專(zhuān)利名稱(chēng)：渦流流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦流流量計(jì)，具體涉及到具有可對(duì)污濁流體進(jìn)行長(zhǎng)期、穩(wěn)定、高精度測(cè)量的渦流發(fā)生體的渦流流量計(jì)。
眾所周知，渦流流量計(jì)是一種使由渦流發(fā)生體流出的卡曼渦旋的發(fā)生頻率處于預(yù)定的雷諾數(shù)范圍內(nèi)，利用流量比例關(guān)系的推測(cè)型流量計(jì)，它大多采用具有由與流過(guò)被測(cè)流體的支管相接的主體，裝在主體內(nèi)的產(chǎn)生渦旋用的渦旋發(fā)生體，以及檢測(cè)由該渦旋發(fā)生體分離流出的渦旋的流量運(yùn)算顯示用的計(jì)數(shù)部構(gòu)成的簡(jiǎn)單形狀，沒(méi)有可動(dòng)部件的典型的推測(cè)型流量計(jì)。
渦流流量計(jì)的構(gòu)成簡(jiǎn)單，但從流量計(jì)的精度的角度上看，要求在較大的雷諾數(shù)范圍內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)定的渦旋有一定的比例常數(shù)(斯多羅哈爾數(shù))。因此，要根據(jù)產(chǎn)生立體卡曼渦旋的二元渦旋理論，近似地求出渦流發(fā)生狀態(tài)。作為其條件，其一是要確定與渦旋發(fā)生流的流動(dòng)成直角方向的幅度d相對(duì)于流管(主體)內(nèi)徑H的比d/H，另一個(gè)條件是確定渦旋發(fā)生體的剖面形狀。
流管內(nèi)徑H相對(duì)于與渦旋發(fā)生體的流動(dòng)成直角方向的寬度d的比d/H，通常為0.28。渦流發(fā)生體的剖面形狀，可為具有易于產(chǎn)生沿流動(dòng)方向容易分離的強(qiáng)力渦流的鋒利邊緣的矩形、三角形、板形、或是它們的組合。
具有這些剖面形狀的渦流發(fā)生體，均具有相當(dāng)?shù)淖枇ο禂?shù)。但是，反之，阻力系數(shù)較大的渦流發(fā)生體，未必在寬的雷諾數(shù)范圍內(nèi)具有恒定的斯多哈爾數(shù)，所以實(shí)際上要對(duì)種種形狀尺寸比，或上述形狀的變形的剖面形狀等進(jìn)行選擇。
渦流流量計(jì)是將渦流發(fā)生體兩端固定在流管(主體)內(nèi)的簡(jiǎn)單形狀，由于流動(dòng)方向的開(kāi)口面積較大，故可以用來(lái)作為測(cè)量污濁流體，比如說(shuō)含有微碳粒的粗制汽油等用的流量計(jì)。
在上述構(gòu)成的渦流流量計(jì)中，渦旋是因從渦旋發(fā)生體處形成，分離而產(chǎn)生的，渦旋的分離現(xiàn)象起初是不穩(wěn)定的。為了使渦旋的不穩(wěn)定狀態(tài)保持恒定，渦旋發(fā)生體的剖面形狀通常要保持一定。然而，原有的渦流發(fā)生體，為了能產(chǎn)生強(qiáng)力渦流，大多使用，比如說(shuō)呈矩形，等腰三角形等的流動(dòng)面為平面的發(fā)生體。因此，作為流動(dòng)面的渦旋發(fā)生體面處的動(dòng)壓比較大，在該壓力作用下，諸如粗制汽油中的游離碳粒等的污濁物質(zhì)的微粒會(huì)附著堆積在渦流發(fā)生體表面，這實(shí)質(zhì)上改變了渦流發(fā)生體的剖面形狀，改變了分離條件，從而會(huì)出現(xiàn)所謂儀表誤差特征變動(dòng)的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的是要提供一種渦流流量計(jì)，它具有渦旋發(fā)生體，即使在測(cè)量污濁流體流量時(shí)有污濁物質(zhì)附著在渦旋發(fā)生體，也能在較大流量范圍內(nèi)進(jìn)行高精度地流量計(jì)量。
由權(quán)利要求1限定的發(fā)明，是一種可由單位時(shí)間里由相對(duì)流管內(nèi)的流動(dòng)設(shè)置的渦旋發(fā)生體流出的渦旋數(shù)檢測(cè)出流量的渦流流量計(jì)，前述渦旋發(fā)生體的剖面形狀，相應(yīng)于流動(dòng)方向?qū)ΨQ(chēng)，且朝向中央部的尺寸較大，在最大寬度位置處，設(shè)有與流動(dòng)成直角方向的分離發(fā)生片，該分離發(fā)生片的流動(dòng)方向的剖面形狀，是與流動(dòng)成直角方向的長(zhǎng)度大體相同的矩形，或是前端側(cè)較短的梯形形狀。
由權(quán)利要求2限定的發(fā)明，是在權(quán)利要求1限定的發(fā)明中，使前述渦旋發(fā)生體的剖面形狀，具有位于上流側(cè)和下流側(cè)流動(dòng)中心軸上的頂點(diǎn)，將該頂點(diǎn)與流動(dòng)成直角方向的最大寬度處的兩端聯(lián)接起來(lái)成等腰三角形形狀。
由權(quán)利要求3限定的發(fā)明，是在權(quán)利要求1或2限定的發(fā)明中，使前述分離發(fā)生片的形狀，具有由上流側(cè)向與流動(dòng)方向成直角方向或是尾流側(cè)傾斜的鋒利邊緣，且尾流側(cè)具有由前端向尾端側(cè)延伸的突起。


圖1為說(shuō)明本發(fā)明的渦旋流量計(jì)的實(shí)施形態(tài)用的示意圖。
圖2為說(shuō)明本發(fā)明的渦流流量計(jì)中渦流發(fā)生體剖面形狀的其它實(shí)施形態(tài)用的示意圖。
圖3為說(shuō)明圖1所示的分離發(fā)生體的其它形狀用的示意圖。
圖4為本發(fā)明的渦流流量計(jì)的儀器誤差雷諾數(shù)的特性圖。
在附圖中參考標(biāo)號(hào)的含義為1……流管，2……渦旋發(fā)生體，3、4……分離發(fā)生片，5……保護(hù)筒，6……渦流流量計(jì)變換器，7……突起。
下面說(shuō)明實(shí)施例圖1為本發(fā)明的渦流流量計(jì)實(shí)施形態(tài)的說(shuō)明圖，圖1(A)為渦流流量計(jì)流動(dòng)方向的剖面圖，圖1(B)示出了沿箭頭B-B方向剖開(kāi)的渦旋發(fā)生體剖面的一個(gè)實(shí)例。在圖中，1為流管，2為渦旋發(fā)生體，3，4為分離發(fā)生片，5為保護(hù)筒，6為渦流流量計(jì)變換器。
圖1(A)中，渦流發(fā)生體2與流管1內(nèi)的流動(dòng)方向成直角配置的兩端被固定住。渦旋發(fā)生體2內(nèi)部裝有諸如檢測(cè)渦旋的渦旋傳感器。傳送渦旋傳感器信號(hào)的信號(hào)線(未示出)，通過(guò)裝在流管1外部的保護(hù)筒5內(nèi)部，與渦流流量計(jì)變換器6相連接，以進(jìn)行流體流量的顯示和遠(yuǎn)距離傳送等。
圖1(B)中，渦旋發(fā)生體2的剖面形狀，呈如ABCD所示的棱形，它相對(duì)于流體流動(dòng)的流管1的中心軸(X-X)對(duì)稱(chēng)形成相同形狀的三角形△DAB＝△DCB。
因此，棱形形狀A(yù)BCD由上流側(cè)具有頂點(diǎn)D的頂角為α的等腰三角形△DAC，和下流側(cè)具有頂點(diǎn)B的頂角為3的等腰三角形△BCA構(gòu)成，從而使兩等腰三角形的底邊AC，位于相對(duì)流動(dòng)方向?qū)挾茸畲蟮妮SY-Y位置處。而且，在寬度最大的等腰三角形底邊CA的延長(zhǎng)線上，即從Y-Y軸上的點(diǎn)A處，設(shè)有長(zhǎng)度為Y，在X-X軸的流動(dòng)方向上長(zhǎng)度為X的矩形的分離發(fā)生片3。同樣，與分離發(fā)生片3大小形狀相同的分離發(fā)生片4，由點(diǎn)C沿AC方向設(shè)置在軸Y-Y上。
具有如圖1(B)所示剖面形狀的渦旋發(fā)生體2，當(dāng)流體沿箭頭Q方向流入時(shí)，流體流經(jīng)邊DA，DC構(gòu)成的面，流經(jīng)分離發(fā)生片3，4的上流側(cè)面，在分離發(fā)生片3，4的拐角部分3a、4a處產(chǎn)生分離，從而交替產(chǎn)生穩(wěn)定的卡曼渦旋而流出。若不設(shè)置分離發(fā)生片3，4，但流入的流體與上述相類(lèi)似，渦旋在上述側(cè)點(diǎn)D分離，沿邊DA，DC構(gòu)成的面流動(dòng)，由于角∠DAB、角∠DCB較大，故小流量難以分離。而且，由于產(chǎn)生渦旋所需的循環(huán)流動(dòng)較小，故在流動(dòng)中不能產(chǎn)生具有在軸Y-Y方向上有預(yù)定振幅的正弦波狀流動(dòng)方式的流動(dòng)，從而不能作為穩(wěn)定的流量信號(hào)加以檢測(cè)。
分離發(fā)生片3、4是產(chǎn)生這種穩(wěn)定渦旋所不可缺少的，而且當(dāng)流體為污濁流體時(shí)，流經(jīng)傾斜斜面DA，DC的流體，將沿分離發(fā)生片3、4的上流側(cè)面向外側(cè)流動(dòng)。這一流動(dòng)的結(jié)果，將使包含在流體中的污濁物質(zhì)，在流動(dòng)中不可能堆積在產(chǎn)生穩(wěn)定渦流所不能缺少的分離發(fā)生片3、4的上流側(cè)面，以及分離流動(dòng)的角部3a，4a部分處，所以即使為污濁流體，也能長(zhǎng)期穩(wěn)定地測(cè)量其流量。另外，在圖1中的渦旋發(fā)生體2的剖面形狀為其尾流側(cè)較長(zhǎng)的棱形，但并不限于這種形狀。而且，其中的頂角∠ADC，∠ABC為銳角，但也不限于此。
圖2為本發(fā)明渦流流量計(jì)的渦旋發(fā)生體剖面形狀的其它實(shí)施形態(tài)的說(shuō)明圖，圖2(A)示出了圖1(B)所示棱形渦旋發(fā)生體的又一實(shí)例，圖2(B)示出了圖1(B)所示棱形剖面的渦旋發(fā)生體的再一實(shí)例，圖2(C)示出了橢圓剖面的渦旋發(fā)生體的一個(gè)實(shí)例，與圖1中所用相同的部分，賦子與圖1中相同的參考標(biāo)號(hào)。
圖2(A)所示的渦旋發(fā)生體，對(duì)圖1(B)所示的渦旋發(fā)生體的剖面形狀尺寸比d/H作了改變，剖面形狀為AD/CB的渦旋發(fā)生體，相對(duì)于分界線AC的上流側(cè)和下流側(cè)的形狀相同。即上流側(cè)以點(diǎn)D1為頂點(diǎn)的等腰三角形△AD1C，下流側(cè)以點(diǎn)B為頂點(diǎn)的等腰三角形，構(gòu)成為△AD1C＝△ABC的棱形形狀。這時(shí)，由于上流側(cè)和下流側(cè)的形狀相同，故可以正確地計(jì)量由正反兩方面流動(dòng)的流體，而且由于污濁物質(zhì)不會(huì)附著在分離發(fā)生片3、4的上下流側(cè)的面上，故可以穩(wěn)定地進(jìn)行流量計(jì)量。而且，剖面形狀為AD2CB的渦旋發(fā)生體的頂角δ1為鈍角，即∠AD2C＞∠ABC。
圖2(B)所示的渦旋發(fā)生體，是使圖2(A)所示的渦旋發(fā)生體的棱形剖面形狀的流入側(cè)、流出側(cè)，以及流動(dòng)方向的最大寬度部分的頂部呈平板狀，而大體呈棱形。剖面形狀A(yù)1D3D4C1C2B1B2A2相對(duì)于軸Y-Y成對(duì)稱(chēng)形狀，朝流動(dòng)方向的頂點(diǎn)部分D3D4，尾流側(cè)的頂點(diǎn)部分B1B2均為平面，最大寬度部分A1A2和C1C2與流動(dòng)平行的面，所以這時(shí)，可以用同一測(cè)量常數(shù)測(cè)量正反兩方向的流量。當(dāng)剖面形狀A(yù)1D5D6C1C2B1B2A2的流入側(cè)頂角δ2為鈍角時(shí)，無(wú)論怎樣污濁物質(zhì)均不會(huì)附著在分離發(fā)生片3，4的流動(dòng)側(cè)面上。
圖2(C)所示的渦旋發(fā)生體的剖面形狀呈橢圓狀，剖面形狀A(yù)D7CB3A相對(duì)于軸Y-Y為上、下流側(cè)對(duì)稱(chēng)，故可用同一計(jì)量常數(shù)測(cè)量正反兩方向的流量，且由于剖面形狀A(yù)D8CB3相對(duì)于軸Y-Y為不對(duì)稱(chēng)的剖面形狀，故污濁物質(zhì)不會(huì)附著在分離發(fā)生片3、4上。
圖2(A)、圖2(B)、圖2(C)所示的渦旋發(fā)生體形狀雖不同，但它們均具有圖1所示渦流流量計(jì)的特征，故均屬于本發(fā)明。而且，本發(fā)明的渦流流量計(jì)中的渦旋發(fā)生體2，不使污濁物質(zhì)附著在分離發(fā)生片3、4上，使污濁流體向外部流出，在長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量污濁流體的流量時(shí)也不會(huì)改變其初始狀態(tài)，從而是可進(jìn)行穩(wěn)定測(cè)定的主要部件，但它并不僅限于圖1(B)所示的矩形斷面形狀，也可為可獲得同樣效果其它形狀。
圖3為說(shuō)明圖1所示的分離發(fā)生片的其它形狀的示意圖，圖3(A)表示的為梯形形狀，圖3(B)、圖3(C)表示的為圖3(A)的梯形形狀的變形形狀，在圖中，7、7a為突起。
圖3(A)所示的分離發(fā)生片3-1呈梯形形狀，渦旋發(fā)生體的頂點(diǎn)A側(cè)沿流動(dòng)方向的寬度，大于其頂端的沿流動(dòng)方向的寬度。作為分離部分的角部3-1a為鈍角，有鋒利邊緣，故可進(jìn)行穩(wěn)定的分離。
圖3(B)所示的分離發(fā)生片3-2，設(shè)有由矩形或梯形形狀的頂端朝向尾流側(cè)的、上表面呈直線狀而下表面呈園弧狀的突起7，但上流側(cè)面的角部3-2a仍為鋒利邊緣，故不會(huì)影響到分離效果，可消除污濁物質(zhì)的附著。
圖3(C)所示的分離發(fā)生片3-3，與圖3(B)所示的分離發(fā)生片3-2相類(lèi)似，亦呈上流角部3-3a為鋒利邊緣的矩形或梯形形狀，且在頂端有由向尾流側(cè)突起的突起7a，突起7a的形狀呈下表面朝向尾流頂端具有一定的傾斜角的三角型，它與圖3(B)分離發(fā)生片3-2相類(lèi)似，即不會(huì)影響分離效果，且可防止污濁物質(zhì)附著。
圖4為本發(fā)明的渦流流量計(jì)的儀器誤差雷諾數(shù)特征圖，橫軸表示雷諾(Re)數(shù)及流量(m3/h)，縱軸表示儀器誤差E(％)，儀表誤差為與流量讀出值相對(duì)應(yīng)的值，試驗(yàn)流體為汽油。渦旋發(fā)生體的剖面形狀，為圖2(B)所示的剖面為A1D3D4C1C2B1B2A的基本上呈棱形的形狀。
如圖4所示，分析儀器誤差(E)-雷諾(Re)數(shù)特性時(shí)可知，當(dāng)Re數(shù)在大約6.5×104～106(流量為3～48m3/h，流量比為16)的范圍內(nèi)時(shí)，儀器誤差在±0.3％以?xún)?nèi)，與市售的常規(guī)渦流流量計(jì)，在5～50m3/h(流量比為10)的流量范圍內(nèi)的誤差在±1％以?xún)?nèi)相比，雖從儀器誤差角度看難以簡(jiǎn)單比較，但流量范圍擴(kuò)大了60％，故儀器誤差改善了許多。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行也不會(huì)附著有殘留碳粒等的污濁粒子，故儀器誤差特性的變化相當(dāng)小。
與權(quán)利要求1對(duì)應(yīng)的效果為由于它是一種可在單位時(shí)間里由相對(duì)流管內(nèi)的流動(dòng)設(shè)置的渦旋發(fā)生體流出的渦旋數(shù)檢測(cè)出流量的渦流流量計(jì)，且前述渦旋發(fā)生體的剖面形狀相應(yīng)于流動(dòng)方向成對(duì)稱(chēng)，且朝向中央部的尺寸較大，在最大寬度位置處，設(shè)有與流動(dòng)成直角方向的分離發(fā)生片，該分離發(fā)生片沿流動(dòng)方向的剖面形狀，呈與流動(dòng)成直角方向的長(zhǎng)度大體相同的矩形，或是頂端側(cè)較短的梯形形狀，而且由于可利用傾斜流動(dòng)的流動(dòng)體作用，可使流體中的污濁物質(zhì)不附著在渦流分離部分而流動(dòng)，所以通常分離條件恒定，可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地測(cè)量污濁流體。
與權(quán)利要求2對(duì)應(yīng)的效果為由于它是在權(quán)利要求1限定的發(fā)明中，還使前述渦旋發(fā)生體的剖面形狀，具有位于上流側(cè)和下流側(cè)的流動(dòng)中心軸上的頂點(diǎn)，該頂點(diǎn)與與流動(dòng)成直角方向的最大寬度處的兩端，聯(lián)接成等腰三角形形狀，而且由于它能更好的利用流過(guò)分離發(fā)生片的流體產(chǎn)生的效果，故它比權(quán)利要求1的效果更好。
與權(quán)利要求3對(duì)應(yīng)的效果為由于它是在權(quán)利要求1或2限定的發(fā)明中，還使前述分離發(fā)生片的形狀，具有由上流側(cè)向與流動(dòng)方向成直角方向或是尾流側(cè)傾斜的鋒利邊緣，且尾流側(cè)具有由前端向尾流側(cè)延伸的突起，而且由于它可利用傾斜流動(dòng)的流體的作用，使流體中的污濁物質(zhì)不附著在渦流分離部分而流動(dòng)，所以通常分離條件恒定，從而可以長(zhǎng)期穩(wěn)定地測(cè)量污濁流體。
權(quán)利要求
1.一種可由單位時(shí)間里由相對(duì)流管內(nèi)的流動(dòng)設(shè)置的渦流發(fā)生體流出的渦旋數(shù)檢測(cè)出流量的渦流流量計(jì)，其特征在于前述渦旋發(fā)生體的剖面形狀，呈相應(yīng)于流動(dòng)方向?qū)ΨQ(chēng)，且朝向中央部的尺寸較大，在最大寬度位置處，設(shè)有與流動(dòng)成直角方向的分離發(fā)生片，該分離發(fā)生片沿流動(dòng)方向的剖面形狀，呈與流動(dòng)成直角方向的長(zhǎng)度大體相同的矩形，或是頂端側(cè)較短的梯形形狀。
2.如權(quán)利要求1所述的渦流流量計(jì)，其特征在于前述渦流發(fā)生體的剖面形狀，具有位于上流側(cè)和下流側(cè)的在流動(dòng)中心軸上的頂點(diǎn)，該頂點(diǎn)和流動(dòng)成直角方向的最大寬度處的兩端，聯(lián)接成等腰三角形形狀。
3.如權(quán)利要求1或2所述的渦流流量計(jì)，其特征在于前述分離發(fā)生片的形狀，具有由上流側(cè)向與流動(dòng)方向成直角方向或是尾流側(cè)傾斜的鋒利邊緣，且尾流側(cè)具有由前端向尾流側(cè)延伸的突起。
全文摘要
本發(fā)明提供了即使在測(cè)量污濁流體時(shí)也不會(huì)使污濁物質(zhì)附著在渦流發(fā)生體上，從而不會(huì)使儀器誤差特性不穩(wěn)定的渦流流量計(jì)。本發(fā)明的渦旋發(fā)生體2的剖面形狀，相對(duì)于流動(dòng)方向的軸X-X對(duì)稱(chēng)，朝向中央部的寬度較大，且在最大寬度AC的位置處，還設(shè)有在與流動(dòng)成直角方向的長(zhǎng)度為y，在流動(dòng)方向的寬度為X的突起形成的分離發(fā)生片3，4，渦流發(fā)生體2的斜面DA，DC構(gòu)成的面形成的頂角為α，所以可使污濁物質(zhì)不附著在分離發(fā)生片3，4處，從而可長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定地測(cè)量污濁流體的流量。
文檔編號(hào)G01F1/32GK1164022SQ96121350
公開(kāi)日1997年11月5日 申請(qǐng)日期1996年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月22日
發(fā)明者中津清二, 谷本淳 申請(qǐng)人:株式會(huì)社橢圓