一種轉子容積式流量計的製作方法

2023-05-14 05:15:06

專利名稱：一種轉子容積式流量計的製作方法
技術領域：
本發明涉及到一種被由計量流體所驅動活塞轉子的容積式流量計。
1976年被公開的專利號為3969940的美國專利，公開一種轉子式容積式流量計(見

圖1和圖2)。它是由外殼(41)、蓋(40)、兩個轉軸(112)和(111)、帶動轉動軸的兩個傳動齒輪(56)和(55)、四個頂尖(117)、兩個定位塊(115)和分別由兩個軸帶動而轉動的端面葉片式計量轉子a(119)和葉片式計量轉子b(100)組成，其外殼的中間有兩個中心軸線相互平行圓柱空腔a和圓柱空腔b，而且該兩圓柱空腔橫切面的圓周半徑相等，兩圓柱空腔中心軸線的距離小於該圓柱空腔的直徑。其葉片轉子由本體(101)和葉片(102)(見圖2)組成，由葉片對流量計進口和出口進行隔斷，並形成測量室。轉子本體起著支撐葉片和保持葉片間相對位置的作用，其實質是一端面葉片流量計。公知的容積式流量計有多種類型，它們的共同特點是運動的測量元件與相對靜止件之間，組成容積固定的測量室，由測量元件將測量室內的流體從流量計進口推向出口，從而完成對流體的容積的計量；由於加工精度、裝配精度的不同，為了使相對運動成為可能，運動件與靜止件之間需有一定的間隙，因為流量計進口和出口之間存在著壓差，間隙和壓差使得部分流體未經計量而經過間隙從進口向出口漏失，這個所漏失的流體量叫做「滑流量」。滑流量的多少及其穩定性，對於容積式流量計的計量準確度，是至關重要的。因此嚴格控制間隙的大小，增加漏失通道的長度，則成為提高容積式流量計計量準確度的重要條件。與所有的葉片流量計的特點相同，其沿圓周方向的漏失通道長度僅為葉片的厚度、從加工的角度來講，由於葉片與轉子本體銜接處的端面，難以進行精密加工，直接影響流量計計量準確度的提高。
本發明的目的在於提供一種活塞轉子容積式流量計的技術方案，從易於精密加工的形體著眼，重新設計流量計的各個部件，使運動部件和靜止部件之間保持儘可能小的間隙，使它們有儘可能大的相對運動銜接面，有儘可能長的漏失通道，從而儘可能減少滑流量提高計量的準確度。
為了能更好地達到以上的目的，我們提出了如圖3的設計方案(見圖3)，本發明流量計參與計量的靜止部件由殼體(7)、端蓋(4)和芯柱(5)構成，其殼體(7)的中間有兩個直徑及高度相同，軸線平行，圓周相交的圓柱空腔a和圓柱空腔b，空腔的兩軸線間的距離小於一個空腔內半徑與一個芯柱(5)外半徑之和，大於一個空腔半徑與一個芯柱(5)內半徑之和；其空腔軸線與流量計的安裝基面之間可以是垂直的、可以是平行的、也可以選擇其他相對位置；兩空腔軸線的距離與空腔內半徑和芯柱(5)外半徑之和的差為d，在兩圓柱空腔柱面的相交處開有被計量流體的進口(13)和出口(14)(見圖4)，本發明參與計量的運動部件是容積式轉子。在本設計中它是兩個完全相同的活塞轉子(6a)和(6b)，每個活塞轉子都是由相對應的活塞體(9a)和(9b)與活塞座(8a)和(8b)構成，活塞體(9a)、(9b)的橫截面呈弓形，其活塞內分別套有一個靜止的芯柱(5a)和(5b)，芯柱(5)是一個空心的圓柱體，在芯柱的外圓柱面上，開有一個凹陷的柱面槽(20)(見圖5)，柱面槽(20)橫切面的厚度為d(見圖6)。凹陷的柱面槽(20)的曲率半徑與殼體柱面內腔半徑相同，凹陷的柱面槽(20)的曲率中心為殼體另一柱面空腔的軸線。在芯柱中分別裝有轉動軸a(3a)和與其完全相同的轉動軸b(3b)，在轉動軸的兩頭分別裝有軸承(10)和緊固件(11)，其一端又分別裝有相同的齒輪a(2a)和齒輪b(2b)，兩轉動軸上還分別裝有磁耦合器(1)，用來向計數裝置輸出和傳遞活塞轉子及傳動軸的角位移的信號；其轉動活塞的特徵是兩活塞轉軸的距離名義上等於一個空腔內半徑R與與芯柱外半徑之和與柱面槽厚度d之差。其殼體(7)、端蓋(4)、芯柱(5)、活塞轉子(6)滿足以下關係兩活塞體(9a)和(9b)的外徑和外殼(7)的兩內腔內徑名義上相等；兩活塞體(9a)和(9b)的內徑和兩芯柱(5a)和(5b)的外徑名義上相等；兩活塞體(9a)和(9b)的高度與殼體(7)兩內腔的高度及兩芯柱(5a)和(5b)的工作高度名義上相等；本設計方案的意圖是，選擇最容易提高加工精度零部件的形體，確保加工精度和裝配精度的提高，從而儘量減少運動件和靜止件之間的間隙，減少由於間隙而產生的滑流量，提高流量計計量的準確度。為了保證加工和裝配的精度，在本設計中，所有的運動部件和和運動部件與之接的靜止部件的部位，都選用了圓柱面或者平面，而且組成活塞轉子的活塞體(9a)(9b)和活塞座(8a)(8b)，可以是一體加工而成的，也可以是分別加工後，再按設計要求固定在一起的。在流量計整體裝配時，兩轉子可以一致都順向(即a和b轉子都順一個方向)，或者選擇逆向(即a和b轉子在滿足軸線平行的條件下，各自朝一個方向)。組成活塞轉子(6)的活塞體(9)和活塞座(8)，我們可以通過活塞轉子的軸線作一個平面，使活塞體在該平面兩側所對應部分對稱，我們稱這個平面為活塞體對稱面，如圖7中的Y平面。
為提高本流量計動平衡的性能，本發明活塞轉子(6)的活塞體(9)還可以設計成多活塞體型，即兩活塞轉子(6a)和(6b)上的活塞體可以是一個，可以是完全相同的兩個，也可以是完全相同的三個。
當一個活塞轉子是單個活塞體結構時(見圖3和圖5)，其每個活塞體所具有的圓心角小於180°，其兩活塞轉子(6)在裝配時需滿足特定位置裝配，即裝好後在轉動中，需保證有一個狀態是，當a活塞體的對稱面和b活塞體的對稱面重合，且a和b相對應的活塞體(9)呈弓形的弓背朝一個方向(如圖9中的A圖)；當一個活塞轉子是兩個活塞體結構時(見圖10)，其每個活塞體所具有的圓心角小於90°，在同一活塞轉子上的兩個活塞體需安裝在中心軸線的兩邊，相對面而裝，且兩活塞體的對稱面重合；(即兩對稱面成180°)其兩活塞轉子(6)在裝配時需滿足特定位置裝配，即裝好後在轉動中，需保證有一個狀態是，a活塞體的對稱面需和b活塞體的對稱面相垂直(見圖15)；當一個活塞轉子是三個活塞體結構時(見圖14)，其每個活塞體所具有的圓心角小於60°，在同一活塞轉子上的三個活塞體需等角安裝(即三個活塞體的對稱面成120°)，其兩活塞轉子(6)在裝配時需滿足特定位置裝配，即裝好後在轉動中，需保證有一個狀態是當a的一個活塞體轉到b的兩個活塞體中間的空當位置時，其a的兩個活塞體的對稱面，需和b的第三個活塞體的對稱面重合(見圖16)；為了減小動不平衡，活塞體也可以造成空心的(見圖17)。沿兩芯柱(5a)和(5b)的外圓柱面，各開有一個凹陷的柱面槽(20)，柱面槽(20)的曲率半徑與殼體柱面內腔半徑相同，其曲率中心為殼體另一柱面空腔的軸線，在裝配時，兩芯柱的對稱面需重合，且兩柱面槽的距離最短(見圖6，圖中Z-Z平面就是芯柱的對稱面)。由於芯柱是靜止的，在製造時，芯柱(5a)和(5b)可以均固定在端蓋(4)上，可以均固定在殼體(7)上，也可以分別固定在端蓋(4)和殼體(7)上。其被計量流體的進口(13)和出口(14)可以分別被對稱地設置在殼體(7)的兩空腔圓柱面的交界處，也可以設置在交界處所對應的端面上(見圖4)。
圖9給出了單活塞體流量計計量流量的原理圖，在圖9中，密封的殼體(7)、端蓋(4)、活塞轉子a、活塞轉子b、芯柱a、芯柱b、活塞體a、活塞體b把殼體中的空間分成流體輸入腔(17a)和(17b)，(此時的流體輸入腔(17b)實際上已經成為本設計容積固定的測量室)及流體輸出腔(18a)和(18b)。流體在進口(13)和出口(14)之間保持一個壓力差，隨著流體壓力的推動和轉動齒輪的嚙合，流體只能從進口進，出口出。在轉動中，流體輸入腔(17a)和(17b)及流體輸出腔(18a)和(18b)的容積在不斷地改變。從圖9我們可以清楚地解釋清本發明進行計量的過程和計量的原理。從圖9的A圖開始，在活塞體(9b)殼體(7)和芯柱(5b)間所形成的流體輸入腔(17b)，此時流體輸入腔(17b)壓滿流體，容積最大，且腔體和進口、出口的通路已經被隔斷；在殼體(7)，活塞體(9a)、芯柱(5a)和活塞體(9b)間，在進口(13)流體壓力的推動下，自小而大地形成了流體輸入腔(17a)；在殼體(7)，活塞體(9a)、芯柱(5a)、和活塞體(9b)之間所形成的液體輸出腔(18a)已經和出口(14)接通，流體輸出腔在流體壓力的推動下，容積越來越小，其內存放的流體被從腔體中擠出，排向出口(14)。當轉子轉到圖9的B圖位置時流體輸入腔(17a)的容積繼續擴大，流體繼續進入，直至變成容積固定的測量室。在b轉子中，由於在轉動中打開了流體的出口，原先是流體輸入腔的(17b)突然變成了流體輸出腔(18b)，流體從腔中被擠出。當轉子轉到圖9的C圖位置時流體輸入腔(17a)的容積最大，流體輸出腔(18b)的容積繼續減小，流體輸入腔(17b)開始壓入流體，此時流體輸入腔(17a)處在測量室的狀態下容積最大，且腔體和進口、出口的通路已經被隔斷形成測量室。當轉子轉到圖9的D圖位置時流體輸入腔(17b)的容積繼續擴大，流體繼續壓入，在a轉子中，由於在轉動中打開了流體的出口，原先是流體輸入腔的(17a)處在測量室的狀態下突然變成了流體輸出腔(18a)，流體從腔中被擠出。到此轉子完成了旋轉一周的動過程，每個轉子完成了一次液體進入和排出的過程。由於進入是流體自己靠壓力壓進來的，又是在嚴密密封狀態下進行；而排出是運動中的轉子部件擠出來的，也是在嚴密密封狀態下進行，精密的加工部件保證了最低限度的流體的漏失量，達到精密計量的效果。本發明殼體的一個空腔內的活塞體可以是一個，也可以是對稱的大小相等的兩個或者對稱的大小相等的三個。兩齒輪(2a)和(2b)是結構相同並互相嚙合的齒輪，兩轉動活塞從原始的相對位置起，在兩個相互嚙合齒輪的作用下，作方向相反，角位移量同步的轉動。因為流體進口處的壓強高於出口處流體的壓強，進出日之間流體的壓差，是驅動活塞轉動的唯一動力，轉動軸對外界輸出其角位移量的信號，用以代表被計量過的流體的容積量。本發明的容積式流量計設計的準確度可以分為兩類，第一類，流量計的基本誤差不大於±0.1％，重複誤差不大於0.05％。這種流量計可以作為標準流量計使用，用於檢定計量誤差在±0.5％～±0.3％的其他流量計。第二類，流量計的基本誤差不大於±0.2％，重複誤差不大於0.1％，可以作為工作量器使用。為了保證流量計達到上述計量準確度，本發明的流量計有以下限制條件
1.流量計的通徑為φ25～φ200mm；2.被計量流體的黏度不低於0.001PaS；3，最大流量與最小流量的比值不低於5；4.使用電脈衝傳感裝置對外輸出流量信號，在黏度處於低限、在最大流量條件下，流量計進出口壓差不大於20KPa。
本發明的設計方案，其測量室的測量部件和靜止部件都是由圓柱面和平面構成，無任何特殊曲面。在機械加工中，圓柱面和平面容易實現高精度的加工，在裝配中，容易實現高精度的裝配且本設計已經考慮到測量部件和靜止部件之間，平面與平面、名義曲率相同的柱面與柱面都以較大面積相互覆蓋和銜接；在流量計的進口和出口之間形成的接觸面的縫隙很長，即漏失通道較長。因此滑流量被限制在一個很低的水平，從而提高了流量計的計量準確度，又由於作為測量部件的活塞轉子的轉動中心，是由轉動軸上的軸承確定其軸線位置的，活塞轉子與靜止部件之間有固定的間隙，其加工精度的公差即保證運動部件和靜止部件不互相接觸，又保證不產生或者在準確度之內少產生「滑流量」。如排除流體的因素外，兩者之間不應存在直接摩擦，故流量計應有較長的使用壽命。流量計在工作過程中，部件和流體不存在任何宏觀的往復運動，故不受往復慣性力的制約，可採用大流通面積，用於大流量的計量。如果進口(13)和出口(14)的壓差過大，大到能使殼體變形時，那麼本流量計靜止部件的尺寸會發生變化(加大)，在計量過程中「滑流量」會加大，造成流量計計量準確度下降。在這種情況下，本流量計可採取雙層殼體結構，內層是本流量計，在流量計的外邊再包一個殼體，流體進來先充滿外層，然後再從進口(13)進入流量計，從而減小了流量計殼體本身內外的壓差，使殼體不產生形變或少產生變形，以保證流量計計量的準確度。至於外層殼體的膨脹，已經和計量的準確度無關。
本發明有如下附圖；圖1是美國專利3969940流量計的示意圖；各圖標註解如下外殼(40)、動齒輪b(55)、動齒輪a(56)、葉片轉子b(100)、葉片轉子a(119)、頂軸(117)、轉軸a(111)轉軸b(112)、定位塊(115)。
圖2是美國專利3969940流量計的葉片轉子示意圖；各圖標註解如下轉子本體(101)、葉片(102)。
圖3是本發明流量計第一實施例活塞轉子順向裝配的正面剖視示意圖圖中各標註解如下磁耦合器(1)、齒輪(2)、轉動軸(3)、端蓋(4)、芯柱(5)、活塞轉子(6)、殼體(7)。
圖4是本發明第一實施例的正面A-A剖視示意圖；圖中各圖標註解如下進日(13)、出口(14)。
圖5是本發明第一實施例一個活塞轉子的主要部件示意圖；圖中各標註解如下活塞座(8)、活塞體(9)、軸承(10)圖6是本發明殼體芯柱裝配位置示意圖；圖7是本發明第一實施例活塞轉子剖視示意圖；圖中各圖標註解如下活塞體(9)、活塞座(8)、外弧線(15)、內弧線(16)。
圖8是本發明的第一實施例，單活塞體活塞轉子逆向裝配的流量計正面剖視示意圖；圖9是本發明第一實施例工作原理示意圖；圖中各圖標註解如下進流體腔(17)、出流體腔(18)圖10是本發明第二實施例的雙活塞體活塞轉子結構示意圖；圖11是本發明第二實施例的雙活塞體活塞轉子順向裝配的流量計正面剖視示意圖；圖12是本發明第二實施例的雙活塞體活塞轉子順向裝配的流量計正面A-A剖視示意圖；圖13是本發明第二實施例的雙活塞體活塞轉子逆向裝配的流量計正面剖視示意圖；圖14是本發明第三實施例的三活塞體活塞轉子結構示意圖；圖15是雙活塞體在流量計上的裝配位置示意圖；圖16是三活塞體在流量計上的裝配位置示意圖。
圖17是本發明第一實施例空心活塞體活塞轉子示意圖；圖中各圖標註解如下空心活塞體(19)。
本發明有以下實施例圖3是本發明的第一實施例，它是活塞轉子中單個活塞體結構的流量計，其技術方案在前面已經作了詳細完整的敘述。
圖10所給出的第二實施例，是每個活塞轉子內的有兩個活塞體的設計方案，該方案的靜止部件結構，仍然由殼(7)，端蓋(4)和芯柱(5)構成，在殼體(7)上仍然設計有流體的進口(13)和、出口(14)；參加計量工作的運動部件仍然是活塞轉子(6)，活塞轉子由活塞體(9)和活塞座(8)組成，活塞轉子內套有靜止的芯柱(5)，芯柱中裝有轉動軸(3)，軸兩頭裝有軸承(10)和墊圈(11)，軸的一端裝有齒輪(2)及磁耦合器(1)。和第一實施例不同的是當一個活塞轉子是兩個活塞體結構時(見圖10)，其每個活塞體所具有的圓心角小於90°，在同一活塞轉子上的兩個活塞體需安裝在中心軸線的兩邊，相對面而裝，且兩活塞體的對稱面重合；其兩活塞轉子(6)在裝配時需滿足對稱裝配，即裝好後在轉動中，當a活塞體的對稱面需和b活塞體的對稱相面垂直(見圖15)。
圖11所給出的第三實施例，是每個活塞轉子內的有三個活塞體的設計方案，該方案的靜止部件結構，仍然由殼(7)，端蓋(4)和芯柱(5)構成，在殼體(7)上仍然設計有流體的進口(13)和、出口(14)；參加計量工作的運動部件仍然是活塞轉子(6)，活塞轉子由活塞體(9)和活塞座(8)組成，活塞轉子內套有靜止的芯柱(5)，芯柱中裝有轉動軸(3)，軸兩頭裝有軸承(10)和墊圈(11)，軸的一端裝有齒輪(2)及磁連軸器(1)。和第一第二實施例不同的是當一個活塞轉子是三個活塞體結構時(見圖14)，其每個活塞體所具有的圓心角小於60°，在同一活塞轉子上的三個活塞體需等角安裝，其兩活塞轉子(6)在裝配時需滿足對稱裝配，即裝好後在轉動中，當a的一個活塞體的對稱面和b軸線對面的b的一個對應活塞體的對稱面重合(見圖16)。
權利要求
1.一種轉子容積式流量計，它是由有兩個平行內圓柱空腔的外殼、蓋、兩個轉軸、兩個帶動軸轉動的齒輪和容積式計量轉子組成，本發明的特徵在於1).本發明流量計的靜止部件由殼體(7)、端蓋(4)和芯柱(5)構成，其殼體的中間有兩個軸線相互平行的圓柱空腔a和圓柱空腔b，空腔的兩中心軸線間的距離小於一個空腔內半徑與一個芯柱外半徑之和，大於一個空腔半徑與一個芯柱內半徑之和；其空腔軸線與流量計的安裝基面之間可以是垂直的、可以是平行的、也可以選擇其他方向；兩空腔軸線的距離與空腔內半徑和芯柱外半徑之和的差為d，2).有四個轉動軸承(10)；3).其殼體(7)、端蓋(4)、芯柱(5)、活塞轉子(6)滿足以下關係兩活塞體(9a)和(9b)的外徑和外殼(7)兩空腔內徑名義上相等；兩活塞體(9a)和(9b)的內徑和兩芯柱(5a)和(5b)的外徑名義上相等；兩活塞體(9a)和(9b)的高度與殼體(7)內腔的高度及兩芯柱(5a)和(5b)的工作高度名義上相等；4).其容積式轉子是兩個對稱的大小相等的活塞轉子(6a)和與其完全相同的活塞轉子(6b)，它是由完全相同的活塞體(9a)和(9b)與活塞座(8a)和(8b)構成，其活塞體內分別套有一個靜止的完全相同的芯柱(5a)和(5b)，芯柱是個空心的圓柱體，在芯柱中分別裝有轉動軸a(3a)和與其完全相同的轉動軸b(3b)，在轉動軸的兩頭裝有軸承(10)和緊固件(11)，其一端又分別裝有完全相同的齒輪(2a)和齒輪(2b)，並裝有磁耦合器(1)；5).其兩活塞轉子(6a)和(6b)內的活塞體(9)可以是一個，可以是完全相同的兩個，也可以是完全相同的三個。6).活塞轉子內活塞體的個數不同，其活塞體的結構也不相同，①、當一個活塞轉子是單個活塞體結構時，其每個活塞體所具有的圓心角小於180°，其兩活塞轉子(6)在裝配時需滿足特定位置裝配；即裝好後在轉動中；需保證有一個狀態是當a活塞體的對稱面和b活塞體的對稱面重合時，a和b相對應的活塞體(9)呈弓形的弓背朝一個方向；②、當一個活塞轉子是兩個活塞體結構時，其每個活塞體所具有的圓心角小於90°，在同一活塞轉子上的兩個活塞體需安裝在中心軸線的兩邊，相對面而裝，且兩活塞體的對稱面重合；其兩活塞轉子(6)在裝配時需滿足特定位置裝配，即裝好後在轉動中，需保證有一個狀態是當a活塞體的對稱面需和b活塞體的對稱相面垂直；③、當一個活塞轉子是三個活塞體結構時，其每個活塞體所具有的圓心角小於60°，在同一活塞轉子上的三個活塞體需等角安裝，其兩活塞轉子(6)在裝配時需滿足特定位置裝配，即裝好後在轉動中，需保證有一個狀態是當a的一個活塞體轉到b的兩個活塞體的空當位置時，前a的這個活塞體的對稱面，需和b的第三個活塞體的對稱面重合；7).沿兩芯柱(5a)和(5b)的外圓柱面，各開有一個凹陷的柱面槽(20)，柱面槽(20)的曲率半徑與殼體柱面內腔半徑相同，其曲率中心為殼體另一柱面空腔的軸線，其凹陷的柱面槽(20)橫切面沿兩弧線間的矩離名義上等於d，在裝配時，兩活塞轉動子內芯柱的對稱面需重合，兩柱面槽(20)的距離最短。
2.根據權利要求1所述的流量計，其特徵是活塞體(9a)和(9b)可以是實心的，也可以是空心的。
3.根據權利要求1所述的流量計，其特徵是分別組成活塞轉子(6a)和(6b)的活塞體(9a)(9b)和活塞座(8a)(8b)，可以是一體加工而成的，也可以是分別加工後，再按設計要求固定在一起的。
4.根據權利要求1所述的流量計，其特徵是芯柱(5a)和(5b)可均固定在端蓋(4)上，可以均固定在殼體(7)上，也可以分別固定在端蓋(4)和殼體(7)上。
5.根據權利要求1所述的流量計，其特徵是被計量流體的進口(13)和出口(14)可以分別被對稱地設置在殼體(7)的兩圓柱形空腔的交界處，也可以設置在交界處所對應的端面上。
全文摘要
本發明公開了一種轉子式容積流量計，該設計在流體壓差的推動下，推動由轉子、殼體和芯柱間由設計而產生的容積腔的轉動。定量地把流體從進口輸向出口，完成對流體的計量，由於運動件和靜止件的銜接部位，都選取最容易提高加工和裝配精度的圓柱面和平面，從而減少了計量過程中的滑流量，提高了計量的準確度且易於投入生產。單容積腔和多容積腔的方案，改進了轉動計量中的動不平衡，提高了效率，減少了噪音和磨損，形成了自己的系列產品。
文檔編號G01F11/28GK1134545SQ9510388
公開日1996年10月30日 申請日期1995年4月25日 優先權日1995年4月25日
發明者趙汝沅 申請人:趙汝沅