專利名稱：流體流調(diào)節(jié)方法及流體流調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種調(diào)節(jié)從一第一區(qū)域流向位于所述第一區(qū)域下游的一第二區(qū)域的流體流調(diào)節(jié)方法以及相對于所述流體流動方向設(shè)置在一個流體體積測定裝置上游的流體流調(diào)節(jié)器。
眾周周知，可將一個流調(diào)節(jié)器設(shè)置在一個包括測量組在內(nèi)的流體體積測定裝置的上游，使所述流的速度分布均勻，并消除其中的渦流結(jié)構(gòu)，從而不論調(diào)節(jié)器入口的流動特性和流的流量特性如何，都使所述流在該裝置的入口處具有相同的特性。
當(dāng)裝置為靜止式時，也就是說，當(dāng)所述裝置的測量組沒有使用運(yùn)動件(如在傳統(tǒng)的渦輪裝置、螺旋槳裝置或薄膜裝置中)時，特別推薦使用流調(diào)節(jié)器。因此，當(dāng)測量組是流體振蕩器或當(dāng)測量組包括一個測量管道以及至少兩個超聲轉(zhuǎn)換器(在上述兩個轉(zhuǎn)換器之間以及在至少一部分所述的測量管道上限定出一個超聲測量路徑)時，流調(diào)節(jié)器通常是獨立的。
因為這一類裝置由于例如閥門或彎頭的緣故而對流體流上游產(chǎn)生的干擾非常敏感，干擾例如是流傳播的速度的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)造成測量誤差很大。
根據(jù)英國專利申請n°2235064知道一種流調(diào)節(jié)器，這種調(diào)節(jié)器為設(shè)置在測量組上游管道中的板式形狀，在其朝向流的那個面上帶有與所述流動平行的軸孔。這種調(diào)節(jié)器可以消除流中的渦流結(jié)構(gòu)，并使流的速度分布均勻。
但是，這種調(diào)節(jié)器的缺陷在于增大了壓力損失，如果希望以最小的壓力損失測定小口徑管道中的流體的體積時，這是非常不利的。
此外不管如何，在所述流調(diào)節(jié)器的下游，這種調(diào)節(jié)器還產(chǎn)生影響流體體積測定的渦流，經(jīng)過一段時間以后該調(diào)節(jié)器易被堵塞。
堵塞調(diào)節(jié)器不可避免地造成調(diào)節(jié)器的性能降低，并增大壓力損失。
另外，為了有效地消除流體流中的渦流結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)將這種調(diào)節(jié)器設(shè)置在距離測量組上游足夠遠(yuǎn)的地方，這也就出現(xiàn)了緊湊性問題。
所知的另一種流調(diào)節(jié)器被設(shè)置在例如歐洲專利申請n°0503462中所述的那種流體振蕩器的上游，該流體振蕩器相對于縱向?qū)ΨQ平面對稱設(shè)置。
該專利申請描述的測量裝置包括一個大尺寸的第一腔室，流體流在該腔室中與對稱面垂直地流動，并使所述流的通道截面有一個突然增加。
這種裝置還有一個流的匯聚形出口，該出口位于縱向?qū)ΨQ平面中，它與構(gòu)成流體振蕩器的第二腔室相通。
流調(diào)節(jié)器有一個半圓形壁，該壁相對于縱向?qū)ΨQ平面對稱，它的凹部處在匯聚部的對面，該流調(diào)節(jié)器還有若干圍繞匯聚部的壁。
流調(diào)節(jié)器與圍繞匯聚部的壁一起構(gòu)成了兩個相對于縱向?qū)ΨQ平面對稱的通道，這兩個通道包括第一匯聚部和第二擴(kuò)散部，該擴(kuò)散部為流體流的回流區(qū)域。每一個通道均接受流體流的一部分，在兩部分混合和進(jìn)入?yún)R聚部以前先使其加速，然后使其減速。
當(dāng)?shù)谝磺皇抑械牧黧w入口相對于縱向?qū)ΨQ平面偏移時，進(jìn)入所述腔室的流相對于縱向?qū)ΨQ平面非對稱地分布。
對于較大的流量，在流體振蕩器中也可能出現(xiàn)流的這種非對稱性，因此會改變振蕩頻率，這就會影響流體體積的測量。另外，每一個通道中的擴(kuò)散部會造成流調(diào)節(jié)器中的附加壓力損失，這有可能不利于某些應(yīng)用。
本發(fā)明就在于調(diào)節(jié)從第一區(qū)域流向位于所述第一區(qū)域下游的第二區(qū)域的流體流，同時使壓力損失很小，并且在第二區(qū)域入口處產(chǎn)生的流動特性與第一區(qū)域的流動特性無關(guān)。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)節(jié)從第一區(qū)域流向位于該第一區(qū)域下游的第二區(qū)域的流體流的方法，其特征在于所述方法包括-沿縱向引導(dǎo)來自第一區(qū)域的所述流；-增大所述流的通道截面；-使所述撞擊面上的所述流沿著與縱向流動方向基本橫向的方向分流；-使相對于縱向流動方向?qū)ΨQ的分流所得的支流在從分流處到第二區(qū)域的規(guī)定長度上集流，而且不使其減速；-在至少一部分所述規(guī)定長度上對支流加速；-使流混合，以便在第二區(qū)域獲得經(jīng)調(diào)節(jié)的流體流。
根據(jù)本發(fā)明，使縱向引導(dǎo)的流體流的通道截面增大，該流體在與該方向基本垂直的撞擊面上分流，這可消除所述流沿縱向的平均速度，使該速度根據(jù)動量守恒定律轉(zhuǎn)換成橫向分量。
此外，本發(fā)明方法建立了穩(wěn)定的支流分布，避免了所有流振蕩。這樣，支流就可以消除流中的渦流結(jié)構(gòu)，通常還可以控制流的動量。
然后分流的流體流相對于縱向流動方向在從分流處到第二區(qū)域的規(guī)定長度上對稱地集流在一起。至少在一部分該規(guī)定長度上，該流在相對于分流以前流所具有的縱向方向?qū)ΨQ地加速，以便在所述支流中具有更均勻的速度分布。尤其重要的是支流在集流時沒有減速。當(dāng)通道截面增大或所述流動通道上出現(xiàn)阻擋物時就會發(fā)生這種減速。
因為，這種減速會造成壓力損失，并會改變支流中的速度分布，這對流體的調(diào)節(jié)效率是有害的。
然后分流和加速了的流進(jìn)入到緊靠第二區(qū)域的上游區(qū)域，它的作用在于混合所述支流。該區(qū)域可以在調(diào)節(jié)的流尚未進(jìn)入到所述第二區(qū)域之前把局部渦流程度和各支流的平均速度調(diào)節(jié)到穩(wěn)定值。
還有一點很重要，在混合時流并未減速。
根據(jù)本方法的一個特征，可以在集流步驟的部分規(guī)定長度或在全長上使緊靠分流區(qū)域下游的各支流加速。
根據(jù)本發(fā)明的另一有利特征，縱向引導(dǎo)的流體流通過的通道截面突然增大，其作用在于產(chǎn)生與所述截面增大的通道相垂直的流回流現(xiàn)象，所述截面增大的通道位于緊靠分流區(qū)域的下游處。
流體流在撞擊面上分流以前，這種回流現(xiàn)象提取其一部分動量，這有助于受控地改變所述流周圍的動力狀況。
此外，最好在一出現(xiàn)流回流現(xiàn)象時就同時使各支流加速。
當(dāng)在垂直于截面增大的通道處出現(xiàn)流體流回流現(xiàn)象時，一出現(xiàn)此回流現(xiàn)象就同時使各支流加速可以穩(wěn)定住所述現(xiàn)象。
在集流步驟期間，要使各支流流入分流區(qū)域下游的彎頭中。
垂直于該彎頭的各支流也可以同時加速。
在混合步驟期間，當(dāng)對流體流加速時，還可以改善調(diào)節(jié)效率。本發(fā)明的流體調(diào)節(jié)作用在于使流入到第二區(qū)域中的流的特性與第一區(qū)域中的流的特性無關(guān)。
本發(fā)明的目的還在于提供一種包括一個流體流入口和一個流體流出口的流體流調(diào)節(jié)器，其特征在于所述調(diào)節(jié)器相對于縱向?qū)ΨQ平面(P)對稱設(shè)置，所述入口和出口均在該平面中，其特征還在于該調(diào)節(jié)器包括-一個與所述入口相連的腔室，該腔室的一部分由一個方向基本在一個橫向平面內(nèi)的撞擊面限定，流在該撞擊面上分流，所述撞擊面對著所述入口；-直至調(diào)節(jié)器出口的支流的集流裝置，它包括至少兩個將所述支流引向一個混合區(qū)域的通道，混合區(qū)域處于緊靠所述出口的上游，所述集流裝置含有至少一個匯聚部，并不使該流減速；選擇調(diào)節(jié)器的入口和撞擊面之間的距離以及集流裝置中為流提供的截面相對于所述調(diào)節(jié)器入口的大小，使流體流直至所述撞擊面均為縱向流動，而且在腔室中不振蕩。該調(diào)節(jié)器按上述方式運(yùn)行。
該調(diào)節(jié)器可以消除渦流結(jié)構(gòu)，避免流動流速的不均勻分布。
由于本發(fā)明的流調(diào)節(jié)器相對于縱向?qū)ΨQ平面(P)對稱，又因為具有混合區(qū)域，所以各支流具有大體相等的壓力損失，因此各支流在各通道中的分布基本相同，這有助于各支流具有均勻的速度分布。
此外，本發(fā)明的流調(diào)節(jié)器處的壓力損失受控且比已有技術(shù)的調(diào)節(jié)器的壓力損失小。
考慮到集流裝置具有至少一個集流部分，而且直至調(diào)節(jié)器的出口都不使流減速，也就是說，支流至少在一部分所述集流裝置的長度上加速，這就可以使流在向下游流動時具有均勻的速度分布。
流加速不僅有利于調(diào)節(jié)器的效率，也有利于調(diào)節(jié)器的緊湊性。
流也可以在集流裝置的整個長度上連續(xù)加速。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，匯聚部可以直接與流流入的腔室相連，這樣流體流剛分流后就可以加速。
集流裝置有一個位于匯聚部下游的截面恒定的通道部分，該通道部分用于使各支流集流到調(diào)節(jié)器的出口。
根據(jù)本發(fā)明的另一個特征，流調(diào)節(jié)器的集流裝置有一個未與所述腔室直接相連的匯聚部。也可以把該匯聚部連接到直接與所述腔室相連的匯聚部上，以便更好地分配可以使支流加速的通道區(qū)域。
支流的匯聚裝置包括至少一個彎頭，它主要用來將相應(yīng)的支流引向調(diào)節(jié)器的出口。
彎頭最好在匯聚部內(nèi)，以便使本發(fā)明的流調(diào)節(jié)器更加緊湊。
集流裝置例如可以有兩個倒凹形率頭，甚至有兩個以上的彎頭。
具有連續(xù)兩個彎頭的結(jié)構(gòu)所提供的堵塞要比只有一個彎頭的小。
最好所述腔室為來自入口的流體流提供一個突然增大的通道截面，目的在于產(chǎn)生與所述截面增大的通道相垂直的流體流回流現(xiàn)象，這正如上面所描述的那樣。
該特征可以增加本發(fā)明流調(diào)節(jié)器的效率。
根據(jù)本發(fā)明的其它特征-調(diào)節(jié)器入口和撞擊面之間的距離小于所述入口的直徑的四倍，集流裝置的最小通道截面比所述入口的截面小，-集流裝置的最小通道截面至少等于所述調(diào)節(jié)器出口通道截面的兩倍；-所述調(diào)節(jié)器的入口和出口之間的尺寸是調(diào)節(jié)器入口通道直徑的1至5倍；-調(diào)節(jié)器的橫向尺寸是調(diào)節(jié)器入口通道直徑的1.5至5倍。這種尺寸可以穩(wěn)定住與截面突然增大的通道相垂直的流的回流現(xiàn)象。
-調(diào)節(jié)器有一個連接所述調(diào)節(jié)器的入口和出口的外罩以及設(shè)置在所述外罩內(nèi)的阻擋物；-阻擋物的前表面的至少部分地形成所述調(diào)節(jié)器的撞擊面；-調(diào)節(jié)器的入口和出口在一條直線上。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例-外罩和阻擋物分別具有一個內(nèi)表面和一個外表面，所述內(nèi)外表面之間形成兩個圍繞該阻擋物的側(cè)向通道；-阻擋物由一個芯件和兩個側(cè)部組成，所述側(cè)部從所述的芯件起相對于縱向?qū)ΨQ平面P基本作橫向延伸；-各個側(cè)部與對面的外罩的一部分構(gòu)成對應(yīng)支流的第一彎頭以及一個直接與所述腔室相連而且包括所述彎頭在內(nèi)的匯聚部；-各個側(cè)部均為例如葉片狀；-每個葉片從芯件為起為擴(kuò)口形，該擴(kuò)口終止于凸起的外表面一端；-凸起的外表面的外形為半徑為R1的圓形，該半徑為調(diào)節(jié)器入口直徑的0.1至3.5倍；-與每個側(cè)部的凸起外表面相對的外罩的一部分的內(nèi)表面為凹形；
-凹的內(nèi)表面的外形為半徑為R2的圓形，該半徑為調(diào)節(jié)器入口直徑的0.3至4倍；-半徑分別為R1和R2的圓的各自的圓心為O1和O2，所述的圓心O1和O2在一條與縱向?qū)ΨQ平面P平行、與阻擋物前表面垂直的直線上，這兩個圓心彼此間相隔的距離小于調(diào)節(jié)器入口的直徑；-芯件的后部與對面外罩的一部分共同限定出一個對應(yīng)支流的第二彎頭；-所述后部是例如V形。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，調(diào)節(jié)器繞流體流的縱向方向旋轉(zhuǎn)對稱，在該調(diào)節(jié)器中，外罩和阻擋物各自均有一個內(nèi)表面和一個外表面，所述內(nèi)外表面之間形成單一的一個繞著所述阻擋物的通道，至少兩個元件處在這兩個表面之間的與所述入口相隔一定距離的地方，以便把所述通道的一部分分成兩個大小相同的通道。
本發(fā)明的調(diào)節(jié)器可以適用于氣體和水，甚至適用于象機(jī)動車用的碳?xì)淙剂弦活惖牧黧w。
本發(fā)明的目的還在于提供流體流體積測定裝置，該裝置包括一個測量組以及一個如上所述的流調(diào)節(jié)器，該調(diào)節(jié)器相對于流體流動方向位于所述測量組的上游。測量組與流調(diào)節(jié)器在一條直線上。
根據(jù)該裝置的具體特征-測量組是一個流體振蕩器；-測量組包括至少一個橫截面為平行六面體的測量管道和至少兩個超聲變換器，在這兩個變換器之間和在一部分所述的測量管道上限定出一個超聲測量路徑。
-本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將通過參照附圖對非限定性實施例的描述變得更加清楚，其中

圖1為本發(fā)明第一個實施例的流調(diào)節(jié)器的俯視圖；圖2為圖1所示流調(diào)節(jié)器的透視圖，該調(diào)節(jié)器設(shè)置在已有技術(shù)的流體振蕩器的上游；圖2a為圖1和2所示的本發(fā)明實施例的第一種變形的流調(diào)節(jié)器的透視圖；圖2b說明了圖1所示的流調(diào)節(jié)器的運(yùn)行情況；
圖3為圖1和2所示的本發(fā)明實施例的第二種變形的流調(diào)節(jié)器的俯視圖；圖4為圖1和2所示的本發(fā)明實施例的第三種變形的流調(diào)節(jié)器的俯視圖；圖5為圖1和2所示的本發(fā)明實施例的第四種變形的流調(diào)節(jié)器的俯視圖；圖6是圖5所示的流調(diào)節(jié)器按箭頭A所看到的示意圖；圖7為本發(fā)明第二個實施例的流調(diào)節(jié)器的俯視圖；圖8是圖7所示的流調(diào)節(jié)器按箭頭B所看到的示意圖；圖9為圖1所示流調(diào)節(jié)器的俯視圖，該圖中表示了當(dāng)所述調(diào)節(jié)器入口處的所述流具有均勻速度分布的剖面時流的速度場分布；圖10為圖1所示流調(diào)節(jié)器的俯視圖，該圖中表示了當(dāng)所述調(diào)節(jié)器入口處的所述流具有均勻速度分布的剖面時流的速度場分布；圖11表示氣量計得到的兩條校準(zhǔn)曲線(◇，+)，氣量計包括一個例如圖2所示的流體振蕩器，沒有采用本發(fā)明的流調(diào)節(jié)器，這兩條曲線分別是在流具有圖9所示和圖10所示的剖面時求得的；圖12表示氣量計得到的兩條校準(zhǔn)曲線(◇，+)，氣量計包括一個例如圖2所示的流體振蕩器以及本發(fā)明的流調(diào)節(jié)器，分別對應(yīng)于圖9所示和圖10所示的流的剖面。
如圖1和圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的第一個實施例，流體流調(diào)節(jié)器10包括所述流的一個入口12和一個出口14。流調(diào)節(jié)器10的出口14連接在一個包括一個測量組2的流體體積測定裝置的下游，該測量組2為例如法國專利申請n°9205301中所描述的那種流體振蕩器。
一方面，入口12和出口14均是設(shè)置在同一平面P上，該平面P為流調(diào)節(jié)器的縱向?qū)ΨQ平面，另一方面，入口和出口沿著流的縱向方向?qū)R，該流體縱向方向是由所述入口給予所述流體的方向，而且該方向總是在所述平面P內(nèi)。入口12的通道截面為流提供軸對稱特性，其形狀例如是圖2所示的圓形。
也可以提供一入口，其通道截面為流提供二維特征，它的形狀例如為矩形。
出口14為通道截面是矩形的槽，該槽為流提供了二維特性。
流體振蕩器相對于對稱平面P也是對稱的，這就可以繼續(xù)保留經(jīng)調(diào)節(jié)的流體流特性，而不會增加附加干擾，例如由設(shè)置在調(diào)節(jié)器出口和流體振蕩器之間的彎頭引起的干擾。
調(diào)節(jié)器10還有一個將入口12和出口14相連的外罩16以及一個設(shè)置在入口和出口之間的外罩內(nèi)的阻擋物18。
與入口12相連的腔室20處在外罩16中，用來接收來自所述入口的流體流。
阻擋物18由一個芯件22組成，該芯件的前表面22a與縱向?qū)ΨQ平面P垂直，該前表面在橫向平面P1中面對著入口12。
在圖1和2所示的實施例中，阻擋物18的前表面22a與入口12所限定的縱向流動方向垂直，該前表面也稱作撞擊面。
該撞擊面22a是平面，但應(yīng)當(dāng)注意的是所述的阻擋面例如可以稍凸或稍凹，然而這并不影響流調(diào)節(jié)器10的效率。
在入口12和阻擋物18的前表面22a之間限定出腔室20。
如圖2所示，外罩16有一個內(nèi)表面16a，而阻擋物18有一個外表面23，這兩個表面之間形成了兩個對稱通道28、30，這兩個通道圍繞所述阻擋物，并使腔室20與流調(diào)節(jié)器10的出口14相連通。
還需注意的是阻擋物18對于實施本發(fā)明來說并不是必須的。
因為如圖2a所示，可以看到只有兩個和圖1及2的通道28及30相同的通道，這兩個通道從入口12延伸到出口14，但省去了所述通道之間的阻擋物。圖2a以與圖2相同的傾斜角度圖示出了從外面看到的流調(diào)節(jié)器的透視示意圖，在該圖中，空間11代替了通道之間的阻擋物。
如圖1和圖2所示，阻擋物也是由兩個側(cè)部24、26構(gòu)成，這兩個側(cè)部均為葉片狀，它們主要從芯部22開始沿著相對于對稱平面P為橫向的方向延伸。每個葉片的形狀均是從芯部22開始稍微擴(kuò)大，并結(jié)束于外表面為凸起并且例如是圓形的端面。
阻擋物18的各個葉片形側(cè)部24、26與對面的外罩16的一部分構(gòu)成流的第一彎頭17、19，它們的凹部朝向?qū)ΨQ平面P。
每個葉片形側(cè)部24、26的各個圓形凸起端面的半徑R1為調(diào)節(jié)器10的入口12的直徑的0.1至3.5倍，例如是所述入口直徑的0.45倍(圖1)。
形成第一彎頭17、19的凹部的外罩16的內(nèi)表面部分16a為圓形，其半徑R2為調(diào)節(jié)器10的入口12的直徑的0.3至4倍，例如是所述入口直徑的0.35倍。
上述各圓的圓心O1和O2位于與對稱平面P相平行的平面的一條直線上，并且在圖1所示的平面中。這兩個圓心之間的距離可以選擇第一彎頭17、19中所希望得到的匯聚度。圓心O1和O2之間的距離小于調(diào)節(jié)器的入口12的一倍，例如等于該直徑的0.05倍。
應(yīng)注意的是這兩個圓心O1和O2可以重合。
阻擋物18的芯件22具有一個后部22b，該后部與對面的外罩18的一部分構(gòu)成流的第二彎頭25、27，其凹部與第一彎頭的凹部17、19反向。
阻擋物18的芯件22的后部22b為例如V形，其頂端對著流調(diào)節(jié)器的出口14。
每個通道28、30為流提供的通道截面自所述通道入口到流調(diào)節(jié)器出口14變小，這表示流過各個通道28、30的流在至少一部分所述通道中加速。
如圖1所示，各個通道28、30有一個匯聚部28a、30a，該匯聚部直接與腔室20相連，且第一彎頭17、19位于匯聚部中，在所述通道入口處的匯聚度要比所述彎頭中的匯聚度大。
在第一彎頭17、19的出口中，每個通道有一部分28b、30b，其通道截面為恒定，該部分通道位于匯聚部28a、30a和所述混合區(qū)域32之間，該混合區(qū)域32緊靠在調(diào)節(jié)器出口14的上游處，以便使兩個通道28、30相連。
首先該通道部分28b、30b為垂直于縱向?qū)ΨQ平面P的直線形，而且其通道截面是恒定的，其次該通道部分構(gòu)成急轉(zhuǎn)彎頭25、27，它的通道截面在所述平面P的方向上直至混合區(qū)域32均為恒定的直線形。
要選擇各個通道的最小通道截面，其截面至少等于調(diào)節(jié)器出口14的通道截面，例如等于所述通道截面的1.5倍。因為，這足以使流匯聚，在調(diào)節(jié)器出口獲得盡可能最均勻的速度分布。
根據(jù)圖3所示的第二個變形(在該圖中只有通道標(biāo)號作了改變)，可以只在調(diào)節(jié)器中設(shè)置一個彎頭17、19，彎頭的延伸小于180°，這樣各個通道34、36的后部34b、36b直至混合區(qū)域32都為直線形。
圖4所示的是調(diào)節(jié)器第三個實施變形，其中只有通道的標(biāo)號作了改變，且其中每個通道包括一個未與腔室20直接相連的匯聚部。在該圖中，各個通道40、42有一個與縱向?qū)ΨQ平面P垂直的第一直線部40a、42a，該直線部從腔室20延伸到第一彎頭17、19。第二匯聚部40b、42b從所述彎頭17、19的入口開始，終止于該彎頭的出口。各個通道40、42的第三部分(也就是最后部分)40c、42c的總體形狀與已結(jié)合圖1所述的第二部分28b、30b相同。
但是，在該變形中，各個通道的通道截面尺寸要比圖1所示的流調(diào)節(jié)器的尺寸小，這樣調(diào)節(jié)器就可以保持它的效率。然而，由該實施變形引起的壓力損失要稍大于圖1所示流調(diào)節(jié)器的壓力損失。
根據(jù)圖1所示的實施例的另一個未在圖中示出的變形，各個通道的通道截面在整個長度上連續(xù)減小。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，通道在其入口處的匯聚度，也就是說在緊靠腔室20下游處的匯聚度不如圖1的調(diào)節(jié)器的明顯。
根據(jù)再一個在圖中未示出的變形，第一彎頭17、19沒有匯聚形狀，而匯聚區(qū)域可以在腔室20和所述第一彎頭之間，也可以在第一彎頭和調(diào)節(jié)器的出口之間，也可以同時在這兩個部位處。
為了使流體流從調(diào)節(jié)器的入口到撞擊面呈縱向，并使流體流在腔室20中不振蕩，應(yīng)當(dāng)合適地選擇所述調(diào)節(jié)器10的入口12和撞擊面22a之間的距離以及各個通道28、30的通道截面相對于所述入口的尺寸大小。
這樣，本申請人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)所選擇的上面所定義的距離小于入口直徑的四倍，并且各個通道的最小通道截面小于所述入口截面的一半時，調(diào)節(jié)器的效率特別明顯。但必須注意的是，只要選擇各個通道的最小通道截面嚴(yán)格小于入口截面的一半，也可采用大于上述距離的距離來實施流調(diào)節(jié)器。反之，如果各個通道的最小通道截面大于入口截面的一半時，選擇的入口和撞擊面之間的距離必須小于入口12的直徑的四倍。
例如，調(diào)節(jié)器入口12和撞擊面22a之間的距離等于入口直徑的0.65倍，各個通道的最小通道截面等于入口截面的0.3倍。
如圖1所示，撞擊面22a的橫向尺寸等于流調(diào)節(jié)器入口12的直徑，但該尺寸也可以比所述直徑大，并不會因此而影響所述調(diào)節(jié)器的效率。
上面參照圖1和2所述的調(diào)節(jié)器的橫向尺寸為入口12的通道直徑的1.5至5倍，例如為該直徑的3.65倍。
稱之為縱向尺寸的調(diào)節(jié)器的入口12和出口14之間的尺寸為入口12的通道直徑的1至5倍，例如為該直徑的1.75倍。
這樣，本發(fā)明的調(diào)節(jié)器的尺寸為調(diào)節(jié)器提供的是減少的體積，從而可以很容易地把調(diào)節(jié)器安裝在兩個流體管道接頭之間。
現(xiàn)在參照圖2b描述本發(fā)明流調(diào)節(jié)器的運(yùn)行情況。
流體流在其通道截面突然增大的同時沿著縱向流入到腔室20中，這就在通道28、30的各個匯聚部28a、30a中，在入口12兩側(cè)出現(xiàn)由A、B表示的對稱回流現(xiàn)象。
然后流體流撞擊與該流體垂直的撞擊面22a，并在該撞擊面上分流，該撞擊面使所述流的平均速度的縱向轉(zhuǎn)變成橫向分量。根據(jù)動量守恒定理，分流所得的支流會在給它的所有橫向方向上重新分布，這也就破壞了在調(diào)節(jié)器入口處的所有流動結(jié)構(gòu)。
由于流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)和尺寸，就會產(chǎn)生在腔室20中避免任何流體振蕩的穩(wěn)定的支流分布。
這兩股支流均非常對稱地流過各個通道28、30的其中一個匯聚部28a、30a，并碰到相應(yīng)的流回流A、B。匯聚部的作用在于一方面穩(wěn)定流回流，另一方面使流體的流速場更均勻。
但是，沒有這種回流現(xiàn)象同樣可以獲得好的結(jié)果，只有按照流動方向突然增加入口截面(角度大于7°)，才出現(xiàn)這種回流現(xiàn)象。
各個支流流過一個第一彎頭17或18，然后它們通過通道28和30的相應(yīng)的截面恒定的通道部分28b或30b集流到混合區(qū)域32中。
為了使流加速，并改善流調(diào)節(jié)器10出口14的均勻性，混合區(qū)域32的尺寸足夠小。
這樣，調(diào)節(jié)器10出口14處的流的特性與入口12處的流的特性無關(guān)。
本發(fā)明調(diào)節(jié)器還可以采用圖5和6所示的變形，在這兩幅圖中，只有相對于圖1和2變化了的組件采用新的標(biāo)號。在圖5和6中，入口11和出口14在縱向?qū)ΨQ平面P上相隔90°。
根據(jù)與參照圖1和2所述的實施例稍許不同的該變形，流調(diào)節(jié)器的入口11限定了流入外罩16腔室20中的流的縱向方向，該方向與阻擋物18的前表面22a所限定的方向平行。
在這種結(jié)構(gòu)中，進(jìn)入腔室20的流體流撞擊在位于入口11對面的撞擊面50上，它與阻擋物18的前表面22a垂直，并部分地限定了所述腔室。
該變形的作用與前述的相同。
在圖5和6中，入口11是軸對稱形，例如是圓形，而出口14是一個槽，它為流提供二維特性。
本發(fā)明流調(diào)節(jié)器的第一個實施例(圖1和2)也可設(shè)置在一個包括超聲測量組在內(nèi)的流體體積測定裝置的上游。
這種測量組包括例如一個橫截面為平行六面體(例如矩形)的測量管道，所述調(diào)節(jié)器的槽形出口與該管道的入口相對應(yīng)。
將兩個超聲轉(zhuǎn)換器安裝在測量管道的一個壁上，也可以安裝在該管道的相對的兩個壁上，以便在它們之間和由至少一部分所述的測量管道限定出一個超聲測量路徑。
國際專利申請WO9109282描述了這種超聲測量組裝置。
根據(jù)本發(fā)明在圖7和8所示的流調(diào)節(jié)器的第二個實施例，流調(diào)節(jié)器110的入口112和出口114沿著流動的縱向方向?qū)R，所述流動縱向方向由所述入口為所述流提供的方向所限定。
入口112和出口114是軸對稱形，例如是圓形。
與參照圖1和2所述的相類似，流調(diào)節(jié)器110包括一個連接入口112和出口114的外罩116以及一個設(shè)置在所述外罩中間的阻擋物118，該阻擋物有一個前表面122a，前表面至少部分形成所述調(diào)節(jié)器的撞擊面。
在外罩116中有一個與調(diào)節(jié)器入口112相連的腔室120，它用以接收沿著縱向流入的流體流。
阻擋物118由一個芯件122組成，該芯件122具有一個與縱向?qū)ΨQ平面P垂直的前表面122a，該前表面122a與入口122相對，處在橫向平面P1中。
在入口112和阻擋物118的前表面122a之間限定出腔室120。
在圖7和8所示的實施例中，阻擋物118的前表面122a垂直于由入口112所限定的縱向流動方向。
根據(jù)該第二個實施例，流調(diào)節(jié)器繞流體縱向流動方向旋轉(zhuǎn)對稱。
外罩116和阻擋物118均分別有一個內(nèi)表面116a和一個外表面123，在這兩個表面之間形成單一的一個繞所述阻擋物的通道。
如圖7和8所示，在外罩116的內(nèi)表面116a和阻擋物118的外表面123之間固定有兩個元件127、129，從而在部分長度上把該單一通道分成兩個大小相同的通道128、130，這兩個通道的長度也就是所述元件的長度。
這兩個元件127、129為例如盡可能薄的平板形，以便不干擾流，而板的最大表面與所述流平行。
可以讓板127、129有一定的長度，并可以使這兩個板在兩個表面116a和123之間留一定的位置，但不應(yīng)該把這兩個板設(shè)置在緊靠腔室120的下游處。
因為，在撞擊面122a上的支流應(yīng)當(dāng)沿著所有在匯合以前、在足夠長的長度上提供給其的橫向方向在上游公共通道部分125中十分均勻地分布，從而避免渦流結(jié)構(gòu)向調(diào)節(jié)器下游傳播。
也可以在外罩116的內(nèi)表面116a和阻擋物118的外表面123之間設(shè)置兩個以上的元件，以便形成兩個以上尺寸相同的通道。
如圖7和8所示，阻擋物118也由一個圓周部分131構(gòu)成，該圓周部分是例如繞著該芯件的環(huán)狀物。
環(huán)狀物131最好與對面的部分外罩116一起構(gòu)成一個用于分流的第一彎頭117以及一個直接與腔室120相連并包括所述彎頭的匯聚部。
板形元件127和129例如位于公共通道部分125下游的第一彎頭117中。
阻擋物118的芯件122具有一個后部122b，該后部122b與對面的部分外罩116一起限定出分流的第二彎頭133。
阻擋物118的后部122b例如是圓錐形，該圓錐形的頂點對著調(diào)節(jié)器10的出口114。
在對縱向流分流以后，而且在支流流過部分公共通道125的一定的長度以后，除了支流通道不緊靠腔室120的下游以外，本發(fā)明的調(diào)節(jié)流體的方法并未對上述方法進(jìn)行修改。
在支流匯合到上游公共通道部分125中和由板形元件127、129所限定的通道128、130中以后所述支流集流到下游公共通道132部分中，該下游通道起到混合區(qū)域的作用，它的通道截面例如一直減小，直至出口114。
應(yīng)當(dāng)注意的是，板形元件127、129可以比圖7所示的長，因此可以把公共通道部分132減少到一個較小的尺寸范圍，例如參照圖1和2中所述的并用標(biāo)號32表示的尺寸范圍。
這種改進(jìn)的結(jié)構(gòu)特別適用于包括一個橫截面為軸對稱形的管道形的超聲測量組的流體體積測定裝置。
測量管道有兩個超聲轉(zhuǎn)換器，這兩個轉(zhuǎn)換器面對面地設(shè)置在所述管道的相反兩端，其中所述的一個轉(zhuǎn)換器可以例如裝在調(diào)節(jié)器的阻擋物118的后部，從而一旦調(diào)節(jié)流時，不會對流造成干擾。
圖9和10表示圖1和2所示的流調(diào)節(jié)器中的流速場的分布情況，因而反映了所述流調(diào)節(jié)器的效率。
在圖9中，來自入口12的流體流相對于縱向?qū)ΨQ平面P非常對稱，流調(diào)節(jié)器的出口14處的流非常均勻。
由于所述入口上游處的部分管道有一半被堵塞，用來做一個OIML(國際法定計量機(jī)構(gòu))R32標(biāo)準(zhǔn)提供的實驗，所以圖10所示的流調(diào)節(jié)器入口12處的流體流受到了非常厲害的干擾。
盡管這種干擾在調(diào)節(jié)器入口12處造成了非常不均勻的流速分布，但所述的流在每個通道28、30中分布很對稱，而且隨著流體在各自的通道中前進(jìn)，這兩股支流彼此間相當(dāng)快地越來越對稱。
在混合區(qū)域32的后面，重新構(gòu)成的流速度分布均勻，流體的特性與圖9的調(diào)節(jié)器出口處的流的特性非常相同。
這樣，本發(fā)明的流調(diào)節(jié)器的出口處重現(xiàn)的流的特性與所述調(diào)節(jié)器入口處的流的特性無關(guān)。
圖11和12是兩幅曲線圖，它們各表示氣量計的兩條校準(zhǔn)曲線(這些曲線表示空氣流量測量誤差是流量的函數(shù))，這兩條曲線是根據(jù)在圖9和10的調(diào)節(jié)器入口處所示的兩個不同的流的剖面作出的，該氣量計有一個圖2所示的流體振蕩器。
菱形(◇)所示的曲線是由圖9的流調(diào)節(jié)器入口處所示的流的剖面獲得的。
十字形(+)所示的曲線是由圖10的流調(diào)節(jié)器入口處所示的流的剖面獲得的。
圖11表示的是沒有流調(diào)節(jié)器時求得的兩條校準(zhǔn)曲線，而圖12表示的是具有圖1和2所示的流調(diào)節(jié)器時求得的曲線。
從這兩條曲線的比較可以發(fā)現(xiàn)，一方面當(dāng)在上游沒本發(fā)明的流調(diào)節(jié)器時，流體振蕩器入口處的流速分布對所述流體振蕩器進(jìn)行的測量產(chǎn)生影響，另一方面在流體振蕩器上游處設(shè)置的流調(diào)節(jié)器使該流體振蕩器不受調(diào)節(jié)器上游的流造成的干擾的影響。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)節(jié)從一第一區(qū)域流向位于所述第一區(qū)域下游的一第二區(qū)域的流體流的方法，其特征在于所述方法包括-沿縱向引導(dǎo)來自第一區(qū)域的所述流；-增大所述流的通道截面；-使所述撞擊面(22a，122a)上的所述流沿著與縱向流動方向基本橫向的方向分流；-使相對于縱向流動方向?qū)ΨQ的分流所得的支流在從分流處到第二區(qū)域的規(guī)定長度上集流，而且不使其減速；-在至少一部分所述規(guī)定長度上對所述支流進(jìn)行加速；-使流混合，以便在第二區(qū)域獲得經(jīng)調(diào)節(jié)的流體流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于使緊靠分流區(qū)域下游的流加速。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于使所述流通過的通道截面突然增大，從而產(chǎn)生與所述截面增大的通道相垂直的流體流的回流現(xiàn)象。
4.如權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，其中的集流步驟尤其在于使支流流入分流區(qū)域下游的彎頭(17，19；117)中。
5.如權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征在于在混合步驟對流進(jìn)行加速。
6.一種包括一個流體流入口(12，112)和一個流體流出口(14，114)的流體流調(diào)節(jié)器(10，110)，其特征在于所述調(diào)節(jié)器相對于縱向?qū)ΨQ平面(P)對稱，所述入口和出口均在所述平面中，其特征還在于所述調(diào)節(jié)器包括-一個與所述入口相連的腔室(20，120)，所述腔室的一部分由一個方向基本在一個橫向平面內(nèi)的撞擊面(22a，122a)限定，所述流在所述撞擊面上分流，所述撞擊面對著所述入口；-直至調(diào)節(jié)器出口(14，114)的支流的集流裝置，它包括至少兩個將所述支流引向一個支流混合區(qū)域(32，132)的通道(28，30；34，36；40，42；125，128，130)，所述混合區(qū)域處于緊靠所述出口的上游，所述集流裝置含有至少一個匯聚部(28a，30a；34a，36a；40b，42b；125，128，130)，并且不使所述流減速；選擇調(diào)節(jié)器的入口(12，112)和撞擊面(22a，122a)之間的距離以及集流裝置中為流提供的截面相對于所述調(diào)節(jié)器入口的大小，以便使流體流直至所述撞擊面均為縱向流動，而且在腔室(20，120)中不振蕩。
7.如權(quán)利要求6所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中調(diào)節(jié)器入口(12，112)和撞擊面(22a，122a)之間的距離小于所述入口的直徑的四倍，集流裝置的最小通道(28，30；34，36；40，42；125，128，130)截面比所述入口的截面小。
8.如權(quán)利要求6或7所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中集流裝置的最小通道(28，30；34，36；40，42；125，128，130)截面至少等于所述調(diào)節(jié)器出口通道截面的兩倍。
9.如權(quán)利要求6至8之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于所述調(diào)節(jié)器的入口(12，112)和出口(14，114)之間的尺寸是調(diào)節(jié)器入口通道直徑的1至5倍。
10.如權(quán)利要求6至9之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于所述調(diào)節(jié)器的橫向尺寸是調(diào)節(jié)器入口通道直徑的1.5至5倍。
11.如權(quán)利要求6至10之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中匯聚部(28a，30a；34a，36a；125)直接與腔室(20，120)相連。
12.如權(quán)利要求6至10之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中集流裝置(40，42)包括一個未與腔室(20)直接相連的匯聚部(40b，42b)。
13.如權(quán)利要求11或12所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中集流裝置(28，30；34，36；40，42)包括一個位于匯聚部下游的恒定截面的通道部分(28b，30b；34b，36b；40c，42c)。
14.如權(quán)利要求6至13之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中支流的集流裝置(28，30；34，36；40，42；128，130)包括至少一個彎頭(17，19；117)。
15.如權(quán)利要求6至14之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中腔室(20，120)為來自入口(12，112)的流體流提供了一個截面突然增大的通道。
16.如權(quán)利要求6至15之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于它有一個連接所述調(diào)節(jié)器的入口(12，112)和出口(14，114)的外罩(16，116)以及設(shè)置在所述外罩內(nèi)的阻擋物(18，118)。
17.如權(quán)利要求16所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中阻擋物(18，118)的一個前表面(22a，122a)至少部分形成所述調(diào)節(jié)器的撞擊面。
18.如權(quán)利要求6至17之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中所述調(diào)節(jié)器的入口(12，112)和出口(14，114)在一條直線上。
19.如權(quán)利要求16至18之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于外罩(16)和阻擋物(18)分別具有一個內(nèi)表面(16a)和一個外表面(23)，所述內(nèi)外表面之間形成兩個圍繞所述阻擋物的側(cè)向通道(28，30；34，36；40，42)。
20.如權(quán)利要求19所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中阻擋物(18)由一個芯件(22)和兩個側(cè)部(24，26)組成，所述側(cè)部從所述的芯件起主要相對于縱向?qū)ΨQ平面(P)作橫向延伸。
21.如權(quán)利要求20所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中各個側(cè)部(24，26)與對面的外罩(16)的一部分構(gòu)成對應(yīng)支流的第一彎頭(17，19)以及一個直接與所述腔室(20)相連而且包括所述彎頭在內(nèi)的匯聚部(28a，30a)。
22.如權(quán)利要求20或21所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中每個側(cè)部(24，26)為葉片形。
23.如權(quán)利要求20至22之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中每個側(cè)部(24，26)從芯件(22)起為擴(kuò)口形，所述擴(kuò)口終止于凸起的外表面一端。
24.如權(quán)利要求23所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中凸起的外表面的剖面為半徑為R1的圓形，所述半徑為調(diào)節(jié)器入口(12)直徑的0.1至3.5倍。
25.如權(quán)利要求23至24所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中與每個側(cè)部(24，26)的凸起外表面相對的部分外罩(16)的內(nèi)表面為凹形。
26.如權(quán)利要求25所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中凹的內(nèi)表面的剖面為半徑為R2的圓形，所述半徑為調(diào)節(jié)器入口(12)直徑的0.3至4倍。
27.如權(quán)利要求24至26所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中半徑分別為R1和R2的圓的圓心分別為O1和O2，所述的圓心O1和O2位于一條與縱向?qū)ΨQ平面(P)平行、與阻擋物(18)的前表面(22a)垂直的直線上，并且彼此間隔的距離小于調(diào)節(jié)器入口(12)的直徑。
28.如權(quán)利要求21至27之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中芯件(22)的后部(22b)與對面外罩(16)的一部分共同限定出一個對應(yīng)支流的第二彎頭(25，27)。
29.如權(quán)利要求28所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于其中后部(22b)為V形。
30.如權(quán)利要求6至18之一所述的調(diào)節(jié)器，其特征在于調(diào)節(jié)器繞流體的縱向流動方向旋轉(zhuǎn)對稱，在所述調(diào)節(jié)器中，外罩(116)和阻擋物(118)各自均有一個內(nèi)表面(116a)和一個外表面(123)，在所述內(nèi)外表面之間形成單一的一個繞著所述阻擋物的通道，至少兩個元件(127，129)處在所述兩個表面之間的與所述入口(112)相隔一定的距離的地方，以便把所述通道的一部分分成兩個大小相同的通道(128，130)。
31.一種流動流體體積測定裝置，其特征在于包括一個測量組以及一個根據(jù)權(quán)利要求6至30之一所述的流調(diào)節(jié)器，所述調(diào)節(jié)器相對于流體流動方向位于所述測量組的上游，所述測量組與所述流調(diào)節(jié)器在一條直線上。
32.如權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于其中所述的測量組是流體振蕩器。
33.如權(quán)利要求31所述的裝置，其特征在于測量組包括至少一個橫截面為平行六面體的測量管道和至少兩個超聲變換器，在所述兩個超聲變換器之間和在至少一部分所述的測量管道上限定出一個超聲測量路徑。
全文摘要
一種調(diào)節(jié)從第一區(qū)域流向位于該第一區(qū)域下游的第二區(qū)域的流體流的方法,所述方法在于:沿縱向引導(dǎo)來自第一區(qū)域的所述流;增大所述流的通道截面;使所述撞擊面(22a,122a)上的流體流沿著與縱向流動方向基本橫向的方向分流;使相對于縱向流動方向?qū)ΨQ的分流所得的支流在從分流處到第二區(qū)域的規(guī)定長度上集流,而且不使其減速;在至少一部分所述規(guī)定長度上對支流加速;使流混合,以便在第二區(qū)域獲得經(jīng)調(diào)節(jié)的流體流。
文檔編號F15C1/22GK1179199SQ9619276
公開日1998年4月15日 申請日期1996年1月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月30日
發(fā)明者菲利浦·霍克奎特, 安德魯·J·帕里 申請人:施藍(lán)姆伯格工業(yè)公司