导流套1喉部，也就是导流套1内部直径最小的部位也是一小段圆柱状管腔。端面101也即是图4中所示的斜向图中左上方延伸的表面。端面101下端延伸到该圆柱状管腔右端，距离受力阻流件5最近，基本上保持贴合状态。结合受力阻流件5的板面尺寸合理设置，可以正好使得圆形受力阻流件5的板面边缘距导流套1内壁的环形间隙宽度约0.1mm左右，较好范围是0.05～0.25mm，一般不超过0.3mm，超出此范围则量程范围相应变窄。当然，在流体冲击下受力阻流件5向图1中的右方移动，该间距增大。这样保证有很小的流量都能检测到。同时受力阻流件5正好位于导流套1内腔右侧的锥台状部分的起始位置，可以使得受力阻流件5受到的流体冲击较为均匀，避免流体经过的区域形状复杂对流体的流动造成影响。导流套1喉部内腔的粗细与壳体8内腔直径具有合理的尺寸比例，约0.6～0.7∶1，避免比例过大或过小时造成加速不明显，或者加速过大造成流体阻力损失或者流体湍动损坏流量计内的部件。

所述的导流套1在超小流量流经导流套1的喉部、也就是内腔的中间直径最小部位时，因受力阻流件5安装在喉部内腔，受力阻流件5边缘与喉部内腔构成的环隙间距只有0.1毫米左右，故这个环形的缝隙非常小，因此环隙内的流速至少升高了100倍以上，受力阻流件5受到的作用力以数量级的增加，所以在超小流量时流量计也能很好的进行计量，计量更灵敏，精度也得到了提高。

进一步的，所述的导流套1上游设置用于初步加速流体的整流器。这样可以使得流体的流速更加平稳地被加速。避免流体的流体突然升高。

如图1、5、6，优选的整流器结构是：所述的整流器呈阻挡流体的圆板状，整流器上沿板面的圆心对称均匀布置多个流通流体的整流孔，整流器包括沿流体前进方向的中心线顺序布置的第一整流器2和第二整流器3，第一整流器2的外径与壳体8内径吻合、第二整流器3外径小于第一整流器2外径，两整流器2、3相离布置。也就是说导流套1上游、即图1中左侧的整流器分为第一整流器2和第二整流器3。以第一整流器2为例，圆板状实体通过螺纹固接或过盈插接在壳体8内，起到阻挡流体的作用，整流孔201均匀分布，整流孔201直径为壳体8管径的0.3倍，这样相当于把流体通道的截面积缩小，所以就起到了加速作用。第一、第二整流器2、3的整流孔的定位圆心直径为壳体8管径的0.66倍，两整流器2、3沿壳体8管状内腔的中心线布置，至于第二整流器3的布置方式可以是利用支架的，更好的是：所述的第一、第二整流器2、3通过中间位置的连接孔用同一螺栓固接，所述的第一整流器2与壳体8螺接。也就是第一整流器2中间设置螺纹孔202、第二整流器3中间也设置相应的螺纹孔，两者用螺杆和挡片固定连接，然后第一整流器2螺接在壳体8内壁就实现了两个整流器2、3的固定。结构很简单，拆装都很方便。第二整流器3的工作原理与第一整流器2一致，并且还将第一整流器2加速后的流体向中间位置集中，更好地与第二整流器3配合，在加速流体的同时避免流体直接与导流套1端部边缘摩擦引起明显的阻力损失。

进一步的，所述的导流套1下游设置过载保护弹簧14。也就是在受力阻流件5后方、即图1所示的右侧设置过载保护弹簧14，在流体冲击过大时受力阻流件5会被过载保护弹簧支撑，避免损坏。

所述的导流套1下游顺序设置第三、第四整流器6、7，第四整流器7呈遮挡流体的圆板状，第三整流器6呈开口朝向导流套1的圆盖状，第三整流器6外径小于第四整流器7外径，第四整流器7的外径与壳体8内径吻合，所述的第四整流器7与壳体8螺接，第三、第四整流器6、7通过中间位置的连接孔用同一螺栓固接，过载保护弹簧14卡装在第三整流器6朝向导流套1的侧面；第三、第四整流器6、7上沿板面的圆心对称均匀布置多个流通流体的整流孔。也就是说第三、第四整流器6、7沿流体前进方向顺序布置并与圆柱状的壳体8内腔同轴。第四整流器7与第一整流器2结构相同。第三整流器6如图7、8所示，整流孔601供流体流通，中心孔602便于螺栓连接，盖沿603内部的腔室卡装过载保护弹簧14，第三、第四整流器6、7的整流功能与第一、第二整流器2、3正好相反，它们是经过两步整流将加速的流体再平稳地减速，恢复流体的正常流动速度，以适应生产的工艺要求。这样的结构便于连接过载保护弹簧14，结构简单、合理紧凑。

叠加片簧10变形到额定最大位时，受力阻流件5后方的过载保护弹簧14将起到一个阻挡和缓冲的作用，避免受力阻流件5在流体流量波动时被冲击损坏；流体最后流经第三、第四整流器6、7，消除流量计的扰动和影响流入下游工序。

通过导流套1和其前后两侧的整流处理，本实用新型的流量计安装时，流量计前后直管段长度分别只需前2DN、后1DN，较现有技术中前需10DN、后需5DN的技术要求显著降低，提高了流量计的适应能力。

进一步的，所述的壳体8连接回流旁通装置，回流旁通装置包括旁通管，旁通管内腔的一端与壳体8内腔的导流套1上游区域相通、另一端与壳体8内腔的导流套1下游区域相通；旁通管中部设置容积增大的容腔16，容腔16上与导流套1下游的壳体8内腔连通的旁通管口由压缩弹簧15支撑的挡片4封闭。显然，为实现发明目的，所述的压缩弹簧15的弹力小于片簧10的弹力。

在遇到流体回流时，考虑到受力阻流件5与导流套1之间的缝隙非常小，片簧10回弹的变形量小，流体流过的流量就小，会影响回流的流量，甚至破坏片簧10，故在壳体8外专设计了回流旁通装置，如图1所示，在旁通管中部设置连通管内腔的容腔16，利用类似第一整流器2一样的带孔板体17中间连接一个螺栓，螺栓上套设压缩弹簧15，依次向右是挡片4和螺栓端部的限位件，该带孔板体17可以方便地连接到旁通管与容腔16相通的端口上。构成单方向流动的回流装置，流量计正常工作时压缩弹簧15推动挡片4封闭右侧旁通管口，旁通管处于完全隔断状态；流体回流时在流体推力作用下推动挡片4向左移动，旁通管处于打开状态，回流流体，避免对受力阻流件5和片簧10造成损坏，延长流量计的使用寿命，提高流量计在有回流风险存在的复杂工况的适应能力。

综上所述，本实用新型吸收浮子流量计和靶式流量计的计量原理并进一步改进，研制出的这款加速高精度宽量程流量计。因主要采用了导流套1、多级整流器、叠加片簧10、过载保护弹簧14，使得流量计检测的流量范围更宽、微小流量检测更灵敏，抗冲击、抗流体扰动、防堵塞、使用寿命更持久。

为使本领域技术人员更加直观地了解本实用新型的有益技术效果，下面提供对本实用新型的流量计进行验证试验的数据。

表1高精度宽量程流量计检测数据(1)

备注：气表采用p.V.T.t法气体流量标准装置检定，被检仪表口径：DN50，检测压力：101.5KPa，检测温度：17.84℃，装置不确定度：0.20％。

表2高精度宽量程流量计检测数据(2)

备注：气表采用p.V.T.t法气体流量标准装置检定，被检仪表口径：DN80，检测压力：102.0KPa，检测温度：10.65℃，装置不确定度：0.20％。

表3高精度宽量程流量计检测数据(3)

备注：气表采用p.V.T.t法气体流量标准装置检定，被检仪表口径：DN150，检测压力：101.7KPa，检测温度：12.14℃，装置不确定度：0.20％。

表4高精度宽量程流量计检测数据(4)

备注：液体表采用称重质量式流量标准装置检定，流量低于0.1t/h时用1000ml量杯测；被检仪表口径：DN50，检测温度：16.5℃，起步流量0.02t/h，装置不确定度：0.05％。

表5高精度宽量程流量计检测数据(5)

备注：液体表采用称重质量式流量标准装置检定，流量低于100kg/h时用100ml量杯测；被检仪表口径：DN50，检测温度：25.3℃，起步流量0.001t/h，装置不确定度：0.05％。

由上述对本实用新型流量计的验证试验数据可见，本实用新型的流量计检测精度高、运行稳定，适应不同口径、不同介质的流体计量，尤其是对小流量和微小流量流体的计量精度高。

Claims (10)

1.一种高精度宽量程流量计，包括壳体(8)，壳体(8)具有供流体流通的内腔，壳体(8)两端设置便于与流体输送管道适配连接的连接部，壳体(8)内腔的中间位置设置挡板状的受力阻流件(5)，受力阻流件(5)与传感器(12)连接，传感器(12)连接信号处理器，其特征在于：所述的壳体(8)中部设置用于加速待测流体的导流套(1)，所述的受力阻流件(5)位于壳体(8)内流体流速较高的位置，并处于在流体作用下可向低流速位置移动的状态。

2.根据权利要求1所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的壳体(8)内腔呈圆柱状，导流套(1)为管状，导流套(1)外径与壳体(8)内径吻合并固接在壳体(8)内部，导流套(1)内腔呈中间细两端粗的收腰状，导流套(1)上部开设缺口，缺口由导流套(1)中部延伸到后端面，所述的受力阻流件(5)下部由该缺口装入导流套(1)。

3.根据权利要求2所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的导流套(1)上游设置用于初步加速流体的整流器。

4.根据权利要求3所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的整流器呈阻挡流体的圆板状，整流器上沿板面的圆心对称均匀布置多个流通流体的整流孔，整流器包括沿流体前进方向的中心线顺序布置的第一整流器(2)和第二整流器(3)，第一整流器(2)的外径与壳体(8)内径吻合、第二整流器(3)外径小于第一整流器(2)外径，两整流器(2、3)相离布置。

5.根据权利要求4所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的导流套(1)下游设置过载保护弹簧(14)。

6.根据权利要求2所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的壳体(8)连接回流旁通装置，回流旁通装置包括旁通管，旁通管内腔的一端与壳体(8)内腔的导流套(1)上游区域相通、另一端与壳体(8)内腔的导流套(1)下游区域相通；旁通管中部设置容积增大的容腔(16)，容腔(16)上与导流套(1)下游的壳体(8)内腔连通的旁通管口由压缩弹簧(15)支撑的挡片(4)封闭。

7.根据权利要求5所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的导流套(1)下游顺序设置第三、第四整流器(6、7)，第四整流器(7)呈遮挡流体的圆板状，第三整流器(6)呈开口朝向导流套(1)的圆盖状，第三整流器(6)外径小于第四整流器(7)外径，第四整流器(7)的外径与壳体(8)内径吻合，所述的第四整流器(7)与壳体(8)螺接，第三、第四整流器(6、7)通过中间位置的连接孔用同一螺栓固接，过载保护弹簧(14)卡装在第三整流器(6)朝向导流套(1)的侧面；第三、第四整流器(6、7)上沿板面的圆心对称均匀布置多个流通流体的整流孔。

8.根据权利要求4所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的第一、第二整流器(2、3)通过中间位置的连接孔用同一螺栓固接，所述的第一整流器(2)与壳体(8)螺接。

9.根据权利要求6所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的受力阻流件(5)由片簧(10)与传感器(12)连接，片簧(10)沿流体前进方向叠加均匀布置多层，沿流体前进方向各片簧(10)尺寸减小，各片簧(10)上端平齐，下端越向流体下游越短。

10.根据权利要求2到9中任意一项所述的一种高精度宽量程流量计，其特征在于：所述的缺口位于导流套(1)中部的端面(101)呈60°斜向下、向下游方向的导流套(1)内腔直径最小的位置延伸，端面(101)下端与自由状态下受力阻流件(5)的前侧表面贴合，所述的受力阻流件(5)在自由状态下其边缘到导流套1喉部内壁环隙宽度为0.05～0.25mm；导流套(1)喉部的内腔直径与壳体8内腔直径的比为0.6～0.7∶1。

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