一种多级立式孔板液体流量测量装置与方法

技术领域

本发明属于流量测量技术领域，具体涉及一种多级立式孔板液体流量测量装置与方法。

背景技术

在流量测量领域，除了测量准确以外，宽量程、低压损和高可靠性是流量计的重要性能指标。但宽量程和低压损要求往往是互相矛盾的，这是为了保证下限流量测量准确，流速不能过低，因此上限流量对应的流速比较高，流动压损也比较大。如果采用并联不同规格管路进行测量的方式，则需要根据大小流量范围进行管路切换，一旦阀门出现故障，将影响管路系统的可靠运行。

例如，对于液体泄漏流量测量，其特点是小流量、宽流量范围和低水头，当考虑流量装置流动安全性和可靠性情况下，标准孔板流量计、转子流量计和电磁流量计等常用流量计均不能很好满足测量要求。

发明内容

为解决现有技术的不足，满足宽量程、低压损和高可靠性的液体流量测量要求，本发明采用如下的技术方案：

一种多级立式孔板液体流量测量装置，包括入口管、壳体和出口管，所述壳体内设有一组串联的流量测量单元及相应的开关阀，流量测量单元包括液位计、出口管以及竖直排布的隔板和堰流板，隔板高于堰流板且隔板下沿与壳体分离，隔板一侧设置液位计，另一侧与堰流板对应，堰流板另一侧设置出口管，入口管位于壳体的一侧，与流量测量单元的隔板对应设置，该流量测量单元的堰流板又与下一流量测量单元的隔板对应设置，前一流量测量单元的出口管通过开关阀连入下一流量测量单元的出口管。

进一步地，所述隔板与堰流板之间横向设置节流孔板，即节流孔板法线为竖直方向，节流孔轴线竖直，这种安装方式的孔板称之为立式孔板，液体自下而上流经节流孔、多孔漫出。

进一步地，所述隔板与堰流板之间，在节流孔板的上方，横向设置多孔板，用于阻挡节流孔出流的射流流动，减小液面输送过程中波动水平。

进一步地，所述隔板上沿与壳体分离，由于隔板顶部不完全密封，当液体流量超过测量上限时，液体可以漫过隔板流向下游，增大装置的流体流通能力，以保证装置使用的安全性，由于隔板的设计高于堰流板，在隔板顶部不完全密封时，堰流板顶部必然不完全密封。

进一步地，所述节流孔板的节流孔流通面积小于隔板与堰流板间的横截面积至少一个量级，以使节流孔下方的腔室内流速足够小，其流动动能可以被忽略，从而保证测量准确。

进一步地，所述装置还包括控制单元，基于前一流量测量单元测量的液位计测量数据，控制开关阀的开关。

一种多级立式孔板液体流量测量方法，根据所述的一种多级立式孔板液体流量测量装置进行流量测量；

对于小流量，打开相应开关阀，液体从入口管流入流量测量单元，经对应的节流孔板、多孔板，从堰流板漫出，依次通过当前流量测量单元的出口管、开关阀从后续流量测量单元的出口管流出，此时，由于液体流经上游节流孔板产生节流损失，使得上游隔板左右两侧液位不同，左侧高于右侧，两侧产生液位差，液位差的大小与流量有关，由于堰流液位变化很小，可忽略其变化，因此，通过液位计获取液位差，并根据液位差得到流量；

对于大流量，液体从入口管流入，并漫过上游流量测量单元的隔板，关闭相应的开关阀，液体经后续流量测试单元的节流孔板、多孔板、堰流板，从出口管流出，此时，基于后续流量测试单元的液位计获取液位差，并根据液位差得到流量。

进一步地，所述根据液位差得到流量，采用如下计算公式：

式中，ΔH表示液位差，A表示节流孔流通面积；g表示重力加速度；Cq表示流量系数，一定雷诺数范围内数值变化不大，通过标定试验获得。

进一步地，当前一流量测量单元测量的液位漫过对应隔板时，关闭开关阀，否则打开开关阀。

本发明的优势和有益效果在于：

本发明将多个不同规格多级立式孔板配合使用，实现了微小流量、宽量程液体流量测量；通过采用立式孔板，流体中一些脏污物质可在装置腔体底部沉淀，避免脏污和堵塞孔板；通过两个隔板上方不完全封闭，流体可以漫过隔板流向下游，实现大小两个流量测量单元分别工作的同时，增大流量测量装置流体流通能力，保证装置使用的安全性。

附图说明

图1为本发明实施例中测量装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中上游流量测量单元工作原理图。

图3为本发明实施例中下游流量测量单元工作原理图。

1-入口管；2-壳体；3-上游液位计；4-上游隔板；5-上游节流孔板；6-上游多孔板；7-上游堰流板；8-下游液位计；9-下游隔板；10-下游多孔板；11-下游节流孔板；12-下游堰流板；13-下游出口管；14-开关阀；15-上游出口管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接。本文所使用的术语“竖直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”、 “前”、“后”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1所示，一种多级立式孔板液体流量测量装置，包括入口管1、壳体2和出口管，壳体2内设有上游流量测量单元和下游流量测量单元，上游流量测量单元包括上游液位计3、上游隔板4、上游节流孔板5、上游多孔板6、上游堰流板7，下游流量测量单元包括下游液位计8、下游隔板9、下游节流孔板11、下游多孔板10、下游堰流板12，出口管包括上游出口管15和下游出口管13，分别与上游流量测量单元设置和下游流量测量单元配合设置，上游出口管15与下游出口管13之间设有开关阀14。

壳体2内部被两个隔板和两个堰流板分割出五个空间部分。上游隔板4和下游隔板9与壳体2上下内壁面之间不封闭，而是留有一定空间。上游堰流板7和下游堰流板12下端焊接在壳体2内壁面上。

上游堰流板7左侧和上游隔板4两侧空腔，以及上游液位计3、上游节流孔板5、上游多孔板6和上游堰流板7构成了上游流量测量单元；下游堰流板12和下游隔板9之间空腔、上游隔板4与下游隔板9之间空腔，以及下游液位计8、下游节流孔板10、下游多孔板11和下游堰流板12构成了下游流量测量单元。

上游节流孔板5和下游节流孔板11法线为竖直方向，即节流孔轴线竖直，这种安装方式的孔板称之为立式孔板，液体自下而上流经节流孔、多孔漫出。

两个隔板上方不完全封闭，当流量超过测量上限时流体可以漫过隔板流向下游，增大装置的流体流通能力，以保证装置使用的安全性。

为了保证测量准确，节流孔下方的腔室内流速应足够小，以便其流动动能可以被忽略，因此，节流孔流通面积应比其下方空腔横截面积小至少一个量级。

多孔板的作用是阻挡节流孔出流的射流流动，减小液面输送过程中波动水平。

右侧可以串联多个流量测量单元。

基于所述的一种多级立式孔板液体流量测量装置的测量方法，具体如下：

如图2所示，测量小流量时，开关阀14处于打开状态，流体从入口管1流入装置内腔，经上游节流孔板5进入多孔板上方空腔，然后漫过上游堰流板7，因中立作用进入上游出口管15进入下游出口管13流出。由于液体流经上游节流孔板5产生节流损失，使得上游隔板4左右两侧液位不同，左侧高于右侧，两侧产生ΔH的液位差，液位差的大小与流量有关，由于堰流液位变化很小，可忽略其变化，因此，通过上游液位计3的读数可获得液位差ΔH。根据液位差ΔH，可计算获得流量Q，计算公式如下：

式中，A表示节流孔流通面积；g表示重力加速度；Cq表示流量系数，一定雷诺数范围内数值变化不大，通过标定试验获得。

稳定输送时，流量保持不变，隔板左右液位和液位差保持不变。

如图3所示，测量大流量时，上游隔板4左侧液位达到和超过隔板上沿的设定极限时，则关闭开关阀14，下游流量测量单元工作。流体经下游节流孔板10进入孔板上方空腔，然后漫过下游堰流板12进入下游出口管13流出。下游隔板9左右两侧液位不同，通过下游液位计8测量左右两侧液位差ΔH，即可通过上述流量公式获得流量。

开关阀可以为自动控制，根据上游液位进行动作。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。