一種大口徑管氣體流量測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及流體力學領域，特別是管道內流和鈍體繞流領域，具體地說，本發明涉 及一種在大口徑管道內、暴露在流體中鈍體氣體流量測量裝置，借助該結構的擺動運動測 量管道內瓦斯體積流量。
【背景技術】
[0002] 在煤炭開采行業中，為了加強通過瓦斯抽采治理瓦斯災害的重要性，國家煤礦安 全監察總局在2002年制定了瓦斯抽采的"先抽后采，以風定產，監測監控"方針，明確提出 治理瓦斯首先注重瓦斯抽放質量，通過測量瓦斯流量，實現對監測和監控，減少瓦斯災害的 發生。由于瓦斯氣體具有濕度大、粉塵多、現場條件惡劣、處理工藝簡陋及維護能力弱等一 系列特點，這些因素影響流量計的可靠性，穩定性和實用精確度，對瓦斯流量計的應用提出 了更加苛刻的應用限制條件，也決定了適用于煤層氣管道瓦斯輸送計量的計量裝備很少。
[0003] 當前，我國煤礦現場使用的瓦斯管道流量檢測裝備主要有孔板流量計、渦街流量 計和皮托管流量計等。實踐證明，上述流量計在煤礦現場使用過程中測量效果都不理想，或 多或少地存在一些問題。孔板流量計永久性壓力損失大，會給用戶帶來額外投入；容易在節 流件前段堆積雜質，使管道流通面積減小，測量精度下降；節流件邊緣易磨損，流出系數變 化，調校周期短。因此，必須保證其具有足夠的直管段，才能確保流量計測量的精度等。渦 街流量計只適用于高流速介質的測量，對于小流量的瓦斯抽放管道將無法測量。要測量低 流速介質流量，就需要縮小輸氣管道，提高通過渦街流量計的氣體流速，但這會帶來額外永 久性壓損以及變徑投資及安裝問題。另外，渦街流量計還對周圍環境振動很敏感，同時也有 很苛刻的安裝直管段要求。標準皮托管流量計要準確測量管道介質的流速，必須選擇能夠 穩定測量〇.IPa的微差壓，這對差壓傳感器的性能要求很高，且這種流量計前端取壓孔極 其微小，很容易被堵塞，因此，不適合長時間在線測量，適合煤礦現場流量的測量。
[0004] 針對礦用瓦斯流量測量實際情況，迫切需要研制一款能用在大管徑（大于 300mm)、流動壓力低（負壓）、流速小（0-10m/s)、流體介質臟、測量壓損小的瓦斯流量測量 裝置。
[0005] 基于上述需求，本發明的目的是提供一種測量大口徑管道內，特別是瓦斯管道內 氣體流量的氣體流量測量裝置。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種氣體流量測量裝置。所述氣體流量測量裝置結構簡單， 測量方便，特別適用于大口徑瓦斯管道和煙霧管道中氣體流量的測定。
[0007] 本發明所述的氣體流量測量裝置，主要包括設置在氣體管道流體中的擺動部件和 測量擺動部件擺動角度的裝置。
[0008] 本發明所述的裝置通過擺動部件受到浸沒于管道流體的載荷作用發生偏轉擺動， 從而測量管道來流的平均流速和體積流量。
[0009] 進一步的，所述測量擺動部件擺動角度的裝置包括傳感器，所述傳感器設置在擺 動部件中。
[0010] 進一步的，所述測量擺動部件擺動角度的裝置還包括傳感器數據處理和顯示部 件，所述傳感器的測量信號由微電子電路通過導線傳輸到傳感器數據處理和顯示部件；傳 感器數據處理和顯示部件將測量信號處理成對應的瓦斯流量顯示出來。
[0011] 其中，所述傳感器可為角傳感器或位移傳感器。
[0012] 優選本領域常用的各種角傳感器，如單圈絕對式角度傳感器。
[0013] 作為一種具體的實施方式，本發明所述的擺動部件可以包括固定端和擺球，所述 擺球可在外力作用下相對于固定端自由擺動，所述擺球暴露在通過管道中的流體中，所述 固定端設置在管道上；所述固定端和擺球之間采用連桿相連接。
[0014] 所述測量擺動部件擺動角度的裝置包括傳感器與設置在管道外的傳感器數據處 理和顯示部件，傳感器與傳感器數據處理和顯示部件導線連接。
[0015] 所述固定端可設置在管道內壁或外壁。
[0016] 進一步的，所述擺球完全暴露在通過管道中的流體中。
[0017] 所述擺動結構擺動角度的測量傳感器設置在所述擺動部位上，如擺球內部或連桿 上。
[0018] 傳感器與設置在管道外的傳感器數據處理和顯示部件導線連接。
[0019] 通過所述擺動部位在流體的作用下偏轉，達到靜態受力平衡狀態，然后通過獲得 結構偏轉角和受力載荷之間的關系，進而獲得來流平均流速和測量的偏轉角之間的對應關 系，得到流體的平均流速。
[0020] 本發明的測量原理如下：在管道內特定流速分布下，氣體對測量裝置產生流體載 荷作用，在該作用下測量裝置偏離初始位置而擺動，測量該裝置偏離初始位置的平均偏轉 角，從而獲得平均偏轉角與氣體流速及相應體積流量的關系：
[0021]
[0022] 其中：0 (單位-度）為管道軸線和水平線之間的傾斜角；
[0023] a(單位_弧度）為擺動部位在鉛垂平面內擺動的偏轉角；
[0024] G(單位-千克?米/秒2)為擺動部位的重力；
[0025] (單位-千克?米/秒2)為擺動結構受到與來流方向相互垂直的升力；
[0026] FD (單位-千克?米/秒2)為擺動結構受到與來流方向相互平行的阻力；
[0027] 3)進而獲得來流平均流速和測量的偏轉角之間的對應關系式
[0028]
[0029] 其中：V-一管道內平均流速，單位-米/秒。
[0030] 為簡化公式，當管道軸線水平傾斜角9較小（9在〈5~10° )時成立，公式（1) 可由下式替代：
[0031] (r)
[0032]本方法中，升力和阻力FD均可采用動力學的公知技術估算。
[0033] 對于本發明的氣體流量測量裝置，由于擺動部位因脈動流體載荷和端流等其他因 素會導致測量偏轉角隨時間發生脈動變化，因此需要對所測量的偏轉角a取時間平均值， 所述的時間長度根據需要選擇。
[0034] 進一步的，本發明的氣體流量測量裝置適用于其中流體的流速具有高雷諾數時， 即雷諾數范圍為大于5000的湍流速度剖面特征的管道流速測量。