一种大口径管气体流量测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及流体力学领域，特别是管道内流和钝体绕流领域，具体地说，本发明涉 及一种在大口径管道内、暴露在流体中钝体气体流量测量装置，借助该结构的摆动运动测 量管道内瓦斯体积流量。
【背景技术】
[0002] 在煤炭开采行业中，为了加强通过瓦斯抽采治理瓦斯灾害的重要性，国家煤矿安 全监察总局在2002年制定了瓦斯抽采的"先抽后采，以风定产，监测监控"方针，明确提出 治理瓦斯首先注重瓦斯抽放质量，通过测量瓦斯流量，实现对监测和监控，减少瓦斯灾害的 发生。由于瓦斯气体具有湿度大、粉尘多、现场条件恶劣、处理工艺简陋及维护能力弱等一 系列特点，这些因素影响流量计的可靠性，稳定性和实用精确度，对瓦斯流量计的应用提出 了更加苛刻的应用限制条件，也决定了适用于煤层气管道瓦斯输送计量的计量装备很少。
[0003] 当前，我国煤矿现场使用的瓦斯管道流量检测装备主要有孔板流量计、涡街流量 计和皮托管流量计等。实践证明，上述流量计在煤矿现场使用过程中测量效果都不理想，或 多或少地存在一些问题。孔板流量计永久性压力损失大，会给用户带来额外投入；容易在节 流件前段堆积杂质，使管道流通面积减小，测量精度下降；节流件边缘易磨损，流出系数变 化，调校周期短。因此，必须保证其具有足够的直管段，才能确保流量计测量的精度等。涡 街流量计只适用于高流速介质的测量，对于小流量的瓦斯抽放管道将无法测量。要测量低 流速介质流量，就需要缩小输气管道，提高通过涡街流量计的气体流速，但这会带来额外永 久性压损以及变径投资及安装问题。另外，涡街流量计还对周围环境振动很敏感，同时也有 很苛刻的安装直管段要求。标准皮托管流量计要准确测量管道介质的流速，必须选择能够 稳定测量〇.IPa的微差压，这对差压传感器的性能要求很高，且这种流量计前端取压孔极 其微小，很容易被堵塞，因此，不适合长时间在线测量，适合煤矿现场流量的测量。
[0004] 针对矿用瓦斯流量测量实际情况，迫切需要研制一款能用在大管径（大于 300mm)、流动压力低（负压）、流速小（0-10m/s)、流体介质脏、测量压损小的瓦斯流量测量 装置。
[0005] 基于上述需求，本发明的目的是提供一种测量大口径管道内，特别是瓦斯管道内 气体流量的气体流量测量装置。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种气体流量测量装置。所述气体流量测量装置结构简单， 测量方便，特别适用于大口径瓦斯管道和烟雾管道中气体流量的测定。
[0007] 本发明所述的气体流量测量装置，主要包括设置在气体管道流体中的摆动部件和 测量摆动部件摆动角度的装置。
[0008] 本发明所述的装置通过摆动部件受到浸没于管道流体的载荷作用发生偏转摆动， 从而测量管道来流的平均流速和体积流量。
[0009] 进一步的，所述测量摆动部件摆动角度的装置包括传感器，所述传感器设置在摆 动部件中。
[0010] 进一步的，所述测量摆动部件摆动角度的装置还包括传感器数据处理和显示部 件，所述传感器的测量信号由微电子电路通过导线传输到传感器数据处理和显示部件；传 感器数据处理和显示部件将测量信号处理成对应的瓦斯流量显示出来。
[0011] 其中，所述传感器可为角传感器或位移传感器。
[0012] 优选本领域常用的各种角传感器，如单圈绝对式角度传感器。
[0013] 作为一种具体的实施方式，本发明所述的摆动部件可以包括固定端和摆球，所述 摆球可在外力作用下相对于固定端自由摆动，所述摆球暴露在通过管道中的流体中，所述 固定端设置在管道上；所述固定端和摆球之间采用连杆相连接。
[0014] 所述测量摆动部件摆动角度的装置包括传感器与设置在管道外的传感器数据处 理和显示部件，传感器与传感器数据处理和显示部件导线连接。
[0015] 所述固定端可设置在管道内壁或外壁。
[0016] 进一步的，所述摆球完全暴露在通过管道中的流体中。
[0017] 所述摆动结构摆动角度的测量传感器设置在所述摆动部位上，如摆球内部或连杆 上。
[0018] 传感器与设置在管道外的传感器数据处理和显示部件导线连接。
[0019] 通过所述摆动部位在流体的作用下偏转，达到静态受力平衡状态，然后通过获得 结构偏转角和受力载荷之间的关系，进而获得来流平均流速和测量的偏转角之间的对应关 系，得到流体的平均流速。
[0020] 本发明的测量原理如下：在管道内特定流速分布下，气体对测量装置产生流体载 荷作用，在该作用下测量装置偏离初始位置而摆动，测量该装置偏离初始位置的平均偏转 角，从而获得平均偏转角与气体流速及相应体积流量的关系：
[0021]
[0022] 其中：0 (单位-度）为管道轴线和水平线之间的倾斜角；
[0023] a(单位_弧度）为摆动部位在铅垂平面内摆动的偏转角；
[0024] G(单位-千克?米/秒2)为摆动部位的重力；
[0025] (单位-千克?米/秒2)为摆动结构受到与来流方向相互垂直的升力；
[0026] FD (单位-千克?米/秒2)为摆动结构受到与来流方向相互平行的阻力；
[0027] 3)进而获得来流平均流速和测量的偏转角之间的对应关系式
[0028]
[0029] 其中：V-一管道内平均流速，单位-米/秒。
[0030] 为简化公式，当管道轴线水平倾斜角9较小（9在〈5~10° )时成立，公式（1) 可由下式替代：
[0031] (r)
[0032]本方法中，升力和阻力FD均可采用动力学的公知技术估算。
[0033] 对于本发明的气体流量测量装置，由于摆动部位因脉动流体载荷和端流等其他因 素会导致测量偏转角随时间发生脉动变化，因此需要对所测量的偏转角a取时间平均值， 所述的时间长度根据需要选择。
[0034] 进一步的，本发明的气体流量测量装置适用于其中流体的流速具有高雷诺数时， 即雷诺数范围为大于5000的湍流速度剖面特征的管道流速测量。