用于氣體輸送管道的流量調節裝置的制作方法

專利名稱：用于氣體輸送管道的流量調節裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于氣體輸送管道的流量調節裝置，該調節裝置包括至少一個與管道的軸線XX＇基本垂直的沖孔板且包括一個中心孔和幾組附屬孔，幾組附屬孔有規則地分布在以管道的軸線為圓心的同心圓環上。
當將轉子氣體流量計安裝在供氣站中、擴張部分或如閥、彎管、雙彎管、收縮管、三通管、或其他非直線性的管件的干擾物的下游處時，流量計的精度就會有受到那些干擾物在流動中產生的擾動的影響的危險。到目前為止一直在采用的解決的辦法之一是將一根長長的直通管放在流量計與位于下游的最后一個干擾物之間。此種解決辦法不但不利于使供應站的結構緊湊，而且這也證明那些直通管不足以滿足完全地削弱某種主要擾動的影響。
因此，為了消除這種干擾同時減小供應站的尺寸，利用流量調節裝置通常是必要的。這樣的設備改進了流量結構，使流量特性接近于那種在非常長的直通管的下游處所得到的未受到干擾的流量特性，通常稱為“完全展開的”或“定型的”流量。
現在存在著很多種流量調節裝置，其中有很多在IS05167標準或AGA報告7標準中提到過。然而，盡管現有的調節裝置具有減輕氣流旋轉(通稱為渦流)的能力，但是它們中很少能以一種令人滿意的方式降低那種在某種擴張部分-調節閥的下游處觀察到的非對稱性流量或強烈射流的影響。這些調節裝置是為了在上游和下游使用長度相當于管子的標稱直徑的幾倍的直通管而設計的，當調節裝置需要使帶有擴張部分與流量計的供應站結構更緊湊時，這就限制了這種優點。
特別是，專利文獻GB-A-2,235,064介紹了一種流量調節裝置，含有一個沖孔板，沖孔板具有一個中心孔和一組其他的分布在一些以中心孔為圓心的同心圓環上的孔。在每一個同心圓環上，這些孔有規則地分布且它們都具有相同的直徑，因此該裝置是軸對稱的。在從中心孔向每一個同心圓環向外的方向上，孔的直徑在減小。如果將它與長度很長的直通管結合起來用，這樣的流量調節裝置十分有效，但是結果證明是不足以安裝在結構緊湊的帶有擴張部分與流量計的供應站中。
專利文獻US-A-5,495,872和US-A-5,529,093介紹了一種流量調節裝置，它包括一個沒有中心孔的沖孔板，但是有一組基本上分布在以沖孔板的中心為圓心的兩到四個同心圓環上的孔。在任何一個同心圓環上，孔是有規則地間隔開且具有相同的直徑。一個同心圓環上的孔與另一個同心圓環上的孔的直徑不同。一組在等邊三角形的頂點上的三個小直徑的孔位于兩個同心圓環的中心，來替代中心孔。像這樣的沖孔板同樣也不能使性能最佳化，且上面提到的文獻堅持將沖孔板與一種用于消除氣流渦旋的裝置結合使用，這種裝置由一組管子組成且與沖孔板分隔開，長度不可忽略的直通管也必須包括在沖孔板的上下游處的流量調節裝置中。
本發明是為了設法解決上述缺陷和在結構緊湊的裝置中達到以下可能性，即消除由于氣體流經調節閥和擴張部分或某種如雙彎管、三通管似的管件而產生的射流影響、渦流、以及紊流，并在氣體流量計處獲得下述的一種流量，即該流量是氣流沒有任何旋流且紊流度可以與完全展開的流動相媲美的相對于管道的軸線對稱的流量。
這些目的可通過用于氣體輸送管路的流量調節裝置實現，該調節裝置含有至少一個與管道的軸線XX＇基本上垂直的沖孔板，沖孔板含有一個中心孔和幾組附屬孔，附屬孔有規則地分布在以管的軸線為圓心的同心圓環上，流量調節裝置特征在于在至少三個同心圓環上分布有附屬孔，以便限定一個軸線對稱的沖孔板，在任何一個同心圓環內所有的圓孔具有相同的直徑d1、d2d3，沿著中心孔向外的方向到相鄰的同心圓環，孔的直徑在減小和增加的方向上交替地變化，且每一個同心圓環上孔的數目等于或多于六個。
更詳細地而言，圍繞中心圓孔，在沿著離開管子的軸線向外的方向上，沖孔板包括一個由一組具有較小直徑d1的孔組成的內部第一圓環，一個由一組較大直徑d2的孔組成的中間第二圓環，一個由一組直徑在較小直徑d1與較大直徑d2之間為d3的孔組成的外部第三圓環。
沖孔板有助于削弱干擾和促進下游流量的快速重新展開。孔的位置和尺寸以這樣的方式來確定，即出口流量相對于管子的軸線對稱，沒有任何渦旋氣流并且紊流度可以與完全展開流量相媲美，從而促進流量的快速重新展開。
在最佳實施例中，沖孔板包括一個中心孔，組成內部第一同心圓環的十二個具有較小的直徑d1的孔，組成中間第二同心圓環的八個具有較大直徑d2的孔，以及組成外部第三同心圓環的二十個具有中等直徑d3的孔。
有利的是，組成沖孔板外部第三圓環的孔的中等直徑d3與中心孔的直徑d0相近。
最好，沖孔板具有基本等于中間第二同心圓環的孔的直徑d2的厚度e。
在最佳的方式中，在沖孔板中，用DI表示與流量調節裝置相聯的管道的內徑具有較小直徑d1的孔分布在平均直徑為D1(約為0.23DI)的內部第一同心圓環上；具有較大直徑d2的孔分布在平均直徑為D2(約為0.46DI)的中間第二同心圓環上；具有中等直徑d3的孔分布在平均直徑為D3(約為0.84DI)的外部第三同心圓環上。
在最佳實施例中，在沖孔板中，用DI表示與流量調節裝置相聯的管道的內徑中心孔的直徑d0約等于0.12DI；分布在的內部第一同心圓環上的孔的直徑d1約等于0.05DI；分布在中間第二同心圓環上的孔的直徑d2約等于0.16DI；分布在外部第三同心圓環上的孔的直徑d3約等于0.12DI。
沖孔板也可以與位于沖孔板上游且平行的多孔板相聯。在任何情況下，沖孔板對可能在流量方向上承受著較大沖擊力的多孔板來說起到了一個機械支承件的作用。
多孔板提高了沖孔板的效果，并且在使流量變得均勻同時消除較大的紊流結構方面顯示出極好的性能。
多孔板由一種孔隙率在90％至96％范圍內的均質材料構成，且多孔板與流量的接觸面積是篩目的函數且在500m2/m3至2500m2/m3范圍內。
有利的是，厚度大約為10mm的多孔板(2)由非常疏松的鎳-鉻泡沫材料組成。
沖孔板或由沖孔板與多孔板組成的組件相對于管道的軸線以同軸的方式放置，且垂直于軸線固定。
因此，在一個具體的實施例中，調節裝置包括一個用來安裝在管道的兩個法蘭之間的外部環形支承件，且沖孔板放于該支承件內，或者沖孔板與多孔板一起放在支承件內。
外部環形支承件上有一個充當沖孔板的支承座的下游環形臺肩，還通過可移動的間隔圈將沖孔板壓靠在所述的下游環形臺肩上而固定。
在一個特定的實施例中，調節裝置有一個置于可移動的間隔圈與沖孔板之間的多孔板，沖孔板自身背靠下游環形臺肩位于支承座中。
與一個特定特征相適應，外部環形支承件上有徑向方向的壓力引出點，引出點分別位于與上游可移動的間隔圈相齊的位置和與下游環形臺肩相齊的位置，以便能夠進行壓差檢測。
在任何情況下，壓差計使監測在流經調節裝置的水頭損失方面的變化成為可能，這樣可以得知多孔體變得堵塞的程度。
有利的是，調節裝置位于調節閥-擴張部分的下游和流量計的上游處，且在軸向方向上的尺寸不超過氣管標稱直徑DN的三分之一。
本發明的其他特征和優點會從下面作為例子給出并結合附圖的描述的具體的實施例的說明中呈現出來，其中·

圖1是安裝有本發明的流量計的輸送管道的沿軸線方向的剖面圖，且表示出了氣流經過調節裝置后發生的變化；·圖2是構成本發明調節裝置的基本元件-沖孔板的主視圖；·圖3是沿圖2中的剖面線III-III的剖面圖；·圖4是表示怎樣將圖2和圖3中的沖孔板通過環形支承件安裝在一起的例子的軸向剖面圖；·圖5是類似于圖4的軸向剖視圖，但表示的是既包括有沖孔板又有多孔板的流量調節裝置是怎樣實現的；·圖6是類似于圖5的軸向剖視圖，但是還表示出形成于環形支承件中的壓力引出點；·圖7是表示在本發明流量調節裝置中使用不同的多孔板的水頭損失的曲線圖表。
本發明的流量調節裝置主要包括與氣體輸送管道10的軸線XX＇基本垂直的沖孔板3(圖1到圖3)，且沖孔板3自身就已經構成了一個具有極佳效果的流量調節裝置，給出了穿過沖孔板3形成的開口的分布。沖孔板有助于削弱干擾和在下游處流量快速地重新展開，且它可以單獨使用，因為為了有助于流量的快速重新展開，孔的位置和尺寸設計成能使出口流量相對于管的軸線對稱、沒有氣流渦旋、以及紊流度足以與完全展開流量相媲美。
從圖2和3可以看出，沖孔板3含有一個直徑為d0的中心孔30、一個由一組小直徑為d1的孔310組成的內部第一同心圓環31、一個由一組大直徑為d2的孔320組成的中間第二同心圓環32、一個由一組大小在直徑d1與d2的之間中等尺寸直徑d3的孔330組成的外部第三同心圓環33。
沖孔板3的厚度最好與中間圓環32的孔320的直徑d2相近。
在圖2和3所示的例子中，內部同心圓環31有十二個孔310，孔310的圓心有規則地分布在直徑為D1的同心圓環上。中間圓環32有八個孔320，孔320的圓心有規則地分布在直徑為D2的同心圓環上。外部圓環33有二十個孔330，孔330的圓心有規則地分布在直徑為D3的同心圓環上。
外部同心圓環33上的孔330的直徑d3最好是與中心孔30的直徑相近。
舉例來說，用DI代表氣體輸送管道10的內徑，沖孔板3的一些參數表示如下e＝0.162DI D1＝0.226DId0＝0.123DI D2＝0.461DId1＝0.046DI D3＝0.844DId2＝0.162DId3＝0.119DI因為孔的分布方式，特別是因為由一組位于具有相對較大的直徑d0的中心孔30周圍的小孔310構成的內部第一同心圓環31的存在，使得沖孔板3將紊流21轉變成在多數情況下具有令人滿意的特性的定型流22成為可能(圖1)。
盡管如此，如果充滿整個氣流斷面的沖孔板3與多孔板2相結合，流量調節裝置的效果能夠進一步改進，其中多孔板2被放在沖孔板3的上游位置且使兩者相接觸，從而整個氣流流經兩個元件2和3(圖1)。沖孔板3對于多孔板2也充當一個機械支承件，多孔板2自身在流量方向上承受著與它產生的水頭損失成比例的巨大的沖擊力。多孔板2有助于消除流量的非對稱性和削弱高紊流度。
多孔板2有使流量均勻化的同時消除較大紊流結構的極佳的性能。所用的材料是孔隙率(空腔部分與全部體積的百分比)在90％到96％的均質材料。多孔板2與流量的接觸面積是篩目的函數，且在500m2/m3(對于粗網眼)到2500m2/m3(對于細網眼)范圍內，網眼越細，由于粘滯度造成的水頭損失就越大。對于在大氣壓力下和以10m·s-1的速度流動的氣體，厚度為10mm的多孔材料板2的水頭損失系數(水頭損失/動態壓力)在2.7到15.7的范圍內。
舉例來說，多孔板2的多孔材料可以由Sumitomo歐洲有限公司出售的名為Celmet的非常疏松的鎳-鉻泡沫組成。
圖7有一條表示由直徑為80mm厚度為10mm的Celmet板產生的水頭損失(以“巴”為單位)作為基準流量(以m3/h為單位)(流速簡化為壓力和溫度常規條件，即1.013巴和273.15開爾文)的函數的曲線，且保持5巴的恒定的下游壓力。
所用的多孔板的密度與所要求的相適應。較細的粒料在消除流量擾動方面更有效，而較粗粒料則可避免堵塞的危險。所選的粒料的尺寸是上面兩制約因素之間綜合考慮的結果。
在圖7中，曲線A與粗粒料的Celmet相對應，曲線B與細粒料的Celmet相對應，曲線C與在氣體輸送網絡中使用了一年后的細粒料的Celmet相對應。
關于怎樣在管道的兩法蘭11和12之間安裝本發明的流量調節裝置的例子下面將參照圖4至6進行敘述。
為了確保由流量調節裝置本身構成的組件，無論是由沖孔板3(圖4)構成的還是有沖孔板3和多孔板2(圖5和6)構成的，相對于管道10的軸線嚴格同軸，并且為了保持流量調節裝置的活動元件2、3與管道10垂直，這些活動元件2、3被固定在環形的支承件4、4＇中，支承件4、4＇自身固定在管道10的上下游的兩法蘭11和12之間。
可移動的間隔圈1A(圖4)、1B(圖5)、或1C(圖6)，其在軸向方向上的厚度既與支承環4、4＇的厚度相適應也與流量調節裝置的活動元件2、3的厚度相適應，該間隔圈用來使沖孔板3(圖4)或由沖孔板3與多孔板2(圖5和6)構成的組件背靠在形成于外部環形支承件4、4＇中的作為支承座的下游環形臺肩41、41＇上進行固定。
支承件4、4＇由與其自身的支承片同軸的且分為兩部分的環形開口貫通。幾乎占支承件4、4＇全長的上游部分由與支承片1A、1B、1C、2、和3的外徑相一致的直徑貫通，從而片式組件1A、3或1B、2、3或1C、2、3安裝在支承件4、4＇中。下游部分由一個稍微小一些的直徑貫通，與氣體輸送管道10的內徑相等以便形成一個供上面提到的片式元件構成的組合件頂靠的臺肩41、41＇。
這三片(環1B或1C，多孔板2，以及沖孔板3)的厚度之和必須比支承件4、4＇的用于堆積這些片形元件的環形開口在臺肩41、41＇與上游端面之間測得的長度稍微大一些，結果當該組件被夾在法蘭11和12中時多孔體2有一點被壓扁且組合件完全被閉塞。這就消除了任何產生的振動和噪音的可能性。由兩個O型環8和9提供密封，O型環8和9安裝在加工于支承件4、4＇的每一個端面的溝槽中，且與法蘭11和12的光滑密封表面接觸。
支承件4、4＇的臺肩41、41＇以及間隔圈1A、1B、1C的內徑與管道10的內徑一致且相等，所以就不存在內徑的突變而對流量產生干擾。
當流量調節裝置直接安裝在下游處時，一個貫通支承件4、4＇的任意的徑向孔5使擴張部分的先導閥中排氣口能夠連接在該孔處。當該裝置直接放在擴張部分的下游時，這有使通過先導系統的流量也包括在計量流量中成為可能的優點。孔開口與多孔板2相對。這有分散由先導流量造成的射流的作用，由此削弱在相反的情況下將會在低流速和沒有流量調節裝置的情況下產生的流量的非對稱性。
在支承件4、4＇的下游端面的外周具有一個臺肩42、42＇，以有利于組件相對于下游法蘭12達到同軸。臺肩42、42＇套裝在位于管道下游的法蘭12的凸面120外圍。臺肩42、42＇的厚度必須比法蘭12的接觸表面120厚度要小，從而只能通過O型環8而不是通過臺肩42、42＇來產生接觸。
在圖6所示的實施例中，支承件4＇的寬度比在圖4和5中的支承件4的寬度要大，以便在支承件4＇上形成兩個徑向孔6和7，其中之一(孔6)位于多孔板2的上游而另一個孔(孔7)則位于沖孔板3的下游。
通過將壓差計連接到這兩個孔6和7上，就可能監測經過流量調節裝置的水頭損失的變化，這樣確定多孔體2堵塞到了何種程度。這在氣體含有大量的易于凝結的物質區域的高度擴張下游處是特別有利。
本發明的調節裝置特別適用于安裝在氣體供應站內的調節閥-擴張部分的下游處，且流經多孔板2的水頭損失很容易就會比較大。通常，本發明的流量調節裝置適用于直接放在任何一個通常出現在氣體輸送站中的干擾物的下游處，如彎管、雙彎管、擴散管口、收縮管口、……等等。
本發明的流量調節裝置設計成不但能夠背靠下游管的上游法蘭12放置，而且能夠直接背靠氣體流量計(如轉子流量計)的上游法蘭12放置，而不需要在調節裝置與流量計之間放一根長長的直通管。
因此，使用本發明的流量調節裝置，可以取消通常用于流量計與最后一個干擾物之間的直通管，直通管依據不同的國家和供氣站有不同的推薦長度，范圍在5DN至10DN之間。比如美國的涉及轉子流量計的AGA標準就推薦了一種使用一種調節裝置標準結構，在調節裝置的下游端面與流量計之間放置至少有5DN長的直通管，且流量計與最后的干擾物之間為10DN的直通管，其中DN代表氣管的標稱直徑(如150mm)。
在軸線方向上，本發明的流量調節裝置非常小，且其長度不到DN/3。
將會看出，將組件完全放在法蘭之間和不插入管道的直通部分，固定和不固定都有利。組件能夠通過松開一半螺栓而抽出來。沒有必要將一部分管道移開。
作為一個支承件4、4＇中的組合件的各種同心元件1A、3；1B、2、3；1C、2、3的位置使改變調節裝置的結構和隨意地增加或移走多孔板2而不需要改變氣體輸送站的結構變得容易。
多孔板2的存在有保護流量計免受碎石和冰塊或可能會破壞流量計的葉片(如果是有轉子流量計構成的話)的含水化合物的沖擊。
權利要求
1.一種用于氣體輸送管路的流量調節裝置，調節裝置含有至少一個與管(10)的軸線XX＇基本上垂直的沖孔板(3)，沖孔板(3)含有一個中心孔(30)和幾組(31、32、33)附屬孔(310、320、330)，附屬孔(310、320、330)有規則地分布在以管(10)的軸線為圓心的同心圓環上，其特征在于在至少三個同心圓環(31、32、33)上分布有附屬孔(310、320、330)，以便限定一個軸線對稱的沖孔板(3)，由于在任何一個同心圓環(31、32、33)內所有的圓孔(310、320、330)具有相同的直徑d1、d2、d3，沿著中心孔向外的方向到相鄰的同心圓環(31、32、33)，孔(310、320、330)的直徑在減小和增加的方向上交替地變化，且每一個同心圓環(31、32、33)上孔(310、320、330)的數目等于或多于六個。
2.根據權利要求1所述的流量調節裝置，其特征在于圍繞中心圓孔(30)，沿著離開管道(10)的軸線向外的方向，沖孔板(3)包括一個由一組具有較小直徑d1的孔(310)組成的內部第一同心圓環(31)，一個由一組較大直徑d2的孔(320)組成的中間第二同心圓環(32)，一個由一組直徑在較小直徑d1與較大直徑d2之間為d3的孔(330)組成的外部第三同心圓環(33)。
3.根據權利要求1或2所述的流量調節裝置，其特征在于沖孔板(3)包括一個中心孔(30)，組成內部第一同心圓環(31)的十二個具有較小的直徑d1的孔(310)，組成中間第二同心圓環(32)的八個具有較大直徑d2的孔(320)，以及組成外部第三同心圓環(33)的二十個具有中等直徑d3的孔(330)。
4.根據權利要求2或3所述的流量調節裝置，其特征在于組成沖孔板(3)外部第三同心圓環(33)的孔(330)的中等直徑d3與中心孔(30)的直徑d0相近。
5.根據權利要求2至4中的任一項權利要求所述的流量調節裝置，其特征在于沖孔板(3)具有基本上與中間第二同心圓環(32)的孔(320)的直徑d2相等厚度e。
6.根據權利要求2至5中的任一項權利要求所述的流量調節裝置，其特征在于在沖孔板(3)中，用DI表示與流量調節裝置相聯的管道(10)的內徑具有較小直徑d1的孔(310)分布在平均直徑為D1的內部第一同心圓環(31)上，D1約等于0.23DI；具有較大直徑d2的孔(320)分布在平均直徑為D2的中間第二同心圓環(32)上，D2約等于0.46DI；具有中等直徑d3的孔(330)分布在平均直徑為D3的外部第三同心圓環(33)上，D3約等于0.84DI。
7.根據權利要求2至6中的任一項權利要求所述的流量調節裝置，其特征在于在沖孔板(3)中，用DI表示與流量調節裝置相結合的管道(10)的內徑中心孔(30)的直徑d0約等于0.12DI；分布在內部第一同心圓環(31)上的孔(310)的直徑d1約等于0.05DI；分布在中間第二同心圓環(32)上的孔(320)的直徑d2約等于0.16DI；分布在外部第三同心圓環(33)上的孔(330)的直徑d3約等于0.12DI。
8.根據權利要求1至7中的任一項權利要求所述的流量調節裝置，其特征在于沖孔板(3)與位于其上游且與其平行的多孔板(2)相聯結。
9.根據權利要求8所述的流量調節裝置，其特征在于多孔板(2)由一種孔隙率在90％至96％范圍內的均質材料構成，多孔板(2)與流量的接觸面積是篩目的函數且在500m2/m3至2500m2/m3范圍內。
10.根據權利要求8或9所述的流量調節裝置，其特征在于多孔板(2)具有約為10mm的厚度并且由非常疏松的鎳-鉻泡沫材料組成。
11.根據權利要求1至10中的任一項權利要求所述的流量調節裝置，其特征在于調節裝置包括一個安裝在管道(10)的兩個法蘭(11、12)之間的外部環形支承件(4)且其中安放有沖孔板(3)或者沖孔板(3)與多孔板(2)。
12.根據權利要求11所述的流量調節裝置，其特征在于外部環形支承件(4、4＇)有一個充當沖孔板(3)的支承座的下游環形臺肩(41、41＇)，通過可移動的間隔圈(1A、1B、1C)將沖孔板(3)壓靠在所述的下游環形臺肩(41、41＇)上而固定。
13.根據權利要求12所述的流量調節裝置，其特征在于調節裝置有一個置于可移動的間隔圈(1B、1C)與沖孔板(3)之間的多孔板(2)，沖孔板(3)自身背靠下游環形臺肩(41、41＇)位于支承座中。
14.根據權利要求13所述的流量調節裝置，其特征在于外部環形支承件(4＇)上有徑向方向的壓力引出點(6、7)，引出點(6、7)分別位于與上游可移動的間隔圈(1C)相齊的位置和與下游環形臺肩(41＇)相齊的位置，以便能夠進行壓差檢測。
15.根據權利要求1至14中的任一項權利要求所述的流量調節裝置，其特征在于調節裝置位于調節閥-擴張部分的下游和流量計的上游處，且在軸向方向上的尺寸不超過氣管標稱直徑DN的三分之一。
16.根據權利要求8或15或權利要求11至14中的任一項權利要求所述的流量調節裝置，其特征在于徑向孔(5)貫通支承件(4＇)，徑向孔(5)與擴張部分的先導閥排氣口相連，徑向孔(5)位于與多孔板(2)相齊的位置以分散由先導流量產生的射流。
全文摘要
用于氣體輸送管路的流量調節裝置含有至少一個與管的軸線XX′基本上垂直的沖孔板,沖孔板含有一個中心孔和幾組在至少三個同心圓環上分布的附屬孔,以便限定一個軸對稱的沖孔板,由于在任何一個同心圓環內所有的圓孔具有相同的直徑d
文檔編號F16L55/027GK1229174SQ9910287
公開日1999年9月22日 申請日期1999年3月11日 優先權日1998年3月13日
發明者多米尼克·迪泰特, 樊尚·德拉阿爾普 申請人:法國天然氣公司