CN101586973B - 一种双向异型腔流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开的双向异型腔流量计，包括带有异型柱面内腔及进出口的腔体、带十字交叉导向槽的转子、两组组合滑板及两块盖板。异型柱面由同轴相对布置而半径不等的两个1/4圆弧面和对称布置的两个1/4非圆弧面组合而成，1/4圆弧面与1/4非圆弧面光滑衔接。两组组合滑板安装配于转子的十字交叉导向槽内。盖板与腔体的上下端面配合，使腔体密封。转子与腔体的两个1/4圆弧面同轴，并与其中半径较小者滑动配合。转子连同组合滑板与腔体内壁配合，组合滑板在流体压力作用下带动转子转动，同时，异型曲面的曲率半径徐变使两组组合滑板交叉滑动。转子每转一周，有等量的流体流过腔体。转子的转动方向，随进出口压差方向的改变而改变。

Description

一种双向异型腔流量计 

技术领域

本发明涉及双向异型腔流量计，属传感器和计量技术领域。 

背景技术

中国专利CN101149284公开的异型腔流量计具有构造简单、可自动补偿动件磨损、能防止转子卡死等特点，同时还具有转子不可倒转的特性，因此是一种单向流量计，只适合于有单向性要求的流量计量。然而在石油、化工、机械、交通工具、城市供水等很多场合，需要使用双向流量计。 

发明内容

本发明的目的是，提供一种转子可以双向转动，适合双向工作的异型腔流量计。 

本发明的双向异型腔流量计，包括由带有异型弧面内腔、第一进出口、第二进出口、第一导流槽和第二导流槽的腔体以及安装在腔体两端面上的上盖板和下盖板构成密封腔，在密封腔内安装有转子组件；转子组件由带有十字交叉导向槽及上定心轴和下定心轴的圆柱形转子本体、第一组组合滑板、第二组组合滑板以及永磁铁构成；转子组件通过转子本体上的上定心轴和下定心轴分别与上盖板、下盖板上的轴承孔配合，绕自身轴线转动； 

腔体的异型柱面内腔由半径为R₁的1/4圆弧面、半径为R₂的1/4圆弧面、形状及尺寸完全相同的第一1/4异型弧面和第二1/4异型弧面组合而成，R₁＞R₂；半径为R₁的1/4圆弧面与半径为R₂的1/4圆弧面同轴线，二者与对称布置的第一1/4异型弧面和第二1/4异型弧面相间排布，形成封闭的异型腔柱面；半径为R₁的1/4圆弧面和半径为R₂的1/4圆弧面与第一1/4异型弧面和第二1/4异型弧面分别衔接，在各衔接处均为光滑过渡；第一1/4异型弧面和第二1/4异型弧面的曲率半径r从各自与半径为R₁的1/4圆弧面的衔接线起到各自与半径为R₂的1/4圆弧面的衔接线止，由R₁连续减小到R₂；垂直通过两个1/4圆弧面公共轴线且与两个1/4异型弧面相交的所有直线被两个1/4异型弧面截得的线段AB的长度L_AB都等于两个1/4圆弧面的半径之和，即L_AB＝R₁+R₂； 

腔体的第一进出口开设在第二1/4异型弧面上，第二进出口开设在第一1/4异型弧面上，第一进出口和第二进出口处在共轴位置上；第一导流槽一端起于第二1/4异型弧面与半径为R₁的1/4圆弧面的衔接线，另一端起于第二1/4异型弧面与半径为R₂的1/4圆弧面的衔接线；第二导流槽一端起于第一1/4异型弧面与半径为R₁的1/4圆弧面的衔接线，另一端起于第一1/4异型弧面与半径为R₂的1/4圆弧面的衔接线； 

转子本体与安装在其十字交叉导向槽内的第一组组合滑板和第二组组合滑板构成转子组件；转子本体的十字交叉导向槽由第一导向槽和第二导向槽组成，两个导向槽的导向面都平行于转子本体的轴线，第一导向槽和第二导向槽均为中心对称，每个导向槽的两翼均沿转子本体的径向切入转子本体一定深度，切入段同时沿转子本体的轴线方向贯通；第一导向槽的中部是一个矩形孔，第一导向槽沿转子本体的径向贯通；第二导向槽由转子本体的下端面和上端面分别沿转子本体的径向方向切入转子本体一定深度，切入部分同时沿转子本体的径向贯通，并分别在转子的下定心轴和上定心轴的底部与第一导向槽的中部矩形孔之间穿过；第一组组合滑板以滑动配合方式安装在转子本体的第一导向槽内，第二组组合滑板以滑动配合方式安装在转子本体的第二导向槽内；转子本体的上定心轴、下定心轴与转子本体的圆柱面同轴，转子本体的圆柱面的半径R₃等于半径为R₂的1/4圆弧面的半径R₂；转子本体的圆柱面与腔体的半径为R₂的1/4圆弧面滑动配合；第一组组合滑板的端部和第二组组合滑板的端部始终保持与腔体的内壁接触；第一组组合滑板的总长度L₁和第二组组合滑板的总长度L₂相等，即L₁＝L₂＝L，L等于或小于半径为R₁的1/4圆弧面和半径为R₂的1/4圆弧面的半径之和，即L≤R₁+R₂；在第一组组合滑板的滑片之间设置有弹性元件，在第二组组合滑板的滑片之间设置有弹性元件；转子组件通过转子本体的圆柱面与异型柱面内腔的1/4圆弧面的滑动配合，转子本体的下端面与下盖板的滑动配合，转子本体的上端面与上盖板的滑动配合，第一组组合滑板和第二组组合滑板与异型柱面内腔的1/4圆弧面的滑动配合，以及第一组组合滑板与第一导向槽的滑动配合和第二组组合滑板与第二导向槽的滑动配合，共同构成防内泄动密封系统；永磁铁以孔轴配合方式嵌装在转子本体的一个端面上。 

本发明中，第一组组合滑板由两块形状和尺寸相同的T形板和一个弹性元件组合而成，两块T形板的底部相互正对，弹性元件位于两块T形板之间；第二组组合滑板由两块形状和尺寸相同的槽形板和两个弹性元件组合而成，两块槽形板的槽腿相互正对，两个弹性元件分别位于两对槽腿之间；构成第一组组合滑板的T形板的厚度与第一导向槽的宽度相等；构成第二组组合滑板的槽形板的厚度与第二导向槽的宽度相等；组合滑板的高度和组合滑板的高度均等于转子的高度。 

双向异型腔流量计处于工作状态时，两进出口间的流体压力差产生转动力矩，驱动转子组件转动，同时，两组组合滑板在第一1/4异型弧面或第二1/4异型弧面的推动下交叉滑动。转子组件每转过一周，有等量的流体通过流量计。转子组件的转动方向由两进出口间压力差的方向决定，当压力差的方向改变时，转子的转动方向也随之改变，从而实现双向计量。 

双向异型腔流量计的有益效果是：与现有异型腔流量计相比，可以用于需要双向流量计量的场合。 

附图说明

图1是双向异型腔流量计的结构和工作原理示意图； 

图2是双向异型腔流量计的纵向剖面图； 

图3是异型腔体的结构示意图； 

图4是带十字交叉导向槽的转子本体的结构示意图； 

图5是T形板的示意图； 

图6是槽形板的示意图； 

图7是由两块T形板和弹性元件构成的组合滑板的示意图； 

图8是由两块槽形板和弹性元件构成的组合滑板的示意图； 

图9是标准容积的示意图； 

图10是异形柱面内腔的一种成型线示意图。 

具体实施方式

参照图1至图10。本发明的双向异型腔流量计，包括由带有异型弧面内腔、第一进出口6、第二进出口7、第一导流槽24和第二导流槽25的腔体1以及安装在腔体1两端面上的上盖板22和下盖板23构成密封腔，在密封腔内安装有转子组件；转子组件由带有十字交叉导向槽及上定心轴13和下定心轴12的圆柱形转子本体2、第一组组合滑板3、第二组组合滑板4以及永磁铁5构成；转子组件通过转子本体2上的上定心轴13和下定心轴12分别与上盖板22、下盖板33上的轴承孔27配合，可以绕自身轴线转动。 

腔体1的异型柱面内腔由半径为R₁的1/4圆弧面9、半径为R₂的1/4圆弧面8、形状及尺寸完全相同的第一1/4异型弧面10和第二1/4异型弧面11组合而成，R₁＞R₂；半径为R₁的1/4圆弧面9与半径为R₂的1/4圆弧面8同轴线，二者与对称布置的第一1/4异型弧面10和第二1/4异型弧面11相间排布，形成封闭的异型腔柱面；半径为R₁的1/4圆弧面9和半径为R₂的1/4圆弧面8与第一1/4异型弧面10和第二1/4异型弧面11分别衔接，在各衔接处均为光滑过渡(见图1和图3)。 

第一1/4异型弧面10和第二1/4异型弧面11的设计，应满足两个基本要求：一是第一1/4异型弧面10和第二1/4异型弧面11的曲率半径r，从各自与半径为R₁的1/4圆弧面9的衔接线起到各自与半径为R₂的1/4圆弧面8的衔接线止，由R₁连续减小到R₂；二是垂直通过两个1/4圆弧面公共轴线且与两个1/4异型弧面相交的所有直线，被两个1/4异型弧面截得的线段AB的长度L_AB都等于两个1/4圆弧面的半径之和，即L_AB＝R₁+R₂。满足这两个条件的1/4异型弧面的面型不是唯一的，可以采用由极坐标方程(1)和(2)表示的曲线做为1/4异型弧面10和1/4异型弧面11的成型线(参看图10)： 

也可以根据某些特定要求设计两个异型弧面的成型线。 

腔体1的第一进出口6开设在第二1/4异型弧面11上，第二进出口7开设在第一1/4异型弧面10上，第一进出口6和第二进出口7一般处在共轴位置上。第一导流槽24的一端起于第二1/4异型弧面11与半径为R₁的1/4圆弧面9的衔接线，另一端起于第二1/4异型弧面11与半径为R₂的1/4圆弧面8的衔接线；第二导流槽的25一端起于第一1/4异型弧面10与半径为R₁的1/4圆弧面9的衔接线，另一端起于第一1/4异型弧面10与半径为R₂的1/4圆弧面8的衔接线(见图3)。导流槽24和导流槽25的作用是使流体能够顺利流出腔体1。 

转子本体2与第一组组合滑板3和第二组组合滑板4按图1、图2和图7、图8的结构关系装配，构成转子组件。永磁铁5以孔轴配合方式嵌装在转子本体2的一个端面上(见图4)。转子本体2的上定心轴13、下定心轴12与转子本体2的圆柱面26同轴(见图1和图2)，转子本体2的圆柱面26的半径R₃等于1/4圆弧面8的半径R₂。转子组件装入腔体1后，转子本体2的圆柱面26与腔体1的1/4圆弧面8滑动配合。流量计工作时，转子组件在液力驱动下旋转，第一组组合滑板3的端部18和第二组组合滑板4的端部19应始终保持与腔体1的内壁接触，并有适当的接触压力，以起到密封(防止流体内泄)的作用。为实现这一要求，应使第一组组合滑板3的总长度L₁和第二组组合滑板4的总长度L₂等于或略小于1/4圆弧面9和1/4圆弧面8的半径之和，即L₁＝L₂≤R₁+R₂，并在第一组组合滑板3的滑片16之间设置弹性元件20，在第二组组合滑板4的滑片17之间设置弹性元件21(见图7和图8)。

转子本体2与安装在其十字交叉导向槽内的第一组组合滑板3和第二组组合滑板4构成转子组件。转子本体2的十字交叉导向槽由第一导向槽14和第二导向槽15组成，两个导向槽的导向面都平行于转子本体2的轴线。第一导向槽14和第二导向槽15均为中心对称，每个导向槽的两翼均沿转子本体2的径向切入转子本体一定深度，切入段同时沿转子本体2的轴线方向贯通。第一导向槽14的中部是一个矩形孔，使该导向槽沿转子本体2的径向贯通。第二导向槽15则由转子本体2的下端面和上端面分别沿转子本体2的径向方向切入转子本体2一定深度，切入部分同时沿转子本体2的径向贯通，并分别在转子的下定心轴12和上定心轴13的底部与第一导向槽14的中部矩形孔之间穿过(见图4)。第一组组合滑板3由两块形状和尺寸相同的T形板16和一个弹性元件20组合而成，两块T形板的底部相互正对，弹性元件20位于两块T形板之间；第二组组合滑板4由两块形状和尺寸相同的槽形板17和两个弹性元件21组合而成，两块槽形板的槽腿相互正对，两个弹性元件21分别位于两对槽腿28之间。构成第一组组合滑板3的T形板16的厚度与第一导向槽14的宽度相等；构成第二组组合滑板4的槽形板17的厚度与第二导向槽15的宽度相等。组合滑板3的高度和组合滑板4的高度均等于转子2的高度。 

第一组组合滑板3以滑动配合方式安装在转子本体2的第一导向槽14内，第二组组合滑板4以滑动配合方式安装在转子本体2的第二导向槽15内。转子本体2的上定心轴13、下定心轴12与转子本体2的圆柱面26同轴，转子本体2的圆柱面26的半径R₃等于半径为R₂的1/4圆弧面8的半径R₂。转子组件装入腔体1后，转子本体2的圆柱面26与腔体1的半径为R₂的1/4圆弧面8滑动配合。流量计工作时，转子组件在液力驱动下旋转，第一组组合滑板3的端部18和第二组组合滑板4的端部19始终保持与腔体1的内壁接触，组合滑板内的弹性元件应能提供适当的接触压力，以防止流体内泄。转子组件通过转子本体2的圆柱面与异型柱面内腔的1/4圆弧面8的滑动配合，转子本体2的下端面与下盖板23的滑动配合，转子本体2的上端面与上盖板22的滑动配合，第一组组 

合滑板3和第二组组合滑板4与异型柱面内腔的1/4圆弧面9的滑动配合，以及第一组组合滑板3与第一导向槽14的滑动配合和第二组组合滑板4与第二导向槽15的滑动配合，共同构成防内泄动密封系统。 

本发明的双向异型腔流量计的工作原理：当进出口6的流体压力大于进出口7的流体压力时，流体由进出口6流入、进出口7流出时。由图1可以看到，不论转子组件处在什么位置上，总会有一组组合滑板的大半段处在异型柱面1/4圆弧面9的区域内，而且该段的前部伸出转子本体2并与1/4圆弧面9接触，该组合滑板伸出部分两侧的压力差对转子组件产生转动力矩，推动转子组件逆时针旋转。由于腔体1和转子组件是完全对称的，当进出口7的流体压力大于进出口6的流体压力时，转子组件顺时针旋转，流体由进出口7流入、进出口6流出。这样就实现了双向流量计量。不论转子组件逆时针旋转还是顺时针旋转，当一组组合滑板(例如第一组组合滑板3)处于水平方位而另一组组合滑板(例如第二组组合滑板4)处于竖直方位时(见图9)，在腔体的1/4圆弧面9和转子本体之间就会形成一个容积确定的空间，称为标准容积。转子每转一周，依次形成4个标准容积，即有4份标准容积的流体通过腔体。 

Claims (2)

1.一种双向异型腔流量计，其特征是该流量计包括带有异型弧面内腔、第一进出口(6)、第二进出口(7)、第一导流槽(24)和第二导流槽(25)的腔体(1)，在腔体(1)两端面安装有上盖板(22)和下盖板(23)形成密封腔，在密封腔内安装有转子组件；转子组件由带有十字交叉导向槽及上定心轴(13)和下定心轴(12)的圆柱形转子本体(2)、第一组组合滑板(3)、第二组组合滑板(4)以及永磁铁(5)构成；转子组件通过转子本体(2)上的上定心轴(13)和下定心轴(12)分别与上盖板(22)、下盖板(33)上的轴承孔(27)配合，绕自身轴线转动；

腔体(1)的异型柱面内腔由半径为R₁的1/4圆弧面(9)、半径为R₂的1/4圆弧面(8)、形状及尺寸完全相同的第一1/4异型弧面(10)和第二1/4异型弧面(11)组合而成，R₁＞R₂；半径为R₁的1/4圆弧面(9)与半径为R₂的1/4圆弧面(8)同轴线，二者与对称布置的第一1/4异型弧面(10)和第二1/4异型弧面(11)相间排布，形成封闭的异型腔柱面；半径为R₁的1/4圆弧面(9)和半径为R₂的1/4圆弧面(8)与第一1/4异型弧面(10)和第二1/4异型弧面(11)分别衔接，在各衔接处均为光滑过渡；第一1/4异型弧面(10)和第二1/4异型弧面(11)的曲率半径r从各自与半径为R₁的1/4圆弧面(9)的衔接线起到各自与半径为R₂的1/4圆弧面(8)的衔接线止，由R₁连续减小到R₂；垂直通过两个1/4圆弧面公共轴线且与两个1/4异型弧面相交的所有直线被两个1/4异型弧面截得的线段AB的长度L_AB都等于两个1/4圆弧面的半径之和，即L_AB＝R₁+R₂；

腔体(1)的第一进出口(6)开设在第二1/4异型弧面(11)上，第二进出口(7)开设在第一1/4异型弧面(10)上，第一进出口(6)和第二进出口(7)处在共轴位置上；第一导流槽(24)一端起于第二1/4异型弧面(11)与半径为R₁的1/4圆弧面(9)的衔接线，另一端起于第二1/4异型弧面(11)与半径为R₂的1/4圆弧面(8)的衔接线；第二导流槽(25)一端起于第一1/4异型弧面(10)与半径为R₁的1/4圆弧面(9)的衔接线，另一端起于第一1/4异型弧面(10)与半径为R₂的1/4圆弧面(8)的衔接线；

转子本体(2)与安装在其十字交叉导向槽内的第一组组合滑板(3)和第二组组合滑板(4)构成转子组件；转子本体(2)的十字交叉导向槽由第一导向槽(14)和第二导向槽(15)组成，两个导向槽的导向面都平行于转子本体(2)的轴线，第一导向槽(14)和第二导向槽(15)均为中心对称，每个导向槽的两翼均沿转子本体(2)的径向切入转子本体(2)一定深度，切入段同时沿转子本体(2)的轴线方向贯通；第一导向槽(14)的中部是一个矩形孔，第一导向槽沿转子本体(2)的径向贯通；第二导向槽(15)由转子本体(2)的下端面和上端面分别沿转子本体(2)的径向方向切入转子本体(2)一定深度，切入部分同时沿转子本体(2)的径向贯通，并分别在转子的下定心轴(12)和上定心轴(13)的底部与第一导向槽(14)的中部矩形孔之间穿过；第一组组合滑板(3)以滑动配合方式安装在转子本体(2)的第一导向槽(14)内，第二组组合滑板(4)以滑动配合方式安装在转子本体(2)的第二导向槽(15)内；转子本体(2)的上定心轴(13)、下定心轴(12)与转子本体(2)的圆柱面(26)同轴，转子本体(2)的圆柱面(26)的半径R₃等于半径为R₂的1/4圆弧面(8)的半径R₂；转子本体(2)的圆柱面(26)与腔体(1)的半径为R₂的1/4圆弧面(8)滑动配合；第一组组合滑板(3)的端部(18)和第二组组合滑板(4)的端部(19)始终保持与腔体(1)的内壁接触；第一组组合滑板(3)的总长度L₁和第二组组合滑板(4)的总长度L₂相等，即L₁＝L₂＝L，L等于或小于半径为R₁的1/4圆弧面(9)和半径为R₂的1/4圆弧面(8)的半径之和，即L≤R₁+R₂；在第一组组合滑板(3)的滑片(16)之间设置有弹性元件(20)，在第二组组合滑板(4)的滑片(17)之间设置有弹性元件(21)；转子组件通过转子本体(2)的圆柱面与异型柱面内腔的1/4圆弧面(8)的滑动配合，转子本体(2)的下端面与下盖板(23)的滑动配合，转子本体(2)的上端面与上盖板(22)的滑动配合，第一组组合滑板(3)和第二组组合滑板(4)与异型柱面内腔的1/4圆弧面(9)的滑动配合，以及第一组组合滑板(3)与第一导向槽(14)的滑动配合和第二组组合滑板(4)与第二导向槽(15)的滑动配合，共同构成防内泄动密封系统；永磁铁(5)以孔轴配合方式嵌装在转子本体(2)的一个端面上。

2.根据权利要求1所述的双向异型腔流量计，其特征是第一组组合滑板(3)由两块形状和尺寸相同的T形滑片(16)和一个弹性元件(20)组合而成，两块T形滑片的底部相互正对，弹性元件(20)位于两块T形滑片之间；第二组组合滑板(4)由两块形状和尺寸相同的槽形滑片(17)和两个弹性元件(21)组合而成，两块槽形滑片的槽腿相互正对，两个弹性元件(21)分别位于两对槽腿(28)之间；构成第一组组合滑板(3)的T形滑片(16)的厚度与第一导向槽(14)的宽度相等；构成第二组组合滑板(4)的槽形滑片(17)的厚度与第二导向槽(15)的宽度相等；第一组组合滑板(3)的高度和第二组组合滑板(4)的高度均等于转子(2)的高度。

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