CN101672668B

CN101672668B - 一种双旋翼机械式流量传感器及其工作方法

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Publication number: CN101672668B
Application number: CN2009100705872A
Authority: CN
Inventors: 李康生; 陈沛
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: CN101672668A

Abstract

一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于其叶轮为双旋翼叶轮，它由主旋翼、副旋翼、叶轮体、叶轮轴及传感元件构成；工作方法为：流体推动双旋翼叶轮旋转；主旋翼将通过计量室流体瞬时流速转变叶轮的转动；副旋翼在流体轴向力的作用下，产生向下推动轴向力；双旋翼叶轮旋转的同时也反作用于流体一个向上指向计量室顶部空腔的反力，使一部分流体挤压和排出计量室顶部残留的空气；流体通过计量室从出水口流出，完成计量工作。优越性：可以排空计量室顶部的空气，产生有利于流量特性的湍流，从而改善了流量计的流量特性；由于使用了双旋翼技术，副旋翼在流体轴向力的作用下，有一个向下运动的趋势，使叶轮基本在最低轴向位置工作。

Description

一种双旋翼机械式流量传感器及其工作方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种机械式流量传感器及其工作方法，特别是一种适合于集中供热收费计量用热量表应用场合的双旋翼机械式流量传感器及其工作方法。

(二)技术背景：

随我国国民经济的高速发展，对资源的需求越来越大，尤其凸出的是水资源和石油资源。我国水资源的人均占有量只有2710立方米，约为世界人均占有量的1/4，居世界第88位。国外一些国家工业用水早已采取循环用水措施，水的重复利用率高达70％～90％左右，而中国多数城市还停留在20％～50％的水平上。由于工艺技术落后，工业用水定额也远远高于国外先进水平。中国占世界石油储量的1.5％，产量占世界总量的4.5％，但消费量却占世界总量的8.2％。经历了世界性的金融危机以来，为了保证我国国民经济的可持续发展，节约能源早已提到议事日程上来，国家加大了节能力度，出台了相应的法律法规，计量收费供水和供热势在必行，因此，本发明在当前形势下有着极其广阔的应用前景。

我国供热、供水计量收费仪表——流量传感器(流量计)中，机械式流量传感器(流量计)市场占有量高达80％以上，而且均为单旋翼流量计(或称为旋翼式流量计)。严格定义，中小流量使用单个直翼的旋翼式流量计，大流量使用螺翼式流量计(其旋翼为空间曲面)。随着我国科学技术水平的不断提高，和综合国力的不断增强，新型流量计的应用也不断增加，如：超声流量计，某些场合也有引导使用超声流量计的舆论和指令。按照我国国情，供热水质问题，不仅使机械式流量计失效，同样也使超声流量计失效，不是有否机械运动部件的问题，而是水质使机械流量计产生运动故障，同样也使超声流量计出现发射和接收故障，极端时候出现：超声发射后，根本无法到达接收器上。另，从欧洲近百年的集中供热收费计量的经验证明，虽然有超声流量计，但机械式流量计在欧洲的市场保有量和使用量的两大指标均占80％以上。而且超声流量计的制造成本是机械式流量计的数倍，虽然由于电子技术的进步，使超声技术应用更加便捷，但其成本远高于机械式流量计，因此机械式流量传感器(流量计)的技术创新和推广应用才是符合我国国情最好途径。

(三)发明内容：

本发明的目的在于设计一种双旋翼机械式流量传感器及其工作方法，它能够解决现有技术的不足，有效的提高了流量传感器的计量精度和稳定性。

本发明的技术方案：一种双旋翼机械式流量传感器，包括流量计进水口、流量计壳体、流量计上盖、计量室顶部的空腔、流量计压盖、叶轮、计量室、下支撑盘及出水口；所说的下支撑盘固定在流量计壳体底部；所说的叶轮轴下端装在下支撑盘轴套中；所说的流量计上盖装在流量计壳体内的计量室上部；所说的叶轮轴上端装在流量计上盖的轴套中；所说的流量计压盖依螺纹装在流量计壳体顶部的螺纹孔中；其特征在于所说的叶轮为双旋翼叶轮，它由主旋翼、副旋翼、叶轮体、叶轮轴及传感元件构成；所说的叶轮体上有主旋翼和副旋翼；所说的叶轮轴位于叶轮体中心；所说的传感元件嵌在叶轮体内；所说的主旋翼在副旋翼下方；所说的主旋翼和副旋翼均至少为3个。

上述所说的主旋翼为直旋翼，即轮廓包络母线平行于叶轮轴轴线形成的几何形体；或为螺翼，其叶片翼形为空间曲面。

上述所说的主旋翼与叶轮体为一体。

上述所说的副旋翼为螺翼，即为空间螺旋面。

上述所说的副旋翼的旋向产生一沿轴向且指向计量室顶部的分力，该分力作用在流体上。

上述所说的副旋翼与叶轮体为一体；或与叶轮体为分体。

上述所说的传感元件为磁体、齿轮或感应板。

上述所说的磁体为磁环；所说的齿轮为湿式流量传感器；所说的感应板为无磁流量传感器。

上述所说的流量计壳体材料为H59-1黄铜；流量计上盖材料为PPS工程塑料；双旋翼叶轮材料为高温PP工程塑料；流量计压盖材料为H59-1黄铜；下支撑盘材料为PPS工程塑料。

一种双旋翼机械式流量传感器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)流体从流量计进水口进入计量室后，推动双旋翼叶轮旋转；

(2)主旋翼将通过计量室流体瞬时流速转变叶轮的转动；其转动的瞬时转速为通过计量室流体瞬时流速的函数；

(3)副旋翼在流体轴向力的作用下，产生向下推动轴向力，使双旋翼叶轮轴向位置稳定运行在计量室下部，双旋翼叶轮轴下端靠近下支撑盘轴套底部；

(4)双旋翼叶轮旋转的同时也反作用于流体一个向上指向计量室顶部空腔的反力，使一部分流体挤压和排出计量室顶部残留的空气，这样形成了有利于流体计量的紊流条件，消除了计量室顶部残留的空气的不利影响，稳定了叶轮的工作时的相对位置；

(5)流体通过计量室从出水口流出，完成计量工作。

本发明的工作原理：副旋翼与主旋翼同步旋转，其作用在流体上的力，是垂直于副旋翼翼面方向即旋翼曲面的法线方向，同时该力可以分解成：沿旋翼转动回转圆的切线方向和沿旋翼的轴线方向；沿切线方向的力和主旋翼一样在流经计量室的流体推动下使叶轮旋转；沿旋翼的轴线方向的力使一部分流体流向计量室的顶部，挤压和排出计量室顶部残留的空气，消除计量室顶部由于存在残留空气对计量精度的扰动和影响；推动和挤压流体向计量室顶部运动时，这部分流体在排空残存气体时，受到计量室顶部结构的反作用力，使流经计量室顶部的部分流体产生上下扰动的湍流，也使推动主旋翼旋转的流体流束叠加了上下扰动并且上下基本平衡的流束分量，在该分量的作用下使叶轮瞬时转速更为真实地对应于流经计量室的流体瞬时流速，使表征流量计的流量特性函数减少震荡和奇点。

本发明的优越性：1、在计量室的顶部形成的沿叶轮轴线方向的流体扰动，可以排空计量室顶部的空气，产生有利于流量特性的湍流，从而改善了流量计的流量特性，提高了流量计量精度、重复性、再现性和稳定性，消除普通旋翼式流量计的随机突变计量精度误差；2、本发明由于使用了双旋翼技术，副旋翼在流体轴向力的作用下，有一个向下运动的趋势，使叶轮基本在最低轴向位置工作，这样减小了叶轮工作时的轴向位置变化和摆动，对流量检测数值的影响和扰动也大幅度减小，进一步改善了流量计流量特性，提高了计量精度和计量的准确性、真实性及稳定性；3、本发明的流量特性曲线得到了较大的改善，从分界流量q_t到最大流量q_max的绝对误差带由原来的≤±3％，减小至≤±2％；最小流量q_min到分界流量q_t的绝对误差带由原来的≤±5％，减小至≤±3％；4、本发明对提高集中供水和供热计量的法定仪表计量精度和改善流量特性有着极其重要的作用，也有着广阔的推广应用前景。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种双旋翼机械式流量传感器的整体结构示意图。

图2为本发明所涉一种双旋翼机械式流量传感器的双旋翼叶轮的立体图；

图3为本发明所涉一种双旋翼机械式流量传感器的双旋翼叶轮的投影图(其中，图3-a为主视图，图3-b为左视图，图3-c为俯视图)；

图4为本发明所涉一种双旋翼机械式流量传感器的外形图。

其中：1为流量计进水口，2为流量计壳体，3为流量计上盖，4为计量室顶部空腔，5为流量计压盖，6为双旋翼叶轮，6-1为主旋翼，6-2为副旋翼，6-3为叶轮体，6-4为叶轮轴，6-5为传感元件，7为计量室，8为下支撑盘，9为出水口。

(五)具体实施方式：

实施例：一种双旋翼机械式流量传感器(见图1-4)，包括流量计进水口1、流量计壳体2、流量计上盖3、计量室顶部空腔4、流量计压盖5、叶轮、计量室7、下支撑盘8及出水口9；所说的下支撑盘8固定在流量计壳体2底部；所说的叶轮轴下端装在下支撑盘8轴套中；所说的流量计上盖3装在流量计壳体2内的计量室7上部；所说的叶轮轴上端装在流量计上盖3的轴套中；所说的流量计压盖5依螺纹装在流量计壳体2顶部的螺纹孔中；其特征在于所说的叶轮为双旋翼叶轮6，它由主旋翼6-1、副旋翼6-2、叶轮体6-3、叶轮轴6-4及传感元件6-5构成；所说的叶轮体6-3上有主旋翼6-1和副旋翼6-2；所说的叶轮轴6-4位于叶轮体6-3中心；所说的传感元件6-5嵌在叶轮体6-3内；所说的主旋翼6-1在副旋翼6-2下方；所说的主旋翼6-1为7个，副旋翼6-2为4个。

上述所说的主旋翼6-1为直旋翼，即轮廓包络母线平行于叶轮轴6-4轴线形成的几何形体。(见图1-3)

上述所说的主旋翼6-1与叶轮体6-3为一体。(见图1-3)

上述所说的副旋翼6-2为螺翼，即为空间螺旋面。(见图1-3)

上述所说的副旋翼6-2的旋向产生一沿轴向且指向计量室7顶部的分力，该分力作用在流体上。(见图1-3)

上述所说的副旋翼6-2与叶轮体6-3为一体。(见图1-3)

上述所说的传感元件6-5为磁体，磁体为磁环。

上述所说的流量计壳体2材料为H59-1黄铜；流量计上盖3材料为PPS工程塑料；双旋翼叶轮6材料为高温PP工程塑料；流量计压盖5材料为H59-1黄铜；下支撑盘8材料为PPS工程塑料。

(1)流体从流量计进水口1进入计量室后，推动双旋翼叶轮6旋转；

(2)主旋翼6-1将通过计量室7流体瞬时流速转变叶轮的转动；其转动的瞬时转速为通过计量室流体瞬时流速的函数；

(3)副旋翼6-2在流体轴向力的作用下，产生向下推动轴向力，使双旋翼叶轮轴向位置稳定运行在计量室7下部，双旋翼叶轮轴6-4下端靠近下支撑盘8轴套底部；

(4)双旋翼叶轮6旋转的同时也反作用于流体一个向上指向计量室顶部空腔4的反力，使一部分流体挤压和排出计量室7顶部残留的空气，这样形成了有利于流体计量的紊流条件，消除了计量室7顶部残留的空气的不利影响，稳定了叶轮工作时的相对位置；

(5)流体通过计量室7从出水口9流出，完成计量工作。

Claims

1.一种双旋翼机械式流量传感器，包括流量计进水口、流量计壳体、流量计上盖、计量室顶部的空腔、流量计压盖、叶轮、计量室、下支撑盘及出水口；所说的下支撑盘固定在流量计壳体底部；所说的叶轮轴下端装在下支撑盘轴套中；所说的流量计上盖装在流量计壳体内的计量室上部；所说的叶轮轴上端装在流量计上盖的轴套中；所说的流量计压盖依螺纹装在流量计壳体顶部的螺纹孔中；其特征在于所说的叶轮为双旋翼叶轮，它由主旋翼、副旋翼、叶轮体、叶轮轴及传感元件构成；所说的叶轮体上有主旋翼和副旋翼；所说的叶轮轴位于叶轮体中心；所说的传感元件嵌在叶轮体内；所说的主旋翼在副旋翼下方；所说的主旋翼和副旋翼均至少为3个。

2.根据权利要求1所说的一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于所说的主旋翼为直旋翼，即轮廓包络母线平行于叶轮轴轴线形成的几何形体；或为螺翼，其叶片翼形为空间曲面。

3.根据权利要求1或2所说的一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于所说的主旋翼与叶轮体为一体。

4.根据权利要求1所说的一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于所说的副旋翼为螺翼，即为空间螺旋面。

5.根据权利要求1或4所说的一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于所说的副旋翼的旋向产生一沿轴向且指向计量室顶部的分力，该分力作用在流体上。

6.根据权利要求1或4所说的一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于述所说的副旋翼与叶轮体为一体；或与叶轮体为分体。

7.根据权利要求1所说的一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于所说的传感元件为磁体、齿轮或感应板。

8.根据权利要求7所说的一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于所说的磁体为磁环；所说的齿轮为湿式流量传感器；所说的感应板为无磁流量传感器。

9.根据权利要求1所说的一种双旋翼机械式流量传感器，其特征在于所说的流量计壳体材料为H59-1黄铜；所说的流量计上盖材料为PPS工程塑料；所说的双旋翼叶轮材料为高温PP工程塑料；所说的流量计压盖材料为H59-1黄铜；所说的下支撑盘材料为PPS工程塑料。