專利名稱：流體流量計和混和器的制作方法
技術領域：
本發明涉及流體流動裝置，尤其是涉及流體流量計、流體混和器和流體分 配裝置。
背景技術：
美國專利第4,638,672號、第4,812,049號、第5,363,699號和第5,814,738 號以及共同待審批的國際專利申請第PCT/US2004/025900號揭示了流體流量 計及流體分配和混和裝置，它們的特征在于一獨特的靜態流體流動偏移構件 (displacement member)，該構件對稱地安裝在一導管內，其有效地使偏移構 件和導管內表面之間限定的區域內的通過導管的流體流動線性化，并弄平偏移 構件上游和下游的導管內流體流動的速度曲線。該裝置確保可靠地測量導管內 流體流動狀態，還提供不同流體和/或含有顆粒物質的流體的均勻混和。
該獨特的流體流量計和混和器由加利福尼亞州的赫梅特的McCrometer有 限公司制造并以注冊商標"V-CONE"出售，該公司是上述專利和專利申請及 本發明的擁有者。
V-CONE裝置中的流體流動偏移構件由兩個平截頭體組成，通常為錐體， 它們連接在大端處并同軸地安裝在導管的個性化部分內。平截頭體基本上正交 于該個性化部分的軸線和流體流動方向進行安裝，它們的外圍對稱地向內與導 管部分的內表面間隔開。根據偏移構件相對于導管內直徑的尺寸，該偏移構件 可有效地使流體流動在通過該部分的流量范圍之上線性化。
在某些實施例中，通過在平截頭體的大端處將兩個平截頭體連接在一起， 通常是采用焊接方法進行連接，制成該偏移構件。面向上游方向的平截頭體通 常在其上游和較小端處連接(例如，用焊接方法)到一管道或管子上，該管子 穿過偏移構件延伸到其下游面，并穿過管子讀取壓力讀數，或穿過管子引入次流體以與流過導管的主流體混和。管道或管子向外彎曲并延伸穿過導管部分位 于偏移構件上游的壁。管道或管子連接(例如，焊接)到導管部分的該壁，并 便利地用作為將偏移構件同軸地安裝在該部分內的裝置。
在上述實施例中，對于在對應流量范圍上線性化和測量流體流動所需的每 種不同尺寸的流量計，要求有獨立的流量計和其相關的流動傳感裝置。
專利5,814,738揭示了 V-CONE裝置的一實施例，其中，流體流動偏移構 件可移去地和可更換地安裝在導管部分的下游端，以便可移去一給定的偏移構 件并可用一個或多個不同偏移構件更換該給定的偏移構件，以適應不同的流體 和不同范圍的通過導管部分的流體流動。這樣，導管的單個部分(即，單個的 流量計本體)可用于各種偏移構件以適應各種液體和氣體以及通過流量計本體 的大范圍的流動。
裝置的后一實施例還提供穿過導管部分或流量計本體壁的流動測量孔 (t叩)，這樣，偏移構件中不需要測量孔或其它孔或通道。然而，對于某些流 體尤其是高速氣體，己經發現在偏移構件的下游側用導管壁內的測量孔測量的 壓力測量值不如用較早的V-CONE裝置的實施例獲得的下游測量值精確。
國際申請第PC17US2004/025900號揭示了一種組合優點并克服V-CONE裝 置較早型式的缺點的流量計/混和器。尤其是，該申請揭示了在其上游端處將流 體流動偏移構件可移去地和可更換地安裝的導管內并在其下游端的軸線上獲 取壓力測量值的方法和裝置。因此，獲得可更換性和測量準確的諸多優點。
發明內容
本發明的目的是進一步改進上述專利和專利申請中揭示的裝置，以及 V-CONE流量計和混和及分配裝置的各種商用實施例。
特別地，本發明的目的是提供用于所述裝置的流體流動偏移構件，其不需 要現有技術偏移構件所需要的下游平截頭體以及復雜的制造和試驗程序。
根據本發明，每個偏移構件包括單個中空平截頭體，該平截頭體具有與現 有技術裝置的上游平截頭體相同的外部構形，并具有其中適應壓力測量的通 道，沿著中空平截頭體的面向下游的內表面的軸線進行所述壓力測量。中空平截頭體具有外部壁和內部壁，外部壁從平截頭體的軸線向下游方向 向外傾斜，而內部壁同樣地從平截頭體的軸線向下游方向向外傾斜。平截頭體 在其下游端終止于外圍邊緣，該外圍邊緣從流體流動導管壁對稱地向內間隔 開，并限定基本上正交于流體流動方向的平面。在其上游端，偏移構件包括軸 向本體部分，該軸向本體部分用于將偏移構件軸向和對稱地安裝、較佳的是可
可拆卸地安裝在導管內。偏移構件和其安裝組件中具有多個通道，它們沿著平 截頭體的軸線通向進行壓力測量的某一點。
本發明的中空平截頭體偏移構件提供與以前的V-CONE裝置同樣高的特性 和流量測量準確性，它提供偏移構件的可更換性以及在偏移構件下游面的軸線 上作流量測量的優點。此外，重要的是，本發明的中空平截頭體偏移構件便于 以更可靠和可重復的方式制造流量計和混和器，以一致地滿足規定的標準而無 需作個別的測試和標定。
本技術領域內的技術人員從以下的詳細描述中，并結合附圖考慮，將會明 白本發明上述的和其它的目的和優點。
圖1是包括本發明優選實施例的流體流量計的縱向截面圖2是用于圖1流體流量計的偏移構件的第一實施例的側視圖3是用于圖1流體流量計的偏移構件的第二實施例的側視圖；以及
圖4是用于圖1流體流量計的偏移構件的第三實施例的側視圖。
具體實施例方式
以下是對本發明優選實施例的詳細描述，本發明人目前認為這些優選實施 例是實施本發明的最佳模式。隨著詳細描述的進展，本技術領域內的技術人員 將會明白各種修改和變化。
參照圖l，根據本發明制造的流體流量計總的標示于10處，適于安裝在管 道或其它流體流動導管內，該管道或導管顯示為由管道部分12組成，該管道 部分在其端部具有螺栓連接的凸緣14。流量計10由一流量計本體或導管部分20以及一同軸地安裝在本體內的流體流動偏移裝置40構成。流量計本體20 主要地包括管道或導管的一部分，其適于用螺栓或其它方式固定在管道的兩個 部分之間，例如，所示管道部分12的凸緣14之間。以舉例方式示出的流量計 本體是所謂的圓片設計，簡單地限制在凸緣14之間，并借助于延伸在凸緣之 間和連接凸緣的周向間隔開的螺栓16 (僅示出一個)，對中或軸向地對準于管 道部分12。然而，導管部分20可以是任何合適的管道構形，例如，凸緣連接 的導管部分或焊接端的導管部分等。
導管部分20具有一內部孔或通孔22，在使用中該孔包括通過管道12的流 體流動的一部分并構成通過管道12的流體流動路徑的連續部分。如箭頭所示， 流體流動方向是如圖中所見那樣從左到右。管道12和導管部分20通常為圓柱 形，而孔22通常(盡管不總是)具有與管道部分12相同的內橫截面和尺寸。
縱向間隔開的流動測量孔24和26在各部位處為了下文描述的目的而徑向 地延伸穿過本體20。
偏移裝置40由流動調節部分或稱偏移構件42和支承件或稱安裝件44組成。
流動調節或稱偏移構件42由通常為圓柱形的本體組成，該本體在邊緣46 處具有一主要的橫向直徑或尺寸，還具有一通常為錐形的傾斜壁48，傾斜壁沿 上游方向面向流量計本體并朝向本體軸線向內對稱地成錐度。除了下文中所 述，流動調節構件42具有類似于McCrometer有限公司出品的"V-CONE"裝置 中使用的流動偏移構件以及在美國專利第4,638,672號、第4,812,049號、第 5,363,699號和第5，814，738號中所描述的那些流動偏移構件的特征，并以與它 們很相像的方式工作，這些專利所揭示的內容通過引用而結合于此，就像它們 全部在這里闡述一樣。
如現有專利中所描述的，構件42的尺寸小于導管20中的孔22，并同軸地 安裝在孔內與流體流動方向正交，且傾斜壁48向內對稱地與導管壁的內部或 內表面間隔開。傾斜壁48的較大端終止在一鋒利的外圍邊緣46上，該邊緣的 平面正交于流體流動方向。壁48相對于由外圍邊緣46限定的平面形成一角度， 該角度量級為約39。至75° ，較佳的角度量級約為67.5。。構件42相對于導管20內徑的P比(Beta ratio)可在約0.4直至0.94的范圍內。
當流體進入導管20的入口或上游端時，流體被構件42的壁48偏移或偏轉 到橫截面面積逐漸減小的環形區域內，偏轉在外圍邊緣46平面處為最小的面 積。然后，流體向下游流動，逐漸恢復和返回管道12中的自由流流動。由于 構件42產生的偏移，導管20內的流體流動得到穩定，并在構件42的上游和 下游都得到調節。尤其是，構件42有效地在構件42和導管20壁之間的區域 內使流體流動線性化，并在流量一范圍上弄平偏移構件的上游和下游的導管內 流體流動的速度曲線。因此，上游和下游的流動曲線相當平坦、對稱、軸向地 對中在導管內，且不管流量如何，具有大而基本上恒定的平均流動直徑。還有， 使流體和流體中的任何固體材料均勻，從而導管20在其基本上整個全橫截面 區域內充滿基本上均勻的混合物d
鋒利的外圍邊緣46造成短漩渦，短漩渦沿下游方向從外圍邊緣發散。這些 漩渦幅值小頻率高，由此，有利于優化流體流動的返回速度。小幅值和高頻率 的漩渦有效地消除了外來的下游擾動或所謂的"噪音"，由此，有利于準確和 可靠的測量。
在流量計10的優選實施例中，偏移構件42可移去地和可更換地安裝在導 管部分或稱流量計本體20內，以適應用另一個和不同偏移構件來更換某個偏 移構件，例如，另一偏移構件具有不同的構形或P數。為此目的，流量計的優 選實施例包括位于偏移構件上游端的安裝組件44，偏移構件的上游端可拆卸地 固定在該安裝組件上。
組件44包括一管道或導管，其由一管狀套桿或套筒54和一管狀導向管56 組成，套筒54從下游流動測量孔26徑向地延伸到導管20，而導向管56固定 到套筒54的內端并向下游方向沿導管軸線延伸。導向管56和與其相連的每個 偏移構件具有諸如匹配的螺紋那樣的協配裝置，以便可拆卸地但牢固地將偏移
構件同軸地安裝在導向管上。因此，只要將偏移構件旋到導向管上和從其旋下， 就可將不同的偏移構件可附連地/拆卸地且可互換地固定到安裝組件44上。
與V-CONE流量計和混和器的先前獲得專利且商用的實施例中采用的偏移 構件相比，本發明的偏移構件42包括單個的中空平截頭體。該平截頭體具有一外部壁或稱外壁48和一內部壁或稱內壁62，外部壁48面向上游方向并從平 截頭體軸線向外向下游方向傾斜，而內部壁62面向下游方向且也從構件軸線 向外向下游方向傾斜。中空平截頭體的壁終止在偏移構件最大直徑的平面處， 即，外圍邊緣46的平面處。
中空平截頭體42適于可拆卸地和可更換地安裝在導向管56上，并包括位 于一其底部中的軸向孔64，該軸向孔與導向管56和和套桿或套筒54內的管狀 導管連通，并因此與測量孔26連通。 一中空套桿66永久地或可更換地安裝在 孔64內，該中空套桿軸向向后地延伸，SP，向下游方向沿著中空平截頭體的 軸線延伸。中空套桿還與安裝構件54和56中的導管和測量孔26連通，并允 許在測量孔26處測量位于或鄰近于套桿下游端處且位于或鄰近于偏移構件的 軸線處的流體流動狀態。
參照圖2、 3和4，中空的套桿可以各種不同長度提供，例如， 一短套桿66a (圖2)，其在鄰近于邊緣46的平面且在該平面上游的部位處終止在中空平截 頭體內；或一長套桿66b (圖3)，其在鄰近于邊緣46的平面且在該平面下游 的部位處終止在錐體外面；或一中長度套桿66c (圖4)，其終止在邊緣46的 平面處。所有所示的三種套桿便于精確地測量位于或鄰近于偏移構件軸線處、 位于或鄰近于中空平截頭體偏移構件的面向下游的表面處(尤其是位于或鄰近 于邊緣46的平面處)的流動狀態。
作為圖2實施例的替代方案，偏移構件的面向下游的內壁62可以形成為一 淺的截頭體，其向上游方向從邊緣46的平面向內傾斜到對應于套桿66a下游 端的一部位，在此情形中，套桿66a可被省略。然而，圖2實施例仍不失為較 佳的。
上游流動測量孔24便于確定偏移構件42的邊緣46上游的一個或多個流體 流動狀態，而下游流動測量孔26通過管狀構件54、 56和66而連通，其便于 確定位于或鄰近于中空平截頭體偏移構件42的下游邊緣平面處的導管軸向上 的一個或多個流體流動狀態。
兩個測量孔24和26與本技術領域內公知的合適流動測量儀27連接，以便 提供所要確定的流動特征的讀出結果。偏移構件42可拆卸地安裝到導向管或管子44，對于流體流量計和混和裝
置的制造來說特別地有利，有利之處在于可利用標準化的制造程序來生產導 管部分和各種標準直徑的流量計本體以及各種標準直徑、構形和P比的偏移構 件，這樣，滿足各個技術規格書的流量計和混和器可以用標準、庫存、現貨的 部件而不是定制的部件快速地和經濟地進行組裝。
尤其是，本發明中空的平截頭體偏移構件便于將偏移構件制造成用傳統的 加工程序和/或粉末注射模制方法所得精確的尺寸，且具有完全的和準確的一致 性和重復性。 一組給定尺寸的每個偏移構件與同一組尺寸的每個其它偏移構件 都相同。因此，由于標準化和保持流量計本體和偏移構件兩者的幾何形和尺寸 的同一性，現在可以將流體流量計制造成精確的性能規格，無需對每個流量計 進行測試和標定。
因此，本發明的目的和優點已經以方便、實用、經濟和容易的方式達到。 盡管已經圖示和描述了本發明目前優選的實施例，但應該認識到，在不脫
離由附后權利要求書定義的本發明范圍的前提下，可以作出各種變化、改造和修改。
權利要求
1. 在流體流動設備中，所述設備具有沿給定方向傳送流體通過的導管(20)以及在所述導管中的流體流動偏移構件(40)，所述偏移構件(40)相對于流體流動方向具有上游端和下游端，并在其所述兩端之間具有傾斜壁裝置(48)，該傾斜壁裝置在所述構件上形成外圍，用于使流體偏轉以流過限定在所述偏移構件的外圍和所述導管的內部表面之間的區域，其特征在于，所述偏移構件(40)包括具有外部壁(48)和內部壁(62)的中空平截頭體(42)，所述外部壁(48)向下游方向從鄰近于所述導管(20)的軸線處向外傾斜到向內與所述導管的內部表面間隔開的下游外圍邊緣(46)，而所述內部壁(62)向下游方向從鄰近于所述導管的軸線處向外傾斜到所述外圍邊緣。
2. —種流體流量計，該流體流量計具有沿給定方向傳送流體通過的導管 (20)，延伸穿過所述導管的壁并具有沿下游方向面向所述導管的大致軸向的一部分(56)的管子(54)，以及在所述導管中的流體流動偏移構件(40)， 所述偏移構件(40)相對于流體流動方向具有上游端和下游端，所述偏移構件 在其上游端基本上同軸地安裝在所述管子(54)的所述部分(56)上，并在其 所述兩端之間具有傾斜壁裝置(48)，該傾斜壁裝置在所述構件上形成外圍， 用于使流體偏轉以流過限定在所述偏移構件的外圍和所述導管的內部表面之 間的區域，其特征在于，所述偏移構件(40)包括具有外部壁(48)、內部壁(62)以及端口 (66) 的中空平截頭體(42)，所述外部壁(48)沿下游方向從鄰近于所述導管的軸 線處向外傾斜到向內與所述導管的內部表面間隔開的下游外圍邊緣(46)，而 所述內部壁(62)向下游方向從鄰近于所述導管的軸線向外傾斜到所述外圍邊 緣(46)，所述端口 (66)與所述管子連通，位于或鄰近于所述導管的軸線處 且位于或鄰近于所述外圍邊緣的平面處。
3. 如權利要求2所述的流體流量計，其特征在于，所述管子(54)包括位 于導管外部的測量孔(26)，所述端口適于通過所述測量孔測量位于或鄰近于 所述導管軸線處且位于或鄰近于所述外圍邊緣的平面處的所述導管內的流體流動。
4. 如權利要求2所述的流體流量計，其特征在于，所述端口包括中空套桿(66)，所述套桿基本上沿所述中空平截頭體的所述內部壁(62)的軸線延伸， 并具有與所述管子連通的上游端和在所述外圍邊緣的平面處或鄰近于該平面 處敞開的下游端。
5. 如權利要求4所述的流體流量計，其特征在于，所述套桿(66)在所述 內部壁(62)的上游端處安裝在所述中空平截頭體(42)上。
6. 如權利要求4所述的流體流量計，其特征在于，所述中空套桿(66a) 的下游端在鄰近于所述外圍邊緣(46)的平面處且在所述外圍邊緣的平面的上 游終止。
7. 如權利要求4所述的流體流量計，其特征在于，所述中空套桿(66b) 的下游端在鄰近于所述外圍邊緣(46)的平面處且在所述外圍邊緣的平面的下 游終止。
8. 如權利要求4所述的流體流量計，其特征在于，所述中空套桿(66c) 的下游端基本上終止在所述外圍邊緣(46)的平面處。
9. 如權利要求2所述的流體流量計，其特征在于，所述端口 (66)位于鄰 近于所述外圍邊緣(46)的平面處且在該平面的上游。
10. 在如權利要求1所述的流體流動裝置中，所述偏移構件(40)可移去 地和可更換地安裝在所述導管(20)內。
11. 一種流體流量計，其特征在于以下的組合沿給定方向傳送流體通過的導管(20)，所述導管具有帶有內部表面(22) 的外圍壁，在所述導管中的流體流動偏移構件(40)，所述偏移構件(40)相對于流 體流動方向具有上游端和下游端，所述偏移構件(40)的尺寸小于所述導管 (20)，并具有在所述構件上形成外圍的傾斜壁裝置(48)，用于使流體偏轉 以流過由所述偏移構件的外圍和所述導管的內部表面限定的區域，流動測量孔(24)，所述流動測量孔(24)延伸穿過所述導管(20)的壁 并與所述導管內在所述偏移構件(40)上游的區域連通，以及管子(54)，所述管子(54)延伸穿過所述導管(20)的壁并包括沿下游 方向面向所述導管的大致軸向的一部分(56)，所述偏移構件(40)具有聯接到所述管子的所述部分的大致軸向的通道(64、 66)，所述管子和所述通道包括測量孔(26)，所述測量孔在所述導管外部的 區域和所述導管內位于或鄰近于所述導管的軸線處且位于或鄰近于所述偏移 構件的下游端處的區域之間連通，所述偏移構件(40)包括中空平截頭體(42)，該平截頭體從其上游端向 外傾斜到其下游端，并終止在向內與所述導管(20)的內部表面間隔開并限定 基本上正交于所述導管的軸線的平面的外圍邊緣(46)，所述中空平截頭體具 有內部壁(62)，該內部壁沿下游方向從大致所述偏移構件的軸線向外傾斜到 所述外圍邊緣的平面，所述通道(64、 66)基本上沿所述內部壁的軸線延伸， 并終止在所述外圍邊緣的平面處或鄰近于所述外圍邊緣的平面處。
12. 如權利要求11所述的流體流量計，其特征在于，所述通道(64)在鄰 近于所述外圍邊緣的平面處且在所述外圍邊緣的平面的上游終止。
13. 如權利要求ll所述的流體流量計，其特征在于，所述通道(64、 66b) 在鄰近于所述外圍邊緣的平面處且在所述外圍邊緣的平面的下游終止。
14. 如權利要求ll所述的流體流量計，其特征在于，所述通道(64、 66c) 基本上終止在所述外圍邊緣的平面處。
15. 如權利要求ll所述的流體流量計，其特征在于，所述通道包括中空的 套桿(66)，所述套桿固定到所述中空平截頭體(42)并大致沿著所述內部壁(62)的軸線延伸，所述套桿具有聯接到所述管子(54、 56)的上游端和終止 在所述外圍邊緣的平面或鄰近于所述外圍邊緣的平面處的下游端。
16. 如權利要求15所述的流體流量計，其特征在于，所述中空套桿(66a) 在鄰近于所述外圍邊緣的平面處且在所述外圍邊緣的平面的上游終止。
17. 如權利要求15所述的流體流量計，其特征在于，所述中空套桿(66b) 在鄰近于所述外圍邊緣的平面處且在所述外圍邊緣的平面的下游終止。
18. 如權利要求15所述的流體流量計，其特征在于，所述中空套桿(66c) 基本上終止在所述外圍邊緣的平面處。
19. 如權利要求15所述的流體流量計，其特征在于，所述中空套桿(66)可移去地和可更換地固定到所述偏移構件(40)。
20. 如權利要求ll所述的流體流量計，其特征在于，所述偏移構件(40) 可移去地和可更換地安裝在所述導管內。
全文摘要
諸如流體流量計、流體混和裝置或流體分配裝置之類的流體流動設備，包括安裝在導管(20)內并具有傾斜外部壁(48)的流體偏移構件(40)，該外壁(48)在構件上形成外圍，用來使流體偏轉以流過限定在構件外圍和導管內表面之間的面積逐漸減小的區域。該偏移構件是中空平截頭體(42)，它終止在其外圍邊緣(46)的平面內，并適應在導管軸線處或鄰近于該導管軸線處且在偏移構件的外圍邊緣的平面處或鄰近于該平面處的流動測量。
文檔編號G01F1/36GK101416034SQ200680054127
公開日2009年4月22日 申請日期2006年3月29日 優先權日2006年3月29日
發明者F·麥考爾, R·J·W·彼得斯 申請人:麥克科羅米特股份有限公司
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