[发明专利]双障碍涡流流量计

说明书

本发明涉及一种涡流流量计，它有至少两个用于产生振荡涡流并在低雷诺数下产生大致不变的Strouhal数的障碍件。

涡流流量计或流量计是众所周知的，它通常包括一管子，流量和/或流速待测量的流体即在此管子中流动，一障碍件置于该管子内的流体中，从而当流体碰到所述障碍件时就会产生涡流，该涡流振荡地从该障碍件分离。这种流量计还包括根据此振荡确定流量的装置。这些装置通常位于该障碍件上。这种流量计测量流量的原理如下：涡流的振荡频率与管子中的流体流速近似成正比，而上述装置可检测与所述涡流的振荡对应的信号。该信号比方说可以是压差。

涡流流量计的目的是精确、可靠地测量管子内流动的流体在很宽的雷诺数范围内的流速或流量。

为此，Strouhal数(振荡频率和障碍件直径的乘积与流体流速之比)必须不随雷诺数(流体流速和管子直径的乘积与流体的动力粘性系数之比)的变化而变化。

根据本领域的新近研究成果，设计出了障碍件的形状和尺寸最佳、从而在比方说约为260000的高雷诺数下可进行完全令人满意的测量的涡流流量计。

专利申请EP-A-0 408 355叙述了一种涡流流量计，它包括一供流体流动的管子，置于流体中的双障碍件和测量所述双障碍件所产生的涡流的分离频率的装置。

该双障碍件包括其上游表面鼓起、下游表面为平面的细长形第一障碍件或上游障碍件以及与远离第一障碍件、其上游表面为平面、下游表面凹入或为平面的第二障碍件或下游障碍件。

但在测量气流时，这种流量计不适用于测量雷诺数小于146000、特别是小于33000的情况。

在高雷诺数下，障碍件侧面处产生的剪切会分离而形成其流动呈紊流的涡流，其Strouhal数大致不变。

但在低雷诺数下，剪切层逐渐变为层流层，涡流形成得更快，涡流的振荡频率比流体速度下降得更慢，Strouhal数迅速升高，从而给流量测量带来误差。

本发明旨在克服这些缺点，为此提供了一种在流体的低雷诺数和高雷诺数下Strouhal数都能大致不变的涡流流量计，从而提高所述流量计在变动范围很大的雷诺数下的性能。

本发明涉及一种涡流流量计，它包括：

一供流体在其中流动、内径D不变的管件；

至少两个障碍件，即置于所述管件内的流体中，产生振荡主涡流的一上游障碍件和一下游障碍件，所述两障碍件都大致呈细长形，其纵向和横向都与流体流向垂直；以及

检测与所述涡流的振荡对应的信号并从中导出流量的装置，其特征在于，纵向尺寸h的该上游障碍件包括两个与流体流向垂直而相距t的较大表面，该上游表面的横向尺寸d大于该下游表面的横向尺寸；以及两个对称的较小侧面，这两个侧面与所述上游表面成β角，角β为30°-70°；该下游障碍件分成互相连接成T形的两部分，第一部分的纵向尺寸为h、横向尺寸为l，它包括：两个平行的较大表面，即一与所述上游障碍件的下游表面平行且相距d₁的上游表面和一下游表面；以及两个较小表面；第二部分包括两个大小相同、与流体流向平行的较大表面以及两个大小相同、与流体流向垂直的较小表面。

当流体碰到上游障碍件时，所述上游障碍件的侧面两边交替生成一剪切层，该剪切层在低速下逐渐成为层流层。

在流体的低雷诺数下，本发明涡流流量计扰动该剪切层而使离开上游障碍件的该剪切层变得不稳定而卷成紊流旋涡，从而使Strouhal数大致保持不变。

按照本发明的其它特征：

比值d/t为4-8；

距离dl为d/4-3d/4；

宽度l为0.8d-1.2d；

比值d/D为0.15-0.3；

下游障碍件第一部分的两较大表面相距0.02d-0.08d；

该下游障碍件第一部分的两较小表面互相平行；

下游障碍件第二部分的两较小表面的横向尺寸为0.02d-0.08d；

下游障碍件第二部分的两较大表面的与流体流向平行的尺寸为0.8d-1.2d。

本发明涡流流量计最好还包括减少流体的边界层部分在碰到上游障碍件时产生的马蹄形稳定涡流所造成的紊流效应的装置。

减少由稳定涡流造成的紊流效应的该装置包括两底板，每一底板都有至少一个较大表面与上游障碍件和下游障碍件的纵向垂直，所述两底板在该管部上安装成最大纵向厚度e正对流体的边界层，所述上游障碍件和下游障碍件的两相对纵向端之一固定在底板的较大表面上而使底板的一部分位于上游障碍件的上游。

两底板的厚度e都为0.03D-0.05D。

每一底板的上游端离开上游障碍件的上游表面的距离为0.1d-0.4d。