CN101258384B - 涡轮流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明的主题是一种用于对流体尤其水进行消耗量测量的涡轮流量计。所述涡轮流量计具有外壳(1)，该外壳(1)则具有入口(2)、出口(3)以及通流通道(4)。此外，所述涡轮流量计还具有用于测量和显示消耗量的测量装置(5)。在所述通道(4)中存在具有轮毂(11)和多个径向的叶片(12.1、12.2)的涡轮(10)。此外，在所述通道(4)中还有保持嵌件(20)，该保持嵌件(20)则由导水十字管(20.1)和嵌件基体(20.2)组成。所述导水十字管(20.1)包括轮毂(21)、从所述轮毂(21)延伸到所述通道(4)的壁体的径向支柱(22)、在留有被流体从中穿流的缝隙(17)的情况下将所述涡轮(10)的正面(14)包围的喷嘴体(23)以及设置在该喷嘴体(23)中的中心开口(24)。所述涡轮(10)的叶片(12.1、12.2)定位在所述喷嘴体(23)的附近。喷嘴环(16)将所述叶片(12.1、12.2)连接起来并且搭接所述喷嘴体(23)的外轮廓，从而在所述喷嘴环(16)和喷嘴体(23)之间留下喷嘴缝隙(18)。这条喷嘴缝隙(18)与在喷嘴体(23)和涡轮(10)的正面(14)之间的缝隙(17)相连通。所述缝隙(17)和喷嘴缝隙(18)如此导引流体，使得所述涡轮(10)在不需要任何轴承的情况下在出现最小的流体流时就已起动并且在出现最大的流量时也保持其在所述导水十字管(20.1)后面的位置。

Description

涡轮流量计
技术领域
本发明涉及一种用于流体尤其水的消耗量测量的涡轮流量计，所述涡轮流量计包括具有入口、出口以及通流通道的外壳、用于测量和显示消耗量的测量装置、布置在所述通道中的涡轮、由导水十字管及嵌件基体所组成的保持嵌件以及对所述蜗轮的转数进行检测并且将其传输给所述测量装置的装置，其中所述涡轮具有轮毂和多个设置在该轮毂上的径向叶片以及朝向流体流动的大致半球状的正面，并且其中所述导水十字管包括轮毂、从该轮毂延伸到所述通道的壁体的径向支柱和在留有被流体从中穿流的缝隙的情况下将所述涡轮的正面包围的喷嘴体以及设在所述喷嘴体中的中心开口，并且其中所述嵌件本体包括轮毂和从所述轮毂延伸到所述通道的壁体的径向支柱。
背景技术
从RU 2082102C1中公开了一种涡轮流量计的原理，该涡轮流量计的涡轮在安装在有待测量的流体流中的喷嘴体后面自由悬浮地也就是说在没有机械轴承的情况下转动。所述涡轮的转数用电磁方法读出。该方案的很大的优点是完全放弃涡轮的机械支承，因为该涡轮完全无接触地转动，这一点通过巧妙地利用流体流在喷嘴体中进行的加速并且由此减少流体中的压力这种方法来实现。
不过，可惜这种方案在实践中还存在显著的缺陷。一方面经常不可能无干扰地以电磁方式传输转速，尤其在流量计外壳象通常一样并且由于很高的管路压力也有必要由钢或铸钢制成时。另一方面，这种悬浮原理只有在流体达到特定的最小流速时才起作用。如果流速为零或者接近于零，那么涡轮的位置则完全无法确定。在流速从零缓慢增大时，所述涡轮被流动一同带动并且由此失去对这种悬浮原理所必需的最佳的、在喷嘴体后面的位置。由此在流量很小时不能保证测量。
从US 2 709 366中公开了一种类似的涡轮流量计。该涡轮流量计具有固定安装在通流通道中心处的轴，配有两个轴承的纵向伸展的涡轮在该轴上转动。在此加宽了所述涡轮的处于下游的端部。通流通道在该加宽段之前互补地变细。由此形成了一条缝隙，在该缝隙中全部流体流得到加速。由此产生的减压效果用于对所述涡轮进行轴向定位。不过，这条缝隙很短，结果只有在流量很大时才可进行定位，与此相反，在正常流量时不能进行定位。
但是其缺点是，所述涡轮具有用于所述轴的中心孔。由于在涡轮前后的压力差，一部分流体会被这个中心孔吸入。由此悬浮物质以及溶解在流体中的矿物质比如钙及镁会沉积。这些沉积物尤其在流量小时会使涡轮制动。
在涡轮流量计上将涡轮转数以机械方式传输给计数装置这种做法十分普遍。对于WP结构形式来说，为此所使用的传动装置必须将旋转方向转向90°。因此通常使用蜗轮蜗杆传动装置，因为这种蜗轮蜗杆传动装置不仅使旋转方向转向而且同时将涡轮的很高的转速降低到对计数装置相容的程度。不过蜗轮蜗杆传动装置具有很高的摩擦，因为传动齿轮在彼此上面滑动。而且这也在流量很小时降低了测量敏感性。
发明内容
本发明的任务是说明一种开头所述类型的涡轮流量计，该涡轮流量计能够以机械方式将涡轮转数从开头所说明的无支承的涡轮传输给计数装置并且具有高测量敏感性。
该任务通过一种按本发明的涡轮流量计得到解决。用于对流体进行消耗量测量的涡轮流量计，包括外壳、用于测量和显示消耗量的测量装置、布置在所述通道中的涡轮、保持嵌件和对所述涡轮的转数进行检测并将其传递给所述测量装置的装置。其中所述外壳则具有入口、出口和通流通道；所述涡轮具有第一轮毂、多个布置在该轮毂上的径向的第一叶片和朝向流体流的半球形的正面；所述保持嵌件则包括导水十字管和嵌件基体；所述导水十字管则包括第二轮毂、从所述第二轮毂延伸到所述通道的壁体的径向的第一支柱、将所述涡轮的正面包围的喷嘴体，其中留有被流体从中穿流的缝隙和在所述喷嘴体中的中心开口；所述嵌件基体则包括第三轮毂和从所述第三轮毂延伸到所述通道的壁体的径向的第二支柱。其特征在于以下特征：所述第一叶片定位在所述喷嘴体的附近，所述涡轮包括喷嘴环，所述喷嘴环将所述第一叶片连接起来并且搭接所述喷嘴体的外轮廓，从而在所述喷嘴环和喷嘴体之间留下喷嘴缝隙，所述喷嘴缝隙与所述缝隙相连通。
本发明在流速最小时也具有很高的显示敏感性，方法是在处于喷嘴体和涡轮正面之间的缝隙中得到加速的流体流向处于在喷嘴体和喷嘴环之间的喷嘴缝隙中的流体施加喷射器作用。由此，使这部分液体量得到额外加速。汇合的流体量由此以更高的速度冲击到涡轮叶片上并且使涡轮旋转。
为了实现尽可能短的结构长度，所述涡轮叶片必须尽可能向前移动。为了能做到这一点，可以将所述处于轮毂和喷嘴环之间的内部的叶片在喷嘴体端部的区域中切除。事实令人惊讶地表明，尽管在这种情况下缩短了内部的涡轮叶片，但涡轮的敏感性没有受到影响。
如果所述喷嘴体的环形端部成形为锋利的流动棱边，那就可以实现最佳的功能及敏感性。
如开头所提到的，无轴承的涡轮支承的缺点是，所述涡轮在流动停止时离开在喷嘴体后面的最佳位置。按其比重，涡轮在流体中下沉或上升。按照本发明的一种改进方案，如果所述涡轮的比重与流体的比重相匹配，那就可以防止这一现象。在这种情况下，涡轮既不会上浮也不会下沉。
如果对所述涡轮进行平衡处理，使得一旦该涡轮处于流体中就使所有的浮力和漂移力消失，那就实现一种重大的改进。在这种情况下，所述涡轮在流动停止时精确地保持其在此前所占据的位置，也就是说该涡轮在所述喷嘴体后面保持在最佳的定向及最佳的位置中。
将所述喷嘴体精确地保持在通流通道的中心这一任务通过保持嵌件得到解决，该保持嵌件是双构件的并且由正面的导水十字管和背面的嵌件基体组成。这两个元件都设有轮毂。在所述通流通道和喷嘴体或者说轮毂之间的连接由径向的支柱承担。
按照本发明的一种设计方案，这些支柱构造为使流动转向的叶片，其中使所述导水十字管的叶片如此定位，使得其将流体最佳地导向所述涡轮叶片。
此外按照本发明的一种改进方案，使所述嵌件基体的叶片沿相反方向定位。由此可以恢复大部分在所述导水十字管及涡轮的叶片上出现的压力降。这就明显减少整个涡轮流量计的压力降。
按照本发明的另一种设计方案，使所述导水十字管的叶片偏心定位。由此可以如愿地将流体有利地导向特定的方向。
此外，所述导水十字管的叶片以及必要时所述嵌件本体的叶片也构造为折弯成Z形。这也用于使流动转向并且提高测量敏感性。
优选所述保持嵌件的导水十字管和嵌件基体通过插塞连接器合并在一起。由此提高位置精确性并改善可操纵性。
如果流体密度随时间而变化，比如因温度改变而引起，那就不再可能通过比重的调整及平衡处理进行补偿。为于对这种情况，所述涡轮设有轴，该轴在轴套中运转，其中所述轴套一侧定位在所述导水十字管的轮毂中，并且另一侧定位在所述背面的嵌件本体的轮毂中。
按照一种替代方案，所述轴套定位在所述涡轮中，而所述导水十字管及嵌件本体则各具有一个轴颈。在这种情况下，这些轴承不仅在轴向方向上而且在径向方向上都可以有一个很大的间隙，因为一旦流体开始流动并且涡轮由于流动及压力情况占据其在所述喷嘴体后面的位置，那就不再需要这些轴承。所述具有轴承间隙的轴承的另一优点是，所述涡轮即使在最为不利的情况下也不会漂走。
在所述涡轮和流体之间出现摩擦，这种摩擦会使涡轮的旋转制动。因此，本领域的技术人员将会采取所有他所熟悉的措施来减少这种液体摩擦。事实令人惊讶地表明，通过使所述涡轮的半球形正面设有类似于高尔夫球的球窝状压印这种做法可以明显降低摩擦。
显而易见，所述喷嘴体的结构对无轴承的支承的功能来说同样具有决定作用。按照本发明的第一设计方案，所述喷嘴体的内轮廓可以为半球状，这与所述涡轮的半球状正面相匹配。
不过作为替代方案，所述喷嘴体的内轮廓也可以构造为设有扁平底部的圆柱形。一种这样的形状可以利用注塑技术由塑料简单地制成。
按照第三变型方案，在所述半球形的内轮廓中加入同心的凹槽。由此避免材料集聚并且节省塑料材料，而功能则没有因此受到损害。
在喷嘴体中的喷嘴入口的形状对最佳的功能来说也很重要。这个喷嘴入口如公知的一样可以为漏斗形，优选设有倒圆的边缘。
优选所述流量计外壳具有一个上面的开口，通过此开口可以象升降机般地装入和取出装配完毕的保持嵌件。
按本发明，代替蜗轮蜗杆传动装置可以使用冠状齿轮传动装置。这种冠状齿轮传动装置结构类似于蜗轮蜗杆传动装置能够进行90°转向并且同时减少转速。因为小齿轮和冠状齿轮执行滚动运动而不执行滑动运动，所以相对于蜗轮蜗杆传动装置明显减少了摩擦。最后，这种传动装置类型允许涡轮相对于静止的冠状齿轮进行很大的轴向运动，由此明显有助于所述无轴承的涡轮的作用原理。
按照一种作为替代方案的实施方式，所述涡轮具有轮毂，在该轮毂上安装了一个、最好两个永久磁铁。在与所述轮毂相邻的地方安装了传感器管，在该传感器管中布置一个、最好两个磁场传感器。所述传感器的信号由电子的计数装置换算为消耗量数据。
如所有其它的涡轮流量计一样，按本发明的流量计也需要调节件。优选该调节件作为旁通通道设置在所述保持嵌件中，其中可以提升和下降或者也可以摆动的隔板能够改变自由的通道横截面。
按照一种设计方案设置了螺栓，该螺栓能够使所述隔板无级升降。只有在取下计数装置时才可接近该螺栓。
因为按本发明使用的传动装置明显降低了转速，所以所述涡轮流量计的厂方调节会因旁路横截面的变化持续很长时间。为了缩短这个时间，可以在所述计数装置和涡轮叶片之间敷设光导体。借助于该光导体，可以检测蜗轮叶片的经过情况。由此蜗轮每转一圈就实现一个脉冲数，该脉冲数相当于所述涡轮叶片的数目，从而可以在最短的时间内测出涡轮转数。
附图说明
下面借助于附图以实施例的形式对本发明进行详细解释。其中：
图1是涡轮流量计的纵剖面，
图2是按图1的涡轮流量计的主要部件的等轴视图的分解图，
图3是涡轮正面的等轴视图，
图4是涡轮背面的等轴视图，并且
图5是图1所示的具有机械的消耗量检测装置的涡轮流量计的背面的视图，并且
图6是具有电子的消耗量检测装置的涡轮流量计的背面的视图。
具体实施方式
图1示出了涡轮流量计的纵剖面。可以看出外壳1，该外壳1具有入口2、出口3和圆柱形的必要时也可以为圆锥形的通流通道4。在上侧面上，该外壳1具有一个开口6，计数装置5安装在该开口6的上面。
在所述计数装置5的下方可以看到真正的测量装置，该测量装置包括安装在双构件的保持嵌件20中的涡轮10，所述保持嵌件20则由导水十字管20.1和嵌件本体20.2构成。所述导水十字管和嵌件本体(20.1、20.2)插接在一起。所述保持嵌件20可以通过外壳开口6象升降机般地装入和取出。
所述保持嵌件20的导水十字管20.1包括中心轮毂21，该中心轮毂21借助于构造为流动导向的叶片的支柱22定位在所述通流通道4的中心。
此外，所述导水十字管20.1包括具有喷嘴入口24的中心喷嘴体23。所述喷嘴入口24的边界基本上围成圆柱形的并且在正面上倒圆，必要时也可以是锋利的。由此实现流动转向，并且由此产生的涡流很小。
所述喷嘴体23的内表面部分为半球形，部分为圆柱形。
所述保持嵌件20的嵌件基体20.2同样包括中心轮毂25，该轮毂25借助于支柱26定位在所述通流通道4的中心，所述支柱26必要时可以构造为使流动转向的叶片。
在所述保持嵌件20的内部可以看到一个涡轮10。该涡轮10包括轮毂11、安装在该轮毂11上的一排径向叶片12。所述涡轮10的正面14插入所述喷嘴体23中，该正面14构造为半球形。
在所述轮毂11的背面上设置了蜗杆13。蜗轮32与所述蜗杆13啮合，所述蜗轮32则安装在传动轴31上。轴31和蜗轮32是装置30的组成部分，所述装置30将涡轮10的转数传输给所述测量装置5。
如可以从图1中看出，所述涡轮10设有贯通的轴，该轴的端部支承在所述导水十字管或者说嵌件本体20.1、20.2的轮毂21、25的轴套29中。所述轴承29的任务是，将所述涡轮10保持在对其在流量最小时的起动来说最佳的位置中。一旦涡轮10随流体流动增加定位在所述喷嘴体23的后面，就不再需要这些轴承。因此可以选择相应大的轴承间隙。
原则上也存在这样的可能性，也就是将所述轴套定位在所述涡轮中并且分别将一个轴颈定位在所述导水十字管和嵌件本体上。
图2作为分解图示出了所述保持嵌件20的导水十字管20.1和嵌件本体20.2。所述计数装置5定位在所述嵌件本体20.2上。在所述导水十字管20.1和嵌件本体20.2之间可以看出所述涡轮10。
一旦在附图中示出的元件10、20.1、20.2插接在一起，那么所述保持嵌件20就形成一个完整的单元，该单元可以通过所述在计数装置外壳1中的上面的开口6象升降机般地装入和取出，其中装好的计数装置5将该开口6封闭。
图3示出了所述涡轮10的正面的斜视图，图4示出了其背面的斜视图。可以看出具有半球形正面14的轮毂11和轴端15。此外可以看出径向固定在所述轮毂11上的叶片12.1、12.2，它们通过喷嘴环16得到固定。所述喷嘴环16与所述轮毂11间隔开，从而在所述喷嘴体23和喷嘴环16之间产生喷嘴缝隙18。在处于喷嘴体23和轮毂11之间的缝隙17中得到加速的流体作为喷射器作用于在所述喷嘴缝隙18中的流体，并且额外地使这部分流体量加速。得到加速的流体冲击到所述涡轮叶片12.1上并且由此即使在流速最小时也将所述涡轮10和与蜗轮32啮合的蜗杆13以及所述轴端15置于旋转之中。
图5示出了图1所示的涡轮流量计的背面的视图。所述嵌件本体已被移走，从而可以看出背面的轴端15和固定在该轴端15上的蜗杆13。同样可以看出所述传动轴31上的与所述与蜗杆13啮合的蜗轮32。其它的传动齿轮30将所述涡轮10的转数传输给所述机械的计数装置5。
图6示出了涡轮流量计的背面的视图，该涡轮流量计具有电子的消耗量检测装置。在所述涡轮10的轴上固定着轮毂40，该轮毂40载有两个永久磁铁41。在所述轮毂40的旁边竖立着一根传感器管42，两个磁场传感器43定位在所述传感器管42中，使得其检测由所述永久磁铁41产生的磁场。传感器信号被传送给电子的计数装置44，该计数装置44则计算出消耗量数据。

Claims (27)

1.用于对流体进行消耗量测量的涡轮流量计，包括
-外壳(1)，该外壳(1)则具有
-入口(2)
-出口(3)
-和通流通道(4)，
-用于测量和显示消耗量的测量装置(5、44)，
-布置在所述通道(4)中的涡轮(10)，该涡轮(10)具有
-第一轮毂(11)，
-多个布置在该轮毂(11)上的径向的第一叶片(12.1、12.2)，
-和朝向流体流的半球形的正面(14)，
-保持嵌件(20)，该保持嵌件(20)则包括
-导水十字管(20.1)，该导水十字管(20.1)则包括
-第二轮毂(21)，
-从所述第二轮毂(21)延伸到所述通道(4)的壁体的径向的第一支柱(22)，
-将所述涡轮(10)的正面(14)包围的喷嘴体(23)，其中留有被流体从中穿流的缝隙(17)，
-和在所述喷嘴体(23)中的中心开口(24)，
-嵌件基体(20.2)，该嵌件基体(20.2)则包括
-第三轮毂(25)
-和从所述第三轮毂(25)延伸到所述通道(4)的壁体的径向的第二支柱(26)，
-和装置(30)，该装置对所述涡轮(10)的转数进行检测并将其传递给所述测量装置(5、44)，
其特征在于以下特征，
-所述第一叶片(12.1、12.2)定位在所述喷嘴体(23)的附近，
-所述涡轮(10)包括喷嘴环(16)，
-所述喷嘴环(16)
-将所述第一叶片(12.1、12.2)连接起来，
-并且搭接所述喷嘴体(23)的外轮廓，从而在所述喷嘴环(16)和喷嘴体(23)之间留下喷嘴缝隙(18)，
-所述喷嘴缝隙(18)与所述缝隙(17)相连通。
2.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述处于第一轮毂(11)和喷嘴环(16)之间的第一叶片(12.1)在所述喷嘴体(23)的区域中被切除。
3.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述喷嘴体(23)的环形端部成形为锋利的流动棱边(28)。
4.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述涡轮(10)保持在两个应急轴承中，所述应急轴承由一个轴(15)和两个轴套(29)构成。
5.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述涡轮(10)保持在两个应急轴承中，所述应急轴承由两个轴颈和两个轴套构成。
6.按权利要求4所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-在轴(15)和轴套(29)之间在径向和轴向上都存在大的轴承间隙。
7.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述涡轮(10)的比重与所述流体的比重相平衡。
8.按权利要求1或7所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-对所述涡轮(10)进行平衡处理，从而一旦该涡轮处于流体中，所有浮力及漂移力都得到补偿。
9.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述涡轮(10)的正面(14)具有球窝形的压印。
10.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述喷嘴体(23)的内轮廓为半球形。
11.按权利要求10所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述喷嘴体(23)的内轮廓具有同心的凹槽。
12.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述喷嘴体(23)的内轮廓是具有扁平底部的圆柱形。
13.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述喷嘴体(23)中的开口(24)为漏斗形。
14.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述导水十字管(20.1)的第一支柱(22)构造为第二叶片和/或所述嵌件基体(20.2)的第二支柱(26)构造为第三叶片。
15.按权利要求14所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述导水十字管(20.1)的第二叶片(22)被定位并且将流体有针对性地导向所述第一叶片(12.1、12.2)。
16.按权利要求14或15所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述嵌件基体(20.2)的第三叶片(26)被反向定位。
17.按权利要求14所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述导水十字管(20.1)的第二叶片(22)折弯成Z形。
18.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述导水十字管(20.1)和嵌件基体(20.2)借助于插塞连接件合并在一起。
19.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述涡轮(10)的第一轮毂(11)载有蜗杆(13)，
-蜗轮(32)与该蜗杆(13)相啮合。
20.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述涡轮(10)的第一轮毂(11)载有小齿轮，
-冠状齿轮与该小齿轮相啮合。
21.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述涡轮(10)具有带有至少一个永久磁铁(41)的第四轮毂(40)，
-传感器管(42)与所述第四轮毂(40)相邻定位，
-在所述传感器管(42)中有至少一个磁场传感器(43)，
-电子的测量装置(44)将传感器信号换算成消耗量数据。
22.按权利要求21所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-设置了两个磁铁(41)和/或两个磁场传感器(43)。
23.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述外壳(1)具有上面的开口(6)，
-装配完毕的保持嵌件(20)可以通过该开口象升降机般地装入和取出。
24.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-在所述保持嵌件(20)中有旁通通道，
-活动的隔板能够改变自由的旁路横截面。
25.按权利要求24所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-螺栓
-能够使所述隔板升降，
-并且仅仅在拆下所述测量装置(5)时才能接近。
26.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-在所述测量装置(5)和第一叶片(12.2)之间敷设光导体。
27.按权利要求1所述的涡轮流量计，其特征在于以下特征：
-所述流体是水。
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