流調(diào)節(jié)器及優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及用于關(guān)于流量計量裝置的流的流調(diào)節(jié)器。（如本文中所使用，對"本發(fā) 明"或"發(fā)明"的參考設(shè)及例示性實施例且不必設(shè)及所附權(quán)利要求書所涵蓋的每一實施例。） 更確切地說，本發(fā)明設(shè)及用于流計量裝置的流調(diào)節(jié)器，其中調(diào)節(jié)器具有供流體流經(jīng)的中屯、 圓形通路區(qū)域，所述中屯、圓形通路區(qū)域被由分隔和細(xì)分紐帶（subdividingligaments)限 定的用于流體流的分段式環(huán)形通路的兩個或多于兩個的同屯、陣列環(huán)繞。
【背景技術(shù)】
[0002] 此部分意在向讀者介紹可能與本發(fā)明的各個方面相關(guān)的所屬領(lǐng)域的各個方面。W 下論述意在提供信息W促進(jìn)對本發(fā)明的更好的理解。因此，應(yīng)理解，根據(jù)運一點來閱讀W下 論述中的陳述，而不是作為對現(xiàn)有技術(shù)的認(rèn)可。
[0003] 在流量測量領(lǐng)域中，常常必需調(diào)節(jié)流量計量裝置的流上游W便流量計將W最少的 誤差記錄流量。彎管、閥口、過濾器和其它形式的管線組件使流速剖面變形且通過改變流向 而將非軸向流速分量或"滿流"引入在流量流中。眾所周知，某些類型的流量計的校準(zhǔn)或流 量系數(shù)受剖面的變形和/或滿流的存在影響。流調(diào)節(jié)器已經(jīng)被采用了許多年W部分調(diào)整流 量計的變形的且滿旋的流上游。到目前為止所使用的各種裝置在設(shè)計上有所不同，其中性 能上產(chǎn)生的差異是就相對于其強加的永久性壓力損耗的其調(diào)整流量的能力來說的。大多數(shù) 調(diào)節(jié)器具有單一指定的幾何形狀或設(shè)計參數(shù)的限定集合且不能易于適合于符合特定情形 的要求。在此所描述的本發(fā)明旨在解決現(xiàn)存調(diào)節(jié)器的運些和其它局限性。
[0004] 流調(diào)節(jié)器已經(jīng)使用了許多年來W調(diào)整入流條件和改進(jìn)流量計精確性為目標(biāo)進(jìn)行 嘗試。到目前為止，最常見類型的流調(diào)節(jié)器為葉片類型或W管束組合件形式的"流矯直器"。 流矯直器實質(zhì)上將所述流劃分到與所述管道的軸線平行的長且直的大量通路中。目標(biāo)為當(dāng) 所述流離開調(diào)節(jié)器時，流速的任何旋轉(zhuǎn)分量被減小或消除。 陽〇化]管束為穩(wěn)流器的最常采用的形式，在一定程度上已經(jīng)規(guī)范化，且實質(zhì)上為管（總 數(shù)通常在7個與55個之間）的組合件，W六角形或圓形幾何形狀布置，如圖IA和IB中所 說明。使用相等大小的19個管W圓形幾何形狀布置的管束被包含于用于差壓流量計的國 際標(biāo)準(zhǔn)（IS05167)中。通常使得管束長度在兩個管道的直徑與=個管道的直徑之間，結(jié)果 是所述管可為20個到30個管的直徑長，盡管研究顯示就限制滿流來說，短很多的束仍可有 效。
[0006] 流調(diào)節(jié)器的管束設(shè)計的公認(rèn)的不足是盡管其在去除滿流上有效，但形成的軸向速 度剖面并不趨向于完全展開，即其通常趨向于比將在所關(guān)注的雷諾數(shù)處的管道的長直長度 的下游發(fā)現(xiàn)的剖面扁平。為了嘗試克服此局限性，斯圖爾特（S化art)開發(fā)了管束流調(diào)節(jié) 器，其中束內(nèi)使用的管直徑不斷變化W便產(chǎn)生更接近于所要的完全展開的剖面的速度剖面 形狀。就制造來說，此調(diào)節(jié)器設(shè)計的缺點（其同樣適用于大多數(shù)管束設(shè)計）是當(dāng)管道直徑 變化時，需要的管直徑可能并不可容易地用于標(biāo)準(zhǔn)大小的導(dǎo)管中。管束的主要優(yōu)點是其具 有相對低的永久性壓力損耗，具有用于在0. 65到1. 2范圍內(nèi)的完全素流的損耗系數(shù)。
[0007] 管束的另一缺點是其可變的設(shè)計和質(zhì)量。如果構(gòu)造未達(dá)到ISO標(biāo)準(zhǔn)，那么管的數(shù) 目和大小的可能的變體幾乎是無限的，使得難W預(yù)測性能或聯(lián)系管束的不同設(shè)計的經(jīng)驗。 此外，可變的制造質(zhì)量意味著管對準(zhǔn)可能變化，且在一些狀況下，例如如果束在制造期間變 得絞合，那么束可產(chǎn)生滿旋流。
[0008] 使軸向速度剖面成形W及去除滿流的需要可能最先是在贊克狂anker)流調(diào)節(jié)器 的設(shè)計中被適當(dāng)?shù)亟鉀Q。贊克調(diào)節(jié)器包括具有孔的薄板，該薄板與附接到所述板的下游側(cè) 部的葉片類型的矯直器結(jié)合，其中孔經(jīng)設(shè)計W產(chǎn)生對流的遞變阻力。就產(chǎn)生的流動剖面和 通過此調(diào)節(jié)器實現(xiàn)的滿流減小的水平來說，其公認(rèn)為非常有效的。然而，制造是有些困難的 且其具有大于5的高的壓力損耗系數(shù)。
[0009] 現(xiàn)今更常用的是厚板類型的調(diào)節(jié)器。在運些設(shè)計中，借助于在極其厚的板中產(chǎn)生 圓形通路而實現(xiàn)對流的遞變阻力。通過變化圓形通路的數(shù)目、間距和/或大小，實現(xiàn)所要 的遞變阻力。除厚板型號的贊克調(diào)節(jié)器之外，運種類型的調(diào)節(jié)器的實例包含由勞斯化aws) (最常見的為諾瓦（Nova)/CPA 50E變型）、斯皮爾曼（Spearman)和加拉格爾（Galla曲er) 制造的調(diào)節(jié)器，其中更厚的板使得不再需要下游葉片類型的矯直器。常見的厚板調(diào)節(jié)器在 圖2A到2D中說明。
[0010] 具有圓形通路的運些厚板調(diào)節(jié)器被視為目前先進(jìn)技術(shù)，但仍具有某些不足。壓力 損耗系數(shù)通常在2到5范圍內(nèi)，大于使用管束可用的壓力損耗系數(shù)。產(chǎn)生更高孔隙度和因 此產(chǎn)生更低的壓力損耗的板的嘗試通常導(dǎo)致流調(diào)節(jié)性能的降低。
[0011] 具有圓形通路的厚板調(diào)節(jié)器的設(shè)計的優(yōu)化通過與所選擇的圓形孔幾何形狀相關(guān) 聯(lián)的特定問題而變得復(fù)雜。不規(guī)則數(shù)目的孔W及圓形形狀的通路導(dǎo)致孔的相鄰環(huán)之間復(fù)雜 的"分水嶺"，且由于分水嶺限定了與每個孔相關(guān)聯(lián)的阻塞區(qū)域，因此難m十算有效孔隙度。 對于給定厚度的板，在圓形通路大小變化的狀況下優(yōu)化進(jìn)一步變得復(fù)雜，由于此導(dǎo)致孔隙 度和通路的長度與其水力直徑的比率兩者的變化。因此，應(yīng)采取W優(yōu)化具有圓形通路的調(diào) 節(jié)器的步驟并不明顯，如當(dāng)改變使得分水嶺的形狀W及孔隙度和水力直徑變化時。
[0012] 厚板調(diào)節(jié)器的特定優(yōu)點是可非常易于實現(xiàn)不同大小的管道的制造和幾何比例縮 放，其克服與管束類型的調(diào)節(jié)器相關(guān)聯(lián)的制造和質(zhì)量局限性。
[0013] 如先前所提到，發(fā)現(xiàn)到當(dāng)孔隙度增大太多時厚板調(diào)節(jié)器的有效性下降，結(jié)果是現(xiàn) 今使用的大多數(shù)厚板調(diào)節(jié)器具有在50%的區(qū)域中的孔隙度。當(dāng)孔隙度增大時，研究者并不 傾向于增大板厚度W補償1/d的減小，其可部分解釋減弱的性能。運導(dǎo)致一些設(shè)計者將拉 直的葉片添加到調(diào)節(jié)器或采用調(diào)節(jié)的兩個階段，第一階段為拉直的葉片且第二階段為遞變 的厚板調(diào)節(jié)器。
[0014] 一些類型的流量計相較于其它流量計更易受進(jìn)入的流場的情況影響。在多路徑超 聲波流量計的情形中，常常出現(xiàn)的情況是，如果滿流被有效地去除，那么流量計將能夠在各 種不同的設(shè)施情況中W高準(zhǔn)確度執(zhí)行。因此，由于其具有較低的壓力損耗特性將管束與超 聲波計一起使用是常見的。然而，此未彌補管束的=個缺點：第一，其W不利方式更改軸向 速度剖面；第二，其通常經(jīng)制造W使長在2個與3個直徑之間的事實；且第=，上述制造問 題可導(dǎo)致較差質(zhì)量的調(diào)節(jié)器。因此，能夠產(chǎn)生用于與超聲波和其它類型的流量計一起使用 的低壓力損耗的流調(diào)節(jié)器是在此描述的本發(fā)明的一個目的。除具有低永久性壓力損耗之 夕F，調(diào)節(jié)器還應(yīng)易于W可再生產(chǎn)的方式制造且應(yīng)可W變化設(shè)計參數(shù)W便獲得合乎需要的形 狀的軸向速度剖面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明的流調(diào)節(jié)器是基于分段式環(huán)形通路的配置，環(huán)繞圓形管道的中屯、線對稱地 布置。分段式環(huán)形通路的選擇允許管道的橫截面區(qū)域被分成預(yù)定數(shù)目的環(huán)形環(huán)，其中通路 的寬度和間距在徑向方向和切向方向兩者中自由變化W獲得每個環(huán)中水力直徑和孔隙度 的所要值。與經(jīng)由選擇調(diào)節(jié)器的厚度來控制通路的長度相結(jié)合，分段式環(huán)形通路的此配置 可經(jīng)優(yōu)化W結(jié)合指定的總體壓力損耗而生產(chǎn)將阻礙滿流且具有所要的徑向分配的阻力的 調(diào)節(jié)器。
【附圖說明】
[0016] 在附圖中，說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例和實踐本發(fā)明的優(yōu)選方法，其中：
[0017] 圖IA和IB顯示19個管的管束調(diào)節(jié)器的兩個典型配置。
[0018] 圖2A到2D顯示典型的厚板調(diào)節(jié)器幾何結(jié)構(gòu)。
[0019] 圖3為當(dāng)使用圓形通路時外部環(huán)與中部環(huán)之間的復(fù)雜的分水嶺幾何形狀的說明。
[0020] 圖4A和4B顯示具有圓形中屯、通道（S個環(huán)形環(huán)）的分段式環(huán)形幾何形狀。
[0021] 圖5A顯示具有分段式中屯、通道（兩個環(huán)形環(huán)）的分段式環(huán)形幾何形狀。
[0022] 圖5B顯示使用替代的細(xì)分方法的分段式環(huán)形幾何形狀。
[0023] 圖5C為細(xì)分紐帶幾何形狀的例示性替代形式的說明。
[0024] 圖6A是顯示朝向所要的速度剖面的設(shè)計的匯聚的圖。 陽0巧]圖她是顯示就通路的水力直徑來說的設(shè)計的匯聚的圖。
[00%] 圖7為產(chǎn)生于最佳化實例的設(shè)計的說明。
[0027] 圖8為說明最佳化過程的簡化的流程圖。
[002引圖9A、9B和9C顯示包含弧形內(nèi)部拐角和凸緣的所得的幾何形狀。
[0029] 圖IOA顯示計量因數(shù)相對于用于在直的管道中和不具有流調(diào)節(jié)器的彎管的下游 的流量計A雷諾數(shù)。
[0030] 圖IOB顯示計量因數(shù)相對于用于在直的管道中和不具有流調(diào)節(jié)器的彎管下游的 流量計B的雷諾數(shù)。
[0031] 圖IlA顯示計量因數(shù)相對于用于在直的管道中和具有4D勞斯調(diào)節(jié)器到IOD計量 配置的彎管的下游的流量計A的雷諾數(shù)。
[0032] 圖IlB顯示計量因數(shù)相對于用于在直的管道中和具有4D勞斯調(diào)節(jié)器到IOD計量 配置的彎管的下游的流量計B的雷諾數(shù)。
[0033] 圖12A顯示計量因數(shù)相對于用于在直的管道中和具有4D原型調(diào)節(jié)器到IOD計量 配置的彎管的下游的流