CN101413818A - 容积式高阶椭圆齿轮流量计 - Google Patents
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Abstract
转子为高阶椭圆齿轮的容积式流量计，该流量计由壳体、两只大小相同的高阶椭圆齿轮转子和信号采集三部分所组成。高阶椭圆齿轮节曲线的函数表达式为：r(φ)＝[A(1－k)]/(1－k*cosnφ)，n是大于2的自然数。采用高阶椭圆齿轮作为转子的流量计，其脉动小和噪音低、密封性能加强、信号采集数目增多，整体性能提高。
Description
技术领域
本发明属于流量测试技术领域，具体来说，涉及一种容积式高阶椭圆齿轮流量计。
背景技术
一直以来，齿轮型容积式流量计的转子都是使用圆齿轮或椭圆齿轮。相对于圆齿轮转子，椭圆齿轮转子因其长短轴的特性，容易形成转矩，很小的压力差就能旋转，有压损小、灵敏等特点而被广泛使用。但椭圆齿轮转子的容积式流量计也存在三个不足：一是脉动大，随之而来的是在流量大的时候噪音也变大；二是在圆周上密封少，只有二处密封；三是旋转一周只能采集到二次信号。中国2005年公开的200410069464.4专利，就通过对椭圆齿轮长轴上的齿槽之间进行填补来增加密封性。
发明内容
本发明的目的是从脉动，密封和信号采集次数这三方面同时改进，从而提供整体性能.
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：使用高阶椭圆齿轮作为流量计的转子，来减小脉动，降低噪音，增强密封，提高信号采集次数。椭圆齿轮的节曲线函数表达式为：
r(φ)＝[A(1-k)]/(1-k*cosnφ)
式中r为极坐标下节曲线的向径，φ为向径所对应的转角，A为椭圆的长轴半径，k为偏心率，n为椭圆齿轮阶数。现有的椭圆齿轮n＝2，n>2的就是高阶椭圆齿轮；n＝3称为三阶，n＝4称为四阶，n＝5称为五阶，n＝6称为六阶。
节曲线函数表达式中的k值的大小决定椭圆齿轮齿轮节曲线的凹凸。在凸的情况下齿轮长轴上为齿，在凹的情况下齿轮长轴上为齿槽。具体为：当n＝3且k<0.125时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿；当n＝3且k>＝0.125时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿槽；当n＝4且k<0.0666时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿；当n＝4且k>＝0.0666时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿槽；当n＝5且k<0.0416时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿；当n＝5且k>＝0.0416时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿槽；当n＝6且k<0.0285时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿；当n＝6且k>＝0.0285时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿槽。
附图说明
图1是现有技术的椭圆齿轮流量计的结构图；
图2是高阶椭圆齿轮(n＝3)流量计的结构图；
图3和图4是高阶椭圆齿轮(n＝3)流量计工作原理示意图；
图5是高阶椭圆齿轮(n＝3，n＝4，n＝5，n＝6)流量计的计量空间示意图。
具体实施方案
如图2所示，高阶椭圆齿轮转子(7)装在轴(10)上，磁钢(9)镶嵌在高阶椭圆齿轮转子(7)上；高阶椭圆齿轮转子(2)装在轴(4)上；上盖板(6)与高阶椭圆齿轮转子(7)及壳体(5)形成一个封闭的计量空间(8)。
在图3所示时刻，入口(3)流体的压力高于出口(1)的压力，因为R11＝R12，这表示作用在高阶椭圆齿轮转子(7)上的转矩相等；而R22>R21，则作用在高阶椭圆齿轮转子(2)上的转矩T为＝P*(R22-R21)，P为入口流体的压力；此时，高阶椭圆齿轮转子(2)是主动轮，它顺时针旋转并推动高阶椭圆齿轮转子(7)逆时针旋转，进而将计量空间(8)的流体从出口(1)排出。
在图4所示时刻，入口(3)流体的压力高于出口(1)的压力，因为R21＝R22，这表示作用在高阶椭圆齿轮转子(2)上的转矩相等；而R11>R12，则作用在高阶椭圆齿轮转子(7)上的转矩T为＝P*(R11-R12)，P为入口流体的压力；此时，高阶椭圆齿轮转子(7)是主动轮，它逆时针旋转并推动高阶椭圆齿轮转子(2)顺时针旋转，进而将计量空间(12)的流体从出口(1)排出。
高阶椭圆齿轮转子旋转一周，通过镶嵌在其上的上磁钢，信号采集元件可采集到n个信号；相应的可得到流过的体积，即2n个计量空间(n是椭圆齿轮阶数)。
计量空间越大则脉动也越大。图5显示出在中心距相同的情况下，三阶、四阶、五阶、六阶椭圆齿轮流量计的计量空间分别为(8)、(13)、(14)、(15)。假设以现有技术的椭圆齿轮流量计的计量空间L为标准，则三阶、四阶、五阶、六阶椭圆齿轮流量计的计量空间分别为0.66L、0.32L、0.198L、0.133L。
Claims (3)
1.一种含有高阶椭圆齿轮转子的容积式流量计，该流量计由壳体、两只高阶椭圆齿轮转子和信号采集三部分所组成。
2.根据权利要求1所述的容积式流量计，其特征在于：两只高阶椭圆齿轮转子大小及形状完全相同；高阶椭圆齿轮的节曲线函数表达式为：
r(φ)＝[A(1-k)]/(1-k*cosnφ)
式中r为极坐标下节曲线的向径，φ为向径所对应的转角，A为椭圆的长轴半径，k为偏心率，n为椭圆齿轮阶数、是大于2的自然数。
3.根据权利要求2所述的容积式流量计，其特征在于：当n＝3且k<0.125时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿；当n＝3且k>＝0.125时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿槽；当n＝4且k<0.0666时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿；当n＝4且k>＝0.0666时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿槽；当n＝5且k<0.0416时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿；当n＝5且k>＝0.0416时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿槽；当n＝6且k<0.0285时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿；当n＝6且k>＝0.0285时，高阶椭圆齿轮的长轴上为齿槽.
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