一種多流束高精度旋翼式流量傳感器及其工作方法

2023-07-31 13:58:06

專利名稱：一種多流束高精度旋翼式流量傳感器及其工作方法
技術領域：
本發明涉及一種多流束高精度旋翼式流量傳感器及其工作方法，特別適合於集中供熱計量收費和樓宇中央空調的冷熱量計量收費的熱量表和冷熱量表。
(二)技術背景隨我國國民經濟的高速發展，對資源的需求越來越大，在2008年金融危機後，能源以及節能成為全球性的重大問題，節能也成為國家的基本國策。如我國水資源的人均佔有量只有2710立方米，約為世界人均佔有量的1/4，居世界第88位。國外一些國家工業用水早已採取循環用水措施，水的重複利用率高達70% 90%左右，而中國多數城市還停留在20% 50%的水平上。由於工藝技術落後，工業用水定額也遠遠高於國外先進水平。 中國佔世界石油儲量的1. 5%，產量佔世界總量的4. 5%，但消費量卻佔世界總量的8. 2%0 經歷了世界性的金融危機以來，為了保證我國國民經濟的可持續發展，節約能源早已提到議事日程上來，國家加大了節能力度，出臺了相應的法律法規，計量收費供水和供熱勢在必行。從2010年集中供熱計量收費已經全面實施，各地也出臺了相應的法律法規和實施細則，因此，本發明在當前形勢下有著極其廣闊的應用前景。我國供熱、供水計量收費儀表——流量傳感器(流量計)中，機械式流量傳感器 (流量計)市場佔有量高達80%以上，而且均為單旋翼流量計(或稱為旋翼式流量計)。嚴格定義，中小流量使用單個直翼的旋翼式流量計，大流量使用螺翼式流量計(其旋翼為空間曲面)。隨著我國科學技術水平的不斷提高，和綜合國力的不斷增強，新型流量計的應用也不斷增加，如超聲流量計，某些場合也有引導使用超聲流量計的輿論和指令。按照我國國情，供熱水質問題，不僅使機械式流量計失效，同樣也使超聲流量計失效，不是有否機械運動部件的問題，而是水質使機械流量計產生運動故障，同樣也使超聲流量計出現發射和接收故障，極端時候出現超聲發射後，根本無法到達接收器上。另，從歐洲近百年的集中供熱收費計量的經驗證明，雖然有超聲流量計，但機械式流量計在歐洲的市場保有量和使用量的兩大指標均佔80%以上。而且超聲流量計的製造成本是機械式流量計的數倍，雖然由於電子技術的進步，使超聲技術應用更加便捷，但其成本遠高於機械式流量計，因此機械式流量傳感器(流量計)的技術創新和推廣應用才是符合我國國情最好途徑。

發明內容
本發明的目的在於設計一種多流束高精度旋翼式流量傳感器及其工作方法，它能夠解決現有技術的不足，有效的提高了流量傳感器的計量精度和穩定性。本發明的技術方案一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於它包括流量計殼體、流量計上蓋、上葉輪殼組件、葉輪組件、下葉輪殼組件、濾網、導流組件、外計量室及內計量室；所述流量計殼體底部連接導流組件；所述導流組件有導流斜面和中心圓柱出水孔；所述濾網安裝在導流組件上；所述下葉輪殼組件安裝在濾網上；所述上葉輪殼組件安裝在下葉輪殼組件上；所述上葉輪殼組件下部圓柱環開有至少8個楔形進水口 ；所述葉輪組件安裝在上葉輪殼組件和下葉輪殼組件之間；所述流量計上蓋裝在流量計殼體內的上部；所述上葉輪殼組件和下葉輪殼組件與流量計上蓋之間為外計量室；所述上葉輪殼組件和下葉輪殼組件內為內計量室；所述流量計殼體與流量計上蓋之間有流量計上蓋密封圈； 所述濾網與導流組件之間有濾網密封圈。上述所述流量計殼體的一端為進水口，另一端為出水口，頂部有流量計上蓋安裝螺紋，底部安裝有作為導流組件的導流殼；所述流量計上蓋依螺紋與流量計上蓋安裝螺紋連接；所述導流殼由用於改變進口流體流動方向的導流殼導流斜面和導流殼中心圓柱出水孔構成；所述導流殼依流量計殼體圓柱孔和圓柱孔下端面的定位長槽定位；所述導流殼上部依等間距不等長度的卡爪與流量計殼體連接，下部依定位凸爪與流量計殼體圓柱孔下端面的定位長槽相對應；所述導流殼的迎水流面為導流斜面；所述與流量計殼體之間有導流殼密封圈；所述導流殼密封圈安裝在導流殼的橢圓形密封圈安裝槽內，橢圓形密封圈安裝槽的法向截面為矩形；所述導流殼材料為PPE或PPS工程塑料；或者，所述流量計殼體的一端為進水口，另一端為出水口，頂部有流量計上蓋安裝螺紋，中部有濾網安裝端面，底部為中心圓柱出水孔和導流斜面；所述中心圓柱出水孔和導流斜面構成導流組件；所述流量計上蓋依螺紋與流量計上蓋安裝螺紋連接。上述所述葉輪組件為旋翼式葉輪，它由葉輪體、傳感元件、上葉輪軸及軸套組件構成，所述葉輪體上有旋翼，葉輪體中心的上方有傳感元件及上葉輪軸，中心的下方有軸套組件，所述傳感元件鑲嵌在葉輪體內；所述上葉輪殼組件由上葉輪殼體及軸套組件構成，所述軸套組件在上葉輪殼體的中心；所述下葉輪殼組件由下葉輪殼及下葉輪軸構成，所述下葉輪軸在下葉輪殼的中心；所述葉輪體上方的上葉輪軸插入上葉輪殼組件的軸套組件的孔中；所述下葉輪殼組件的下葉輪軸插入葉輪體下方的軸套組件的孔中；所述旋翼式葉輪材料為高溫PP工程塑料；所述上葉輪軸和下葉輪軸為不鏽軸承鋼或硬質合金。上述所述旋翼為直旋翼，即輪廓包絡母線平行於葉輪軸軸線形成的幾何形體；或為螺翼，其葉片翼形為空間曲面。上述所述傳感元件為磁體或感應板；所述磁體為磁環；所述感應板為特殊金屬扇形板。上述所述葉輪體、傳感元件、上葉輪軸及軸套組件為一體。上述所述軸套組件由軸套及止推軸承構成；所述止推軸承安裝在軸套內；所述軸套材料為碳纖維增強PA或增強PA，止推軸承為剛玉軸承。上述所述軸套的外側為用於徑向和軸向定位的階梯外圓柱，內側為階梯內圓柱， 階梯內圓柱的大孔裝配有止推軸承，小孔與葉輪軸配合；所述止推軸承過盈配合裝入套。上述所述濾網安裝在導流組件的中心圓柱出水孔的端面上；所述濾網上部為有等間距扇形過水孔的圓盤，中心為濾網圓柱出水孔，與導流組件連接的端面上有端面密封圈安裝槽，濾網圓柱出水孔下部為等分的軸向矩形筋條，濾網圓柱出水孔外側為同軸心的環形圓柱槽；所述下葉輪殼組件，由三個圓柱環組成內環注塑時裝入下葉輪軸；中環下部有環形圓柱槽，插在濾網圓柱出水孔和同軸心的環形圓柱槽之間，其內側下端面與濾網圓柱出水孔下部等分的軸向矩形筋條上端接觸，中環上部為等壁厚圓錐環體，內環和中環之間由至少4個，均勻分布的斜嚮導流筋連接；外環為圓柱環體，有等間距的花鍵與中環體連接，外環外圓柱有等間距的凸爪，凸爪卡入流量計上蓋的內圓柱環形溝槽定位，外環端面有用於上葉輪殼組件定位的等間距的圓柱孔；所述上葉輪殼組件，下部圓柱環開有楔形進水口，圓柱環下端面有等距對應於下葉輪殼組件外環端面等間距圓柱孔的圓柱；下葉輪殼組件和上葉輪殼組件依圓柱孔和圓柱定位，頂部端面有徑嚮導流筋和環狀導流環，導流環內為截頂倒圓錐體，中心有一圓柱體， 圓柱體注塑時放入軸套組件，上端面有用於消除與流量計上蓋裝配間隙的等間距的球面凸起。上述所述流量計上蓋，其上頂端為截頂倒圓錐體，頂部斷面金屬材料厚度為1mm， 由於特殊的截面設計，既可滿足最大5MPa工作壓力的使用條件，同時又可以對葉輪組件傳感元件信號的衰減影響極小，經頂部金屬材料斷面接收的信號，遠大於其信號採樣的工作閾值。上述所述流量計殼體和流量計上蓋材料為金屬材料，黃銅或不鏽鋼；所述上葉輪殼組件和下葉輪殼組件材料為PPE或PPS工程塑料；所述濾網材料為PPS或增強PA工程塑料。上述所述流量計上蓋2連接有雲臺13，雲臺13依卡爪與流量計上蓋2 ；所述雲臺 13依軸塊連接電子單元14。一種上述多流束高精度旋翼式流量傳感器的工作方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)流體從流量計殼體的進水口進入後，沿導流組件的導流斜面向上通過濾網上部圓盤的等間距扇形過水孔，進入上葉輪殼組件和下葉輪殼組件與流量計上蓋之間的外計量室，從斜切線方向進入上葉輪殼組件的楔形進水口，通過楔形進水口的流體進入上葉輪殼組件和下葉輪殼組件之間的內計量室，推動葉輪組件旋轉；(2)通過內計量室流體的瞬時流速轉變葉輪組件的轉動；其轉動的瞬時轉速為流體通過內計量室瞬時流速的函數；(3)葉輪組件由從楔形進水口沿斜切線方向進入的流體形成的多個流束推動旋轉，其受力分布均勻穩定，消除了速度式旋翼流量計因壓力和速度突變擾動引起的計量誤差；(4)葉輪組件在流體的作用下，產生向下推動的軸向力，使葉輪組件軸向位置穩定運行在內計量室下部，葉輪體下方軸套組件的止推軸承始終和下葉輪殼組件的下葉輪軸頂端接觸，穩定了葉輪體工作時的相對軸向位置，克服了普通旋翼式流量計葉輪工作時沿軸線竄動的弊病，提高了計量精度；(5)同時流體改變運動方向向下，從下葉輪殼組件內環和中環之間斜嚮導流筋的間隙孔進入濾網圓柱出水孔，再通過導流組件的中心圓柱出水孔從流量計殼體的出水口流出；完成計量工作。本發明的工作原理流體從流量計殼體進水口進入，沿導流組件斜面改變方向垂直向上流動，且呈環狀空心流體柱，流經濾網扇形孔後，進入上葉輪殼組件和下葉輪殼組件與流量計上蓋之間的外計量室，從斜切線方向進入上葉輪殼組件的楔形進水口，通過楔形進水口流體加速進入上葉輪殼組件和下葉輪殼組件之間的內計量室，流體形成多流束(本案為20流束)均勻推動葉輪組件旋轉；同時流體改變運動方向向下，從下葉輪殼組件內環和中環之間斜嚮導流筋的間隙孔進入濾網中心孔，再通過導流組件中心孔從流量殼體出水口流出；由於多流束流體的動能均勻作用在葉輪組件上，使之轉動受力均勻轉動平穩，不受系統內部壓力和速度突變擾動的影響，消除了速度式旋翼流量計因壓力和速度突變擾動引起的計量誤差；由於進入內計量室的流體在推動葉輪組件旋轉的同時，在系統壓力作用下改變運動方向，向下運動，葉輪組件在流體的作用下，產生向下推動的軸向力，使葉輪組件軸向位置穩定運行在內計量室下部，葉輪軸套組件的剛玉止推軸承始終和下葉輪殼組件的下葉輪軸頂端接觸，穩定了葉輪的工作時的相對軸向位置，克服了普通旋翼式流量計葉輪工作時沿軸線竄動的弊病，也提高了計量精度；由於流體對葉輪組件的作用(速度場和壓力場)均勻、穩定、抗擾動，使得葉輪瞬時轉速更為真實地對應於流經計量室的流體瞬時流速，使表徵流量計的流量特性函數減少震蕩和奇點；普通旋翼式速度流量計葉輪工作時，其軸線是在一個圓柱空間內隨機擺動，是徑向平移和軸向平移的合成，本發明葉輪組件的軸線工作時基本沒有軸向平移，僅有由於葉輪軸和軸套間隙配合引起的徑向隨機平移，且其配合間隙在設計上和工藝上是可控的，因此一般徑向平移量極小(< 0. IOmm)，故本發明的計量精度遠高於普通旋翼式速度流量計。本發明的優越性1、本發明採用多流束原理，使得葉輪瞬時轉速更為真實地對應於流經計量室的流體瞬時流速，改善了流量計的流量特性，提高了流量計量精度、重複性、 再現性和穩定性，消除普通旋翼式流量計因流體速度場和壓力場擾動和突變引起計量精度誤差；2、本發明由於使用了多流束和特定的流體路徑技術，葉輪組件的軸線工作時基本沒有軸向平移，僅有由於葉輪軸和軸套間隙配合引起的徑向隨機平移，且其配合間隙在設計上和工藝上是可控的，因此一般徑向平移量極小(< 0. IOmm)，故本發明的計量精度遠高於普通旋翼式速度流量計，流體向下運動的流向，使葉輪組件基本在最低軸向位置工作，這樣消除了葉輪工作時軸線的軸向位置變化，和可控的軸線徑向平移，對流量檢測數值的影響和擾動也大幅度減小，進一步改善了流量計流量特性，提高了計量精度和計量的準確性、真實性及穩定性；3、本發明的流量特性曲線得到了較大的改善，從分界流量qt到最大流量qmax 的絕對誤差帶由原來的< 士3%，減小至< 士0. 5% ；最小流量qmin到分界流量qt的絕對誤差帶由原來的彡士5%，減小至彡士0.6%;4、本發明使用金屬流量計上蓋，大幅度提高了工作壓力，最大工作壓力達5MPa，遠高於國家標準的1. 6MPa(普通表)和2. 5MPa(高壓表)， 尤其適合於中央空調的製冷供熱系統；對提高集中供水、供熱計量和中央空調的製冷供熱系統的法定儀表計量精度和耐壓特性有著極其重要的作用，對節能降耗有著廣闊的應用前
旦
ο


圖1為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的整體結構剖視圖；圖2為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的外觀立體圖；圖3為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的下葉輪殼組件立體圖；圖4-a、圖4-b、圖4-c為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的下葉輪殼組件投影圖(其中，圖4-a為主剖面視圖，圖4-b為圖4-a的右視圖，圖4_c為圖4_a 的左視圖)；圖5為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的葉輪組件外觀圖6-a、圖6-b、圖6-c為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的葉輪組件投影圖(其中，圖6-a為主剖面視圖，圖6-b為圖6-a的右視圖，圖6_c為圖6_a的左視圖)；圖7為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的上葉輪殼組件立體圖；圖8-a、圖8-b、圖8-c為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的上葉輪殼組件投影圖(其中，圖8-a為主剖面視圖，圖8-b為圖8-a的右視圖，圖8_c為圖8_a 的左視圖)；圖9為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的軸套組件剖視圖；圖10為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的導流殼的立體圖；圖11-a、圖11-b、圖11-c為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的導流殼的投影圖(其中，圖11-a為主視圖、圖11-b為圖11-a的左視圖、圖ll_c為圖ll_a的俯視圖)；圖12為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的濾網立體圖；圖13為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的濾網主剖視圖；圖14為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的流量計殼體的一種實施例的立體圖；圖15為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器的流量計殼體的一種實施例的主剖視圖；圖16為本發明所涉一種多流束高精度旋翼式流量傳感器與熱量表的裝配剖視圖。其中1為流量計殼體，1-1為進水口，1-2為出水口，1-3為流量計上蓋安裝螺紋， 1-4為濾網安裝端面，1-5為中心圓柱出水孔，1-6為導流斜面，2為流量計上蓋，3為上葉輪殼組件，3-1為上葉輪殼體，4為葉輪組件，4-1為葉輪體，4-2為磁環，4-3為上葉輪軸，4_4 為軸套組件，4-4-1為軸套，4-4-2為止推軸承，5為下葉輪殼組件，5-1為下葉輪殼，5-2為下葉輪軸，6為濾網，6-1為有等間距扇形過水孔的圓盤，6-2為濾網圓柱出水孔，6-3為端面密封圈安裝槽，6-4為孔下部等分的軸向矩形筋條，6-5為同軸心的環形圓柱槽，7為流量計上蓋密封圈，8為導流殼密封圈，9為導流殼，9-1為導流殼導流斜面，9-2為導流殼中心圓柱出水孔，9-3為卡爪，9-4為定位凸爪，9-5為橢圓形密封圈安裝槽，10為濾網密封圈，11為外計量室，12為內計量室，13為雲臺，14為電子單元。
具體實施例方式實施例1 一種多流束高精度旋翼式流量傳感器(見圖1、圖2、圖16)，其特徵在於它包括流量計殼體1、流量計上蓋2、上葉輪殼組件3、葉輪組件4、下葉輪殼組件5、濾網6、 導流組件、外計量室11及內計量室12 ；所述流量計殼體1底部連接導流組件；所述導流組件有導流斜面和中心圓柱出水孔；所述濾網6安裝在導流組件上；所述下葉輪殼組件5安裝在濾網6上；所述上葉輪殼組件3安裝在下葉輪殼組件5上；所述上葉輪殼組件3下部圓柱環開有20個不等間距分布的楔形進水口 ；所述葉輪組件4安裝在上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5之間；所述流量計上蓋2裝在流量計殼體1內的上部；所述上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5與流量計上蓋2之間為外計量室11 ；所述上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5內為內計量室12 ；所述流量計殼體1與流量計上蓋2之間有流量計上蓋密封圈7 ；所述濾網6與導流組件之間有濾網密封圈10。上述所述流量計殼體1的一端為進水口 1-1，另一端為出水口 1-2，頂部有流量計上蓋安裝螺紋1-3，底部安裝有作為導流組件的導流殼9 ；所述流量計上蓋2依螺紋與流量計上蓋安裝螺紋1-3連接；所述導流殼9由用於改變進口流體流動方向的導流殼導流斜面 9-1和導流殼中心圓柱出水孔9-2構成；所述導流殼9依流量計殼體1圓柱孔和圓柱孔下端面的定位長槽定位；所述導流殼9上部依3個等間距不等長度卡爪9-3與流量計殼體1 連接，因卡爪是從導流斜面向上延伸的幾何體，同時延伸至同一軸截面上，故其長度是不等的；下部依定位凸爪9-4與流量計殼體1圓柱孔下端面的定位長槽相對應；所述導流殼9的迎水流面為導流斜面9-1 ；所述與流量計殼體1之間有導流殼密封圈8 ；所述導流殼密封圈 8安裝在導流殼9的橢圓形密封圈安裝槽9-5內，橢圓形密封圈安裝槽9-5的法向截面為矩形；所述導流殼9材料為PPE或PPS工程塑料。(見圖1、圖10、圖11-a、圖ll_b、圖ll_c、 圖16)上述所述葉輪組件為旋翼式葉輪，它由葉輪體4-1、傳感元件、上葉輪軸4-3及軸套組件4-4構成，所述葉輪體4-1上有旋翼，葉輪體4-1中心的上方有傳感元件及上葉輪軸 4-3，中心的下方有軸套組件4-4，所述傳感元件鑲嵌在葉輪體4-1內；所述上葉輪殼組件3 由上葉輪殼體3-1及軸套組件4-4構成，所述軸套組件4-4在上葉輪殼體3-1的中心；所述下葉輪殼組件5由下葉輪殼5-1及下葉輪軸5-2構成，所述下葉輪軸5-2在下葉輪殼5-1 的中心；所述葉輪體4-1上方的上葉輪軸4-3插入上葉輪殼組件3的軸套組件4-4的孔中； 所述下葉輪殼組件5的下葉輪軸5-2插入葉輪體4-1下方的軸套組件4-4的孔中；所述旋翼式葉輪材料為高溫PP工程塑料；所述上葉輪軸4-3和下葉輪軸5-2為不鏽軸承鋼或硬質合金；所述旋翼為直旋翼，即輪廓包絡母線平行於葉輪軸軸線形成的幾何形體；所述傳感元件為磁體；所述磁體為磁環4-2 ；所述葉輪體4-1、傳感元件、上葉輪軸4-3及軸套組件 4-4 為一體。(圖 5、圖 6-a、圖 6-b、圖 6_c)上述所述軸套組件4-4由軸套4-4-1及止推軸承4_4_2構成；所述止推軸承4_4_2 安裝在軸套4-4-1內；所述軸套4-4-1材料為碳纖維增強PA或增強PA，止推軸承4_4_2為剛玉軸承；所述軸套4-4-1的外側為用於徑向和軸向定位的階梯外圓柱，內側為階梯內圓柱，階梯內圓柱的大孔裝配有止推軸承4-4-2，小孔與葉輪軸配合；所述止推軸承4-4-2過盈配合裝入套4-4-1。(見圖9)上述所述濾網6安裝在導流組件的中心圓柱出水孔的端面上；所述濾網6上部為有等間距扇形過水孔的圓盤6-1，中心為濾網圓柱出水孔6-2，與導流組件連接的端面上有端面密封圈安裝槽6-3，濾網圓柱出水孔6-2下部為等分的軸向矩形筋條6-4，濾網圓柱出水孔6-2外側為同軸心的環形圓柱槽6-5;(見圖12、圖13)所述下葉輪殼組件5 (見圖3、圖4-a、圖4_b、圖4_c)，由三個圓柱環組成內環注塑時裝入下葉輪軸5-2 ；中環下部有環形圓柱槽，插在濾網圓柱出水孔6-2和同軸心的環形圓柱槽6-5之間，其內側下端面與濾網圓柱出水孔6-2下部等分的軸向矩形筋條6-4上端接觸，中環上部為等壁厚圓錐環體，內環和中環之間由4個斜嚮導流筋連接；外環為圓柱環體，有等間距的花鍵與中環體連接，外環外圓柱有等間距的凸爪，凸爪卡入流量計上蓋2的內圓柱環形溝槽定位，外環端面有用於上葉輪殼組件定位的等間距的圓柱孔；
所述上葉輪殼組件3 (見圖7、圖8-a、圖8_b、圖8_c)，下部圓柱環開有20個楔形進水口，圓柱環下端面有等距對應於下葉輪殼組件外環端面等間距圓柱孔的圓柱；下葉輪殼組件5和上葉輪殼組件3依圓柱孔和圓柱定位，頂部端面有徑嚮導流筋和環狀導流環，導流環內為截頂倒圓錐體，中心有一圓柱體，圓柱體注塑時放入軸套組件4-4，上端面有用於消除與流量計上蓋2裝配間隙的等間距的球面凸起。上述所述流量計上蓋2，其上頂端為截頂倒圓錐體，頂部斷面金屬材料厚度為 Imm,由於特殊的截面設計，既可滿足最大5MPa工作壓力的使用條件，同時又可以對葉輪組件傳感元件信號的衰減影響極小，經頂部金屬材料斷面接收的信號，遠大於其信號採樣的工作閾值。上述所述流量計殼體1和流量計上蓋2材料為金屬材料，黃銅或不鏽鋼；所述上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5材料為PPE或PPS工程塑料；所述濾網6材料為PPS或增強 PA工程塑料。上述所述流量計上蓋2連接有雲臺13，雲臺13依卡爪與流量計上蓋2 ；所述雲臺 13依軸塊連接電子單元14。(見圖16)一種上述多流束高精度旋翼式流量傳感器的工作方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)流體從流量計殼體1的進水口 1-1進入後，沿導流組件的導流斜面向上通過濾網6上部圓盤6-1的等間距扇形過水孔，進入上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5與流量計上蓋2之間的外計量室11，從斜切線方向進入上葉輪殼組件3的楔形進水口，通過楔形進水口的流體進入上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5之間的內計量室12，推動葉輪組件4旋轉；(2)通過內計量室12流體的瞬時流速轉變葉輪組件4的轉動；其轉動的瞬時轉速為流體通過內計量室12瞬時流速的函數；(3)葉輪組件4由從楔形進水口沿斜切線方向進入的流體形成的20流束推動旋轉，其受力分布均勻穩定，消除了速度式旋翼流量計因壓力和速度突變擾動引起的計量誤差；(4)葉輪組件4在流體的作用下，產生向下推動的軸向力，使葉輪組件4軸向位置穩定運行在內計量室12下部，葉輪體4-1下方軸套組件4-4的止推軸承4-4-2始終和下葉輪殼組件5的下葉輪軸5-2頂端接觸，穩定了葉輪體4-1工作時的相對軸向位置，克服了普通旋翼式流量計葉輪工作時沿軸線竄動的弊病，提高了計量精度；(5)同時流體改變運動方向向下，從下葉輪殼組件5內環和中環之間4個斜嚮導流筋的間隙孔進入濾網圓柱出水孔6-2，再通過導流組件的中心圓柱出水孔從流量計殼體 1的出水口 1-2流出；完成計量工作。實施例2 —種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於它包括流量計殼體 1、流量計上蓋2、上葉輪殼組件3、葉輪組件4、下葉輪殼組件5、濾網6、導流組件、外計量室 11及內計量室12 ；所述流量計殼體1底部連接導流組件；所述導流組件有導流斜面和中心圓柱出水孔；所述濾網6安裝在導流組件上；所述下葉輪殼組件5安裝在濾網6上；所述上葉輪殼組件3安裝在下葉輪殼組件5上；所述上葉輪殼組件3下部圓柱環開有20個不等間距分布的楔形進水口 ；所述葉輪組件4安裝在上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5之間；所述
10流量計上蓋2裝在流量計殼體1內的上部；所述上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5與流量計上蓋2之間為外計量室11 ；所述上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5內為內計量室12 ；所述流量計殼體1與流量計上蓋2之間有流量計上蓋密封圈7 ；所述濾網6與導流組件之間有濾網密封圈10。上述所述流量計殼體1的一端為進水口 1-1，另一端為出水口 1-2，頂部有流量計上蓋安裝螺紋1-3，中部有濾網安裝端面1-4，底部為中心圓柱出水孔1-5和導流斜面1-6 ； 所述中心圓柱出水孔1-5和導流斜面1-6構成導流組件；所述流量計上蓋2依螺紋與流量計上蓋安裝螺紋1-3連接。(見圖14、圖15)上述所述葉輪組件為旋翼式葉輪，它由葉輪體4-1、傳感元件、上葉輪軸4-3及軸套組件4-4構成，所述葉輪體4-1上有旋翼，葉輪體4-1中心的上方有傳感元件及上葉輪軸 4-3，中心的下方有軸套組件4-4，所述傳感元件鑲嵌在葉輪體4-1內；所述上葉輪殼組件3 由上葉輪殼體3-1及軸套組件4-4構成，所述軸套組件4-4在上葉輪殼體3-1的中心；所述下葉輪殼組件5由下葉輪殼5-1及下葉輪軸5-2構成，所述下葉輪軸5-2在下葉輪殼5-1 的中心；所述葉輪體4-1上方的上葉輪軸4-3插入上葉輪殼組件3的軸套組件4-4的孔中； 所述下葉輪殼組件5的下葉輪軸5-2插入葉輪體4-1下方的軸套組件4-4的孔中；所述旋翼式葉輪材料為高溫PP工程塑料；所述上葉輪軸4-3和下葉輪軸5-2為不鏽軸承鋼或硬質合金；所述旋翼為直旋翼，即輪廓包絡母線平行於葉輪軸軸線形成的幾何形體；所述傳感元件為磁體；所述磁體為磁環4-2 ；所述葉輪體4-1、傳感元件、上葉輪軸4-3及軸套組件 4-4 為一體。(圖 5、圖 6-a、圖 6-b、圖 6_c)上述所述軸套組件4-4由軸套4-4-1及止推軸承4_4_2構成；所述止推軸承4_4_2 安裝在軸套4-4-1內；所述軸套4-4-1材料為碳纖維增強PA或增強PA，止推軸承4_4_2為剛玉軸承；所述軸套4-4-1的外側為用於徑向和軸向定位的階梯外圓柱，內側為階梯內圓柱，階梯內圓柱的大孔裝配有止推軸承4-4-2，小孔與葉輪軸配合；所述止推軸承4-4-2過盈配合裝入套4-4-1。(見圖9)上述所述濾網6安裝在導流組件的中心圓柱出水孔的端面上；所述濾網6上部為有等間距扇形過水孔的圓盤6-1，中心為濾網圓柱出水孔6-2，與導流組件連接的端面上有端面密封圈安裝槽6-3，濾網圓柱出水孔6-2下部為等分的軸向矩形筋條6-4，濾網圓柱出水孔6-2外側為同軸心的環形圓柱槽6-5 ；(見圖12、圖13)所述下葉輪殼組件5 (見圖3、圖4-a、圖4_b、圖4_c)，由三個圓柱環組成內環注塑時裝入下葉輪軸5-2 ；中環下部有環形圓柱槽，插在濾網圓柱出水孔6-2和同軸心的環形圓柱槽6-5之間，其內側下端面與濾網圓柱出水孔6-2下部等分的軸向矩形筋條6-4上端接觸，中環上部為等壁厚圓錐環體，內環和中環之間由4個斜嚮導流筋連接；外環為圓柱環體，有等間距的花鍵與中環體連接，外環外圓柱有等間距的凸爪，凸爪卡入流量計上蓋2的內圓柱環形溝槽定位，外環端面有用於上葉輪殼組件定位的等間距的圓柱孔；所述上葉輪殼組件3 (見圖7、圖8-a、圖8_b、圖8_c)，下部圓柱環開有20個楔形進水口，圓柱環下端面有等距對應於下葉輪殼組件外環端面等間距圓柱孔的圓柱；下葉輪殼組件5和上葉輪殼組件3依圓柱孔和圓柱定位，頂部端面有徑嚮導流筋和環狀導流環，導流環內為截頂倒圓錐體，中心有一圓柱體，圓柱體注塑時放入軸套組件4-4，上端面有用於消除與流量計上蓋2裝配間隙的等間距的球面凸起。
上述所述流量計上蓋2，其上頂端為截頂倒圓錐體，頂部斷面金屬材料厚度為 Imm,由於特殊的截面設計，既可滿足最大5MPa工作壓力的使用條件，同時又可以對葉輪組件傳感元件信號的衰減影響極小，經頂部金屬材料斷面接收的信號，遠大於其信號採樣的工作閾值。上述所述流量計殼體1和流量計上蓋2材料為金屬材料，黃銅或不鏽鋼；所述上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5材料為PPE或PPS工程塑料；所述濾網6材料為PPS或增強 PA工程塑料。一種上述多流束高精度旋翼式流量傳感器的工作方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)流體從流量計殼體1的進水口 1-1進入後，沿導流組件的導流斜面向上通過濾網6上部圓盤6-1的等間距扇形過水孔，進入上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5與流量計上蓋2之間的外計量室11，從斜切線方向進入上葉輪殼組件3的楔形進水口，通過楔形進水口的流體進入上葉輪殼組件3和下葉輪殼組件5之間的內計量室12，推動葉輪組件4旋轉；(2)通過內計量室12流體的瞬時流速轉變葉輪組件4的轉動；其轉動的瞬時轉速為流體通過內計量室12瞬時流速的函數；(3)葉輪組件4由從楔形進水口沿斜切線方向進入的流體形成的20流束推動旋轉，其受力分布均勻穩定，消除了速度式旋翼流量計因壓力和速度突變擾動引起的計量誤差；(4)葉輪組件4在流體的作用下，產生向下推動的軸向力，使葉輪組件4軸向位置穩定運行在內計量室12下部，葉輪體4-1下方軸套組件4-4的止推軸承4-4-2始終和下葉輪殼組件5的下葉輪軸5-2頂端接觸，穩定了葉輪體4-1工作時的相對軸向位置，克服了普通旋翼式流量計葉輪工作時沿軸線竄動的弊病，提高了計量精度；(5)同時流體改變運動方向向下，從下葉輪殼組件5內環和中環之間4個斜嚮導流筋的間隙孔進入濾網圓柱出水孔6-2，再通過導流組件的中心圓柱出水孔從流量計殼體 1的出水口 1-2流出；完成計量工作。
1權利要求
1.一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於它包括流量計殼體、流量計上蓋、上葉輪殼組件、葉輪組件、下葉輪殼組件、濾網、導流組件、外計量室及內計量室；所述流量計殼體底部連接導流組件；所述導流組件有導流斜面和中心圓柱出水孔；所述濾網安裝在導流組件上；所述下葉輪殼組件安裝在濾網上；所述上葉輪殼組件安裝在下葉輪殼組件上；所述上葉輪殼組件下部圓柱環開有至少8個楔形進水口 ；所述葉輪組件安裝在上葉輪殼組件和下葉輪殼組件之間；所述流量計上蓋裝在流量計殼體內的上部；所述上葉輪殼組件和下葉輪殼組件與流量計上蓋之間為外計量室；所述上葉輪殼組件和下葉輪殼組件內為內計量室；所述流量計殼體與流量計上蓋之間有流量計上蓋密封圈；所述濾網與導流組件之間有濾網密封圈。
2.根據權利要求1所述一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於所述流量計殼體的一端為進水口，另一端為出水口，頂部有流量計上蓋安裝螺紋，底部安裝有作為導流組件的導流殼；所述流量計上蓋依螺紋與流量計上蓋安裝螺紋連接；所述導流殼由用於改變進口流體流動方向的導流殼導流斜面和導流殼中心圓柱出水孔構成；所述導流殼依流量計殼體圓柱孔和圓柱孔下端面的定位長槽定位；所述導流殼上部依等間距不等長度的卡爪與流量計殼體連接，下部依定位凸爪與流量計殼體圓柱孔下端面的定位長槽相對應；所述導流殼的迎水流面為導流斜面；所述與流量計殼體之間有導流殼密封圈；所述導流殼密封圈安裝在導流殼的橢圓形密封圈安裝槽內，橢圓形密封圈安裝槽的法向截面為矩形；所述導流殼材料為PPE或PPS工程塑料；或者，所述流量計殼體的一端為進水口，另一端為出水口，頂部有流量計上蓋安裝螺紋，中部有濾網安裝端面，底部為中心圓柱出水孔和導流斜面；所述中心圓柱出水孔和導流斜面構成導流組件；所述流量計上蓋依螺紋與流量計上蓋安裝螺紋連接。
3.根據權利要求1所述一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於所述葉輪組件為旋翼式葉輪，它由葉輪體、傳感元件、上葉輪軸及軸套組件構成，所述葉輪體上有旋翼， 葉輪體中心的上方有傳感元件及上葉輪軸，中心的下方有軸套組件，所述傳感元件鑲嵌在葉輪體內；所述上葉輪殼組件由上葉輪殼體及軸套組件構成，所述軸套組件在上葉輪殼體的中心；所述下葉輪殼組件由下葉輪殼及下葉輪軸構成，所述下葉輪軸在下葉輪殼的中心； 所述葉輪體上方的上葉輪軸插入上葉輪殼組件的軸套組件的孔中；所述下葉輪殼組件的下葉輪軸插入葉輪體下方的軸套組件的孔中；所述旋翼式葉輪材料為高溫PP工程塑料；所述上葉輪軸和下葉輪軸為不鏽軸承鋼或硬質合金；所述旋翼為直旋翼，即輪廓包絡母線平行於葉輪軸軸線形成的幾何形體；或為螺翼，其葉片翼形為空間曲面；所述傳感元件為磁體或感應板；所述磁體為磁環；所述感應板為特殊金屬扇形板。
4.根據權利要求3所述一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於所述葉輪體、傳感元件、上葉輪軸及軸套組件為一體。
5.根據權利要求3所述一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於所述軸套組件由軸套及止推軸承構成；所述止推軸承安裝在軸套內；所述軸套材料為碳纖維增強PA或增強PA，止推軸承為剛玉軸承；所述軸套的外側為用於徑向和軸向定位的階梯外圓柱，內側為階梯內圓柱，階梯內圓柱的大孔裝配有止推軸承，小孔與葉輪軸配合；所述止推軸承過盈配合裝入套。
6.根據權利要求1所述一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於所述濾網安裝在導流組件的中心圓柱出水孔的端面上；所述濾網上部為有等間距扇形過水孔的圓盤， 中心為濾網圓柱出水孔，與導流組件連接的端面上有端面密封圈安裝槽，濾網圓柱出水孔下部為等分的軸向矩形筋條，濾網圓柱出水孔外側為同軸心的環形圓柱槽；所述下葉輪殼組件，由三個圓柱環組成內環注塑時裝入下葉輪軸；中環下部有環形圓柱槽，插在濾網圓柱出水孔和同軸心的環形圓柱槽之間，其內側下端面與濾網圓柱出水孔下部等分的軸向矩形筋條上端接觸，中環上部為等壁厚圓錐環體，內環和中環之間由至少4個均勻分布的斜嚮導流筋連接；外環為圓柱環體，有等間距的花鍵與中環體連接，外環外圓柱有等間距的凸爪，凸爪卡入流量計上蓋的內圓柱環形溝槽定位，外環端面有用於上葉輪殼組件定位的等間距的圓柱孔；所述上葉輪殼組件，下部圓柱環開有楔形進水口，圓柱環下端面有等距對應於下葉輪殼組件外環端面等間距圓柱孔的圓柱；下葉輪殼組件和上葉輪殼組件依圓柱孔和圓柱定位，頂部端面有徑嚮導流筋和環狀導流環，導流環內為截頂倒圓錐體，中心有一圓柱體，圓柱體注塑時放入軸套組件，上端面有用於消除與流量計上蓋裝配間隙的等間距的球面凸起。
7.根據權利要求1所述一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於所述流量計上蓋，其上頂端為截頂倒圓錐體，頂部斷面金屬材料厚度為1mm。
8.根據權利要求1所述一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於所述流量計殼體和流量計上蓋材料為金屬材料，為黃銅或不鏽鋼；所述上葉輪殼組件和下葉輪殼組件材料為PPE或PPS工程塑料；所述濾網材料為PPS或增強PA工程塑料。
9.根據權利要求1所述一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，其特徵在於所述流量計上蓋連接有雲臺，雲臺依卡爪與流量計上蓋；所述雲臺依軸塊連接電子單元。
10.一種權利要求1所述多流束高精度旋翼式流量傳感器的工作方法，其特徵在於它包括以下步驟(1)流體從流量計殼體的進水口進入後，沿導流組件的導流斜面向上通過濾網上部圓盤的等間距扇形過水孔，進入上葉輪殼組件和下葉輪殼組件與流量計上蓋之間的外計量室，從斜切線方向進入上葉輪殼組件的楔形進水口，通過楔形進水口的流體進入上葉輪殼組件和下葉輪殼組件之間的內計量室，推動葉輪組件旋轉；(2)通過內計量室流體的瞬時流速轉變葉輪組件的轉動；其轉動的瞬時轉速為流體通過內計量室瞬時流速的函數；(3)葉輪組件由從楔形進水口沿斜切線方向進入的流體形成的多個流束推動旋轉，其受力分布均勻穩定，消除了速度式旋翼流量計因壓力和速度突變擾動引起的計量誤差；(4)葉輪組件在流體的作用下，產生向下推動的軸向力，使葉輪組件軸向位置穩定運行在內計量室下部，葉輪體下方軸套組件的止推軸承始終和下葉輪殼組件的下葉輪軸頂端接觸，穩定了葉輪體工作時的相對軸向位置，克服了普通旋翼式流量計葉輪工作時沿軸線竄動的弊病，提高了計量精度；(5)同時流體改變運動方向向下，從下葉輪殼組件內環和中環之間斜嚮導流筋的間隙孔進入濾網圓柱出水孔，再通過導流組件的中心圓柱出水孔從流量計殼體的出水口流出； 完成計量工作。
全文摘要
一種多流束高精度旋翼式流量傳感器，它包括流量計殼體、流量計上蓋、上葉輪殼組件、葉輪組件、下葉輪殼組件、濾網、導流組件、外計量室及內計量室；流體從流量計殼體進水口進入，沿導流組件斜面改變方向垂直向上流動，流經濾網扇形孔後，進入外計量室，從斜切線方向進入上葉輪殼組件的楔形進水口，通過楔形進水口進入內計量室，流體形成多流束均勻推動葉輪組件旋轉；同時流體改變運動方向向下，進入濾網中心孔，再通過導流組件中心孔從流量殼體出水口流出。本發明採用多流束原理，使得葉輪瞬時轉速更為真實地對應於流經計量室的流體瞬時流速，改善了流量計的流量特性，提高了流量計量精度、重複性、再現性和穩定性。
文檔編號G01F15/14GK102207397SQ20111006567
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月18日 優先權日2011年3月18日
發明者陳沛 申請人:陳沛