[发明专利]天然气管道内粒子成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及天然气管道流量测试技术领域，特别涉及天然气管道内粒子成像装置，是一种天然气管道内流场特性对流量计计量性能影响研究的装置，是一种天然气管道内流场特性对流量计计量性能影响粒子加注及其成像装置。

背景技术

随着计算机技术与图像处理技术的快速发展，产生了粒子成像测速技术(PIV)。PIV技术的最大贡献是突破了LDV(Laser DopplerVelocity)激光多普勒测速仪等空间单点测量技术的局限性，既具备了单点测量技术的精度和分辨率，又能获得平面流场显示的整体结构和瞬态图像，可在同一时刻记录下整个流场的有关信息，并且可分别给出平均速度、脉动速度及应变率等，同时它还是一种非接触式的测量方法。

目前，欧美发达国家一直很重视流量计上游管道中各阻流件(弯管、变径管、阀门等)对流量计上游管段的流态分布及涡流对流量测量的影响研究，尤其是这些阻流件使流态分布规律产生畸变和涡流对流量测量的负面影响。80年代起日本、法国、英国已经开始利用PIV技术在液体与空气方面进行了研究，取得了一些成就。但应用于天然气计量研究，未见公开成果。目前，德国物理技术研究院(PTB)应用PIV技术在天然气计量方面初步展开了研究，但未见公开报道。国内进行了许多天然气计量宏观方面研究，同时清华大学、北京石油大学等单位在液体可视化方面开展了PIV技术研究工作，但与天然气流量计量相结合并在带压管道中开展计量研究在国内尚属空白，也没有天然气管道内流场特性对流量计计量性能影响研究的装置。

中国专利公开号为CN 101078773A，提供了一种“流场可视化方法及装置”。流场可视化装置是在平台上装有照相机、光源、遮光板，聚光镜和盛粒子器皿。光源发出红外线或紫外线光，通过遮光板和聚光镜所形成的光束照射盛粒子器皿，粒子在流体介质中显示其运动轨迹，通过照相机记录其运动轨迹。该发明应用粒子加注装置向天然气管道加入5——10μm吸收不可见光(红外或紫外)的粒子成像，使用数码相机和激光光源，直接记录粒子移动轨迹；省去了PIV系统的高速CCD和激光器及粒子相关性分析计算软件。

发明内容

本发明的目的是：提供一种天然气管道内粒子成像装置，用粒子成像设备、透明管、粒子加注装置，在中压天然气可视管段中进行粒子成像测试，粒子成像现场测试数据与数值模拟试验，以获得流态分布规律和流态是否畸变和涡流，根据试验结果进行分析比对分析，找出天然气计量管道内不同阻流件对流态及对流量计性能影响规律，作为现场使用中安装的天然气流量计不规范或某些使用条件发生变化后对流量计性能造成计量影响量的估计提供依据；正确指导现场流量计的选型、安装、使用。

本发明采用的技术方案是：天然气管道内粒子成像装置，包括成像装置、粒子加注装置和粒子回收装置。

成像装置包括双脉冲激光器、同步脉冲触发器、双曝光数码相机、图像采集卡和计算机。计算机连接双曝光数码相机和图像采集卡，图像采集卡连接同步脉冲触发器并通过同步脉冲触发器连接双脉冲激光器。同步脉冲触发器同时触发双脉冲激光器和数码相机。双脉冲激光器发出片光源照亮天然气管道的透明管内的流场，用数码相机对被照亮的透明管截面进行连续拍摄。同步脉冲触发器保证双脉冲激光器与数码相机同步工作。计算机通过图像采集卡读入所拍图像并对其进行分析处理，计算出所拍透明管内截面的流场特性参数。本领域技术人员能完成成像装置，并利用粒子成像测速技术(PIV)完成流体测试。

其特征在于：粒子加注装置包括氮气瓶、高压釜和喷嘴组成。氮气瓶与高压釜入口之间由管线连接；高压釜出口与喷嘴之间由管线连接。喷嘴连接在天然气管道上，并且喷嘴固定的位置在天然气管道的管线进口端，即安装的位置依次是天然气管线进口端、喷嘴、透明管和管线出口端。天然气首先经过管线进口端，到达喷嘴，从喷嘴流过后到达透明管，通过透明管后流入管线出口端。在管线出口端连接有粒子回收装置。

所述的透明管包括有机玻璃管，在有机玻璃管内壁涂有吸光涂层。吸光涂层是荧光粉和透明环氧树脂混合而成，采用真空镀膜涂敷在有机玻璃管内壁，有机玻璃管的两端固定有钢制法兰。采用法兰将透明管连接在天然气管道中间。

有机玻璃管可以采用离心浇铸特制成Φ130×15的厚壁管，能承受最高压力为4.0MPa。

为了提高粒子雾化程度，提高的成像效果，要求粒子均匀分布，粒径在2μm～10μm之间。喷嘴有1个喷孔，喷孔的直径在0.08～0.2mm之间。