CN102207397A - 一种多流束高精度旋翼式流量传感器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

一种多流束高精度旋翼式流量传感器，它包括流量计壳体、流量计上盖、上叶轮壳组件、叶轮组件、下叶轮壳组件、滤网、导流组件、外计量室及内计量室；流体从流量计壳体进水口进入，沿导流组件斜面改变方向垂直向上流动，流经滤网扇形孔后，进入外计量室，从斜切线方向进入上叶轮壳组件的楔形进水口，通过楔形进水口进入内计量室，流体形成多流束均匀推动叶轮组件旋转；同时流体改变运动方向向下，进入滤网中心孔，再通过导流组件中心孔从流量壳体出水口流出。本发明采用多流束原理，使得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，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。

Description

一种多流束高精度旋翼式流量传感器及其工作方法

(一)技术领域：

本发明涉及一种多流束高精度旋翼式流量传感器及其工作方法，特别适合于集中供热计量收费和楼宇中央空调的冷热量计量收费的热量表和冷热量表。

(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，在2008年金融危机后，能源以及节能成为全球性的重大问题，节能也成为国家的基本国策。如：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。从2010年集中供热计量收费已经全面实施，各地也出台了相应的法律法规和实施细则，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多流束高精度旋翼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：一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于它包括流量计壳体、流量计上盖、上叶轮壳组件、叶轮组件、下叶轮壳组件、滤网、导流组件、外计量室及内计量室；所述流量计壳体底部连接导流组件；所述导流组件有导流斜面和中心圆柱出水孔；所述滤网安装在导流组件上；所述下叶轮壳组件安装在滤网上；所述上叶轮壳组件安装在下叶轮壳组件上；所述上叶轮壳组件下部圆柱环开有至少8个楔形进水口；所述叶轮组件安装在上叶轮壳组件和下叶轮壳组件之间；所述流量计上盖装在流量计壳体内的上部；所述上叶轮壳组件和下叶轮壳组件与流量计上盖之间为外计量室；所述上叶轮壳组件和下叶轮壳组件内为内计量室；所述流量计壳体与流量计上盖之间有流量计上盖密封圈；所述滤网与导流组件之间有滤网密封圈。

上述所述流量计壳体的一端为进水口，另一端为出水口，顶部有流量计上盖安装螺纹，底部安装有作为导流组件的导流壳；所述流量计上盖依螺纹与流量计上盖安装螺纹连接；所述导流壳由用于改变进口流体流动方向的导流壳导流斜面和导流壳中心圆柱出水孔构成；所述导流壳依流量计壳体圆柱孔和圆柱孔下端面的定位长槽定位；所述导流壳上部依等间距不等长度的卡爪与流量计壳体连接，下部依定位凸爪与流量计壳体圆柱孔下端面的定位长槽相对应；所述导流壳的迎水流面为导流斜面；所述与流量计壳体之间有导流壳密封圈；所述导流壳密封圈安装在导流壳的椭圆形密封圈安装槽内，椭圆形密封圈安装槽的法向截面为矩形；所述导流壳材料为PPE或PPS工程塑料；

或者，所述流量计壳体的一端为进水口，另一端为出水口，顶部有流量计上盖安装螺纹，中部有滤网安装端面，底部为中心圆柱出水孔和导流斜面；所述中心圆柱出水孔和导流斜面构成导流组件；所述流量计上盖依螺纹与流量计上盖安装螺纹连接。

上述所述叶轮组件为旋翼式叶轮，它由叶轮体、传感元件、上叶轮轴及轴套组件构成，所述叶轮体上有旋翼，叶轮体中心的上方有传感元件及上叶轮轴，中心的下方有轴套组件，所述传感元件镶嵌在叶轮体内；所述上叶轮壳组件由上叶轮壳体及轴套组件构成，所述轴套组件在上叶轮壳体的中心；所述下叶轮壳组件由下叶轮壳及下叶轮轴构成，所述下叶轮轴在下叶轮壳的中心；所述叶轮体上方的上叶轮轴插入上叶轮壳组件的轴套组件的孔中；所述下叶轮壳组件的下叶轮轴插入叶轮体下方的轴套组件的孔中；所述旋翼式叶轮材料为高温PP工程塑料；所述上叶轮轴和下叶轮轴为不锈轴承钢或硬质合金。

上述所述旋翼为直旋翼，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。

上述所述传感元件为磁体或感应板；所述磁体为磁环；所述感应板为特殊金属扇形板。

上述所述叶轮体、传感元件、上叶轮轴及轴套组件为一体。

上述所述轴套组件由轴套及止推轴承构成；所述止推轴承安装在轴套内；所述轴套材料为碳纤维增强PA或增强PA，止推轴承为刚玉轴承。

上述所述轴套的外侧为用于径向和轴向定位的阶梯外圆柱，内侧为阶梯内圆柱，阶梯内圆柱的大孔装配有止推轴承，小孔与叶轮轴配合；所述止推轴承过盈配合装入套。

上述所述滤网安装在导流组件的中心圆柱出水孔的端面上；所述滤网上部为有等间距扇形过水孔的圆盘，中心为滤网圆柱出水孔，与导流组件连接的端面上有端面密封圈安装槽，滤网圆柱出水孔下部为等分的轴向矩形筋条，滤网圆柱出水孔外侧为同轴心的环形圆柱槽；

所述下叶轮壳组件，由三个圆柱环组成：内环注塑时装入下叶轮轴；中环下部有环形圆柱槽，插在滤网圆柱出水孔和同轴心的环形圆柱槽之间，其内侧下端面与滤网圆柱出水孔下部等分的轴向矩形筋条上端接触，中环上部为等壁厚圆锥环体，内环和中环之间由至少4个，均匀分布的斜向导流筋连接；外环为圆柱环体，有等间距的花键与中环体连接，外环外圆柱有等间距的凸爪，凸爪卡入流量计上盖的内圆柱环形沟槽定位，外环端面有用于上叶轮壳组件定位的等间距的圆柱孔；

所述上叶轮壳组件，下部圆柱环开有楔形进水口，圆柱环下端面有等距对应于下叶轮壳组件外环端面等间距圆柱孔的圆柱；下叶轮壳组件和上叶轮壳组件依圆柱孔和圆柱定位，顶部端面有径向导流筋和环状导流环，导流环内为截顶倒圆锥体，中心有一圆柱体，圆柱体注塑时放入轴套组件，上端面有用于消除与流量计上盖装配间隙的等间距的球面凸起。

上述所述流量计上盖，其上顶端为截顶倒圆锥体，顶部断面金属材料厚度为1mm，由于特殊的截面设计，既可满足最大5MPa工作压力的使用条件，同时又可以对叶轮组件传感元件信号的衰减影响极小，经顶部金属材料断面接收的信号，远大于其信号采样的工作阈值。

上述所述流量计壳体和流量计上盖材料为金属材料，黄铜或不锈钢；所述上叶轮壳组件和下叶轮壳组件材料为PPE或PPS工程塑料；所述滤网材料为PPS或增强PA工程塑料。

上述所述流量计上盖2连接有云台13，云台13依卡爪与流量计上盖2；所述云台13依轴块连接电子单元14。

一种上述多流束高精度旋翼式流量传感器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)流体从流量计壳体的进水口进入后，沿导流组件的导流斜面向上通过滤网上部圆盘的等间距扇形过水孔，进入上叶轮壳组件和下叶轮壳组件与流量计上盖之间的外计量室，从斜切线方向进入上叶轮壳组件的楔形进水口，通过楔形进水口的流体进入上叶轮壳组件和下叶轮壳组件之间的内计量室，推动叶轮组件旋转；

(2)通过内计量室流体的瞬时流速转变叶轮组件的转动；其转动的瞬时转速为流体通过内计量室瞬时流速的函数；

(3)叶轮组件由从楔形进水口沿斜切线方向进入的流体形成的多个流束推动旋转，其受力分布均匀稳定，消除了速度式旋翼流量计因压力和速度突变扰动引起的计量误差；

(4)叶轮组件在流体的作用下，产生向下推动的轴向力，使叶轮组件轴向位置稳定运行在内计量室下部，叶轮体下方轴套组件的止推轴承始终和下叶轮壳组件的下叶轮轴顶端接触，稳定了叶轮体工作时的相对轴向位置，克服了普通旋翼式流量计叶轮工作时沿轴线窜动的弊病，提高了计量精度；

(5)同时流体改变运动方向向下，从下叶轮壳组件内环和中环之间斜向导流筋的间隙孔进入滤网圆柱出水孔，再通过导流组件的中心圆柱出水孔从流量计壳体的出水口流出；完成计量工作。

本发明的工作原理：流体从流量计壳体进水口进入，沿导流组件斜面改变方向垂直向上流动，且呈环状空心流体柱，流经滤网扇形孔后，进入上叶轮壳组件和下叶轮壳组件与流量计上盖之间的外计量室，从斜切线方向进入上叶轮壳组件的楔形进水口，通过楔形进水口流体加速进入上叶轮壳组件和下叶轮壳组件之间的内计量室，流体形成多流束(本案为20流束)均匀推动叶轮组件旋转；同时流体改变运动方向向下，从下叶轮壳组件内环和中环之间斜向导流筋的间隙孔进入滤网中心孔，再通过导流组件中心孔从流量壳体出水口流出；由于多流束流体的动能均匀作用在叶轮组件上，使之转动受力均匀转动平稳，不受系统内部压力和速度突变扰动的影响，消除了速度式旋翼流量计因压力和速度突变扰动引起的计量误差；由于进入内计量室的流体在推动叶轮组件旋转的同时，在系统压力作用下改变运动方向，向下运动，叶轮组件在流体的作用下，产生向下推动的轴向力，使叶轮组件轴向位置稳定运行在内计量室下部，叶轮轴套组件的刚玉止推轴承始终和下叶轮壳组件的下叶轮轴顶端接触，稳定了叶轮的工作时的相对轴向位置，克服了普通旋翼式流量计叶轮工作时沿轴线窜动的弊病，也提高了计量精度；由于流体对叶轮组件的作用(速度场和压力场)均匀、稳定、抗扰动，使得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；普通旋翼式速度流量计叶轮工作时，其轴线是在一个圆柱空间内随机摆动，是径向平移和轴向平移的合成，本发明叶轮组件的轴线工作时基本没有轴向平移，仅有由于叶轮轴和轴套间隙配合引起的径向随机平移，且其配合间隙在设计上和工艺上是可控的，因此一般径向平移量极小(≤0.10mm)，故本发明的计量精度远高于普通旋翼式速度流量计。

本发明的优越性：1、本发明采用多流束原理，使得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，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因流体速度场和压力场扰动和突变引起计量精度误差；2、本发明由于使用了多流束和特定的流体路径技术，叶轮组件的轴线工作时基本没有轴向平移，仅有由于叶轮轴和轴套间隙配合引起的径向随机平移，且其配合间隙在设计上和工艺上是可控的，因此一般径向平移量极小(≤0.10mm)，故本发明的计量精度远高于普通旋翼式速度流量计，流体向下运动的流向，使叶轮组件基本在最低轴向位置工作，这样消除了叶轮工作时轴线的轴向位置变化，和可控的轴线径向平移，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≤±0.5％；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≤±0.6％；4、本发明使用金属流量计上盖，大幅度提高了工作压力，最大工作压力达5MPa，远高于国家标准的1.6MPa(普通表)和2.5MPa(高压表)，尤其适合于中央空调的制冷供热系统；对提高集中供水、供热计量和中央空调的制冷供热系统的法定仪表计量精度和耐压特性有着极其重要的作用，对节能降耗有着广阔的应用前景。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的整体结构剖视图；

图2为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的外观立体图；

图3为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的下叶轮壳组件立体图；

图4-a、图4-b、图4-c为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的下叶轮壳组件投影图(其中，图4-a为主剖面视图，图4-b为图4-a的右视图，图4-c为图4-a的左视图)；

图5为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的叶轮组件外观图；

图6-a、图6-b、图6-c为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的叶轮组件投影图(其中，图6-a为主剖面视图，图6-b为图6-a的右视图，图6-c为图6-a的左视图)；

图7为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的上叶轮壳组件立体图；

图8-a、图8-b、图8-c为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的上叶轮壳组件投影图(其中，图8-a为主剖面视图，图8-b为图8-a的右视图，图8-c为图8-a的左视图)；

图9为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的轴套组件剖视图；

图10为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的导流壳的立体图；

图11-a、图11-b、图11-c为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的导流壳的投影图(其中，图11-a为主视图、图11-b为图11-a的左视图、图11-c为图11-a的俯视图)；

图12为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的滤网立体图；

图13为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的滤网主剖视图；

图14为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的流量计壳体的一种实施例的立体图；

图15为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器的流量计壳体的一种实施例的主剖视图；

图16为本发明所涉一种多流束高精度旋翼式流量传感器与热量表的装配剖视图。

其中：1为流量计壳体，1-1为进水口，1-2为出水口，1-3为流量计上盖安装螺纹，1-4为滤网安装端面，1-5为中心圆柱出水孔，1-6为导流斜面，2为流量计上盖，3为上叶轮壳组件，3-1为上叶轮壳体，4为叶轮组件，4-1为叶轮体，4-2为磁环，4-3为上叶轮轴，4-4为轴套组件，4-4-1为轴套，4-4-2为止推轴承，5为下叶轮壳组件，5-1为下叶轮壳，5-2为下叶轮轴，6为滤网，6-1为有等间距扇形过水孔的圆盘，6-2为滤网圆柱出水孔，6-3为端面密封圈安装槽，6-4为孔下部等分的轴向矩形筋条，6-5为同轴心的环形圆柱槽，7为流量计上盖密封圈，8为导流壳密封圈，9为导流壳，9-1为导流壳导流斜面，9-2为导流壳中心圆柱出水孔，9-3为卡爪，9-4为定位凸爪，9-5为椭圆形密封圈安装槽，10为滤网密封圈，11为外计量室，12为内计量室，13为云台，14为电子单元。

(五)具体实施方式：

实施例1：一种多流束高精度旋翼式流量传感器(见图1、图2、图16)，其特征在于它包括流量计壳体1、流量计上盖2、上叶轮壳组件3、叶轮组件4、下叶轮壳组件5、滤网6、导流组件、外计量室11及内计量室12；所述流量计壳体1底部连接导流组件；所述导流组件有导流斜面和中心圆柱出水孔；所述滤网6安装在导流组件上；所述下叶轮壳组件5安装在滤网6上；所述上叶轮壳组件3安装在下叶轮壳组件5上；所述上叶轮壳组件3下部圆柱环开有20个不等间距分布的楔形进水口；所述叶轮组件4安装在上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5之间；所述流量计上盖2装在流量计壳体1内的上部；所述上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5与流量计上盖2之间为外计量室11；所述上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5内为内计量室12；所述流量计壳体1与流量计上盖2之间有流量计上盖密封圈7；所述滤网6与导流组件之间有滤网密封圈10。

上述所述流量计壳体1的一端为进水口1-1，另一端为出水口1-2，顶部有流量计上盖安装螺纹1-3，底部安装有作为导流组件的导流壳9；所述流量计上盖2依螺纹与流量计上盖安装螺纹1-3连接；所述导流壳9由用于改变进口流体流动方向的导流壳导流斜面9-1和导流壳中心圆柱出水孔9-2构成；所述导流壳9依流量计壳体1圆柱孔和圆柱孔下端面的定位长槽定位；所述导流壳9上部依3个等间距不等长度卡爪9-3与流量计壳体1连接，因卡爪是从导流斜面向上延伸的几何体，同时延伸至同一轴截面上，故其长度是不等的；下部依定位凸爪9-4与流量计壳体1圆柱孔下端面的定位长槽相对应；所述导流壳9的迎水流面为导流斜面9-1；所述与流量计壳体1之间有导流壳密封圈8；所述导流壳密封圈8安装在导流壳9的椭圆形密封圈安装槽9-5内，椭圆形密封圈安装槽9-5的法向截面为矩形；所述导流壳9材料为PPE或PPS工程塑料。(见图1、图10、图11-a、图11-b、图11-c、图16)

上述所述叶轮组件为旋翼式叶轮，它由叶轮体4-1、传感元件、上叶轮轴4-3及轴套组件4-4构成，所述叶轮体4-1上有旋翼，叶轮体4-1中心的上方有传感元件及上叶轮轴4-3，中心的下方有轴套组件4-4，所述传感元件镶嵌在叶轮体4-1内；所述上叶轮壳组件3由上叶轮壳体3-1及轴套组件4-4构成，所述轴套组件4-4在上叶轮壳体3-1的中心；所述下叶轮壳组件5由下叶轮壳5-1及下叶轮轴5-2构成，所述下叶轮轴5-2在下叶轮壳5-1的中心；所述叶轮体4-1上方的上叶轮轴4-3插入上叶轮壳组件3的轴套组件4-4的孔中；所述下叶轮壳组件5的下叶轮轴5-2插入叶轮体4-1下方的轴套组件4-4的孔中；所述旋翼式叶轮材料为高温PP工程塑料；所述上叶轮轴4-3和下叶轮轴5-2为不锈轴承钢或硬质合金；所述旋翼为直旋翼，即轮廓包络母线平行于叶轮轴轴线形成的几何形体；所述传感元件为磁体；所述磁体为磁环4-2；所述叶轮体4-1、传感元件、上叶轮轴4-3及轴套组件4-4为一体。(图5、图6-a、图6-b、图6-c)

上述所述轴套组件4-4由轴套4-4-1及止推轴承4-4-2构成；所述止推轴承4-4-2安装在轴套4-4-1内；所述轴套4-4-1材料为碳纤维增强PA或增强PA，止推轴承4-4-2为刚玉轴承；所述轴套4-4-1的外侧为用于径向和轴向定位的阶梯外圆柱，内侧为阶梯内圆柱，阶梯内圆柱的大孔装配有止推轴承4-4-2，小孔与叶轮轴配合；所述止推轴承4-4-2过盈配合装入套4-4-1。(见图9)

上述所述滤网6安装在导流组件的中心圆柱出水孔的端面上；所述滤网6上部为有等间距扇形过水孔的圆盘6-1，中心为滤网圆柱出水孔6-2，与导流组件连接的端面上有端面密封圈安装槽6-3，滤网圆柱出水孔6-2下部为等分的轴向矩形筋条6-4，滤网圆柱出水孔6-2外侧为同轴心的环形圆柱槽6-5；(见图12、图13)

所述下叶轮壳组件5(见图3、图4-a、图4-b、图4-c)，由三个圆柱环组成：内环注塑时装入下叶轮轴5-2；中环下部有环形圆柱槽，插在滤网圆柱出水孔6-2和同轴心的环形圆柱槽6-5之间，其内侧下端面与滤网圆柱出水孔6-2下部等分的轴向矩形筋条6-4上端接触，中环上部为等壁厚圆锥环体，内环和中环之间由4个斜向导流筋连接；外环为圆柱环体，有等间距的花键与中环体连接，外环外圆柱有等间距的凸爪，凸爪卡入流量计上盖2的内圆柱环形沟槽定位，外环端面有用于上叶轮壳组件定位的等间距的圆柱孔；

所述上叶轮壳组件3(见图7、图8-a、图8-b、图8-c)，下部圆柱环开有20个楔形进水口，圆柱环下端面有等距对应于下叶轮壳组件外环端面等间距圆柱孔的圆柱；下叶轮壳组件5和上叶轮壳组件3依圆柱孔和圆柱定位，顶部端面有径向导流筋和环状导流环，导流环内为截顶倒圆锥体，中心有一圆柱体，圆柱体注塑时放入轴套组件4-4，上端面有用于消除与流量计上盖2装配间隙的等间距的球面凸起。

上述所述流量计上盖2，其上顶端为截顶倒圆锥体，顶部断面金属材料厚度为1mm，由于特殊的截面设计，既可满足最大5MPa工作压力的使用条件，同时又可以对叶轮组件传感元件信号的衰减影响极小，经顶部金属材料断面接收的信号，远大于其信号采样的工作阈值。

上述所述流量计壳体1和流量计上盖2材料为金属材料，黄铜或不锈钢；所述上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5材料为PPE或PPS工程塑料；所述滤网6材料为PPS或增强PA工程塑料。

上述所述流量计上盖2连接有云台13，云台13依卡爪与流量计上盖2；所述云台13依轴块连接电子单元14。(见图16)

一种上述多流束高精度旋翼式流量传感器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)流体从流量计壳体1的进水口1-1进入后，沿导流组件的导流斜面向上通过滤网6上部圆盘6-1的等间距扇形过水孔，进入上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5与流量计上盖2之间的外计量室11，从斜切线方向进入上叶轮壳组件3的楔形进水口，通过楔形进水口的流体进入上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5之间的内计量室12，推动叶轮组件4旋转；

(2)通过内计量室12流体的瞬时流速转变叶轮组件4的转动；其转动的瞬时转速为流体通过内计量室12瞬时流速的函数；

(3)叶轮组件4由从楔形进水口沿斜切线方向进入的流体形成的20流束推动旋转，其受力分布均匀稳定，消除了速度式旋翼流量计因压力和速度突变扰动引起的计量误差；

(4)叶轮组件4在流体的作用下，产生向下推动的轴向力，使叶轮组件4轴向位置稳定运行在内计量室12下部，叶轮体4-1下方轴套组件4-4的止推轴承4-4-2始终和下叶轮壳组件5的下叶轮轴5-2顶端接触，稳定了叶轮体4-1工作时的相对轴向位置，克服了普通旋翼式流量计叶轮工作时沿轴线窜动的弊病，提高了计量精度；

(5)同时流体改变运动方向向下，从下叶轮壳组件5内环和中环之间4个斜向导流筋的间隙孔进入滤网圆柱出水孔6-2，再通过导流组件的中心圆柱出水孔从流量计壳体1的出水口1-2流出；完成计量工作。

实施例2：一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于它包括流量计壳体1、流量计上盖2、上叶轮壳组件3、叶轮组件4、下叶轮壳组件5、滤网6、导流组件、外计量室11及内计量室12；所述流量计壳体1底部连接导流组件；所述导流组件有导流斜面和中心圆柱出水孔；所述滤网6安装在导流组件上；所述下叶轮壳组件5安装在滤网6上；所述上叶轮壳组件3安装在下叶轮壳组件5上；所述上叶轮壳组件3下部圆柱环开有20个不等间距分布的楔形进水口；所述叶轮组件4安装在上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5之间；所述流量计上盖2装在流量计壳体1内的上部；所述上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5与流量计上盖2之间为外计量室11；所述上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5内为内计量室12；所述流量计壳体1与流量计上盖2之间有流量计上盖密封圈7；所述滤网6与导流组件之间有滤网密封圈10。

上述所述流量计壳体1的一端为进水口1-1，另一端为出水口1-2，顶部有流量计上盖安装螺纹1-3，中部有滤网安装端面1-4，底部为中心圆柱出水孔1-5和导流斜面1-6；所述中心圆柱出水孔1-5和导流斜面1-6构成导流组件；所述流量计上盖2依螺纹与流量计上盖安装螺纹1-3连接。(见图14、图15)

上述所述叶轮组件为旋翼式叶轮，它由叶轮体4-1、传感元件、上叶轮轴4-3及轴套组件4-4构成，所述叶轮体4-1上有旋翼，叶轮体4-1中心的上方有传感元件及上叶轮轴4-3，中心的下方有轴套组件4-4，所述传感元件镶嵌在叶轮体4-1内；所述上叶轮壳组件3由上叶轮壳体3-1及轴套组件4-4构成，所述轴套组件4-4在上叶轮壳体3-1的中心；所述下叶轮壳组件5由下叶轮壳5-1及下叶轮轴5-2构成，所述下叶轮轴5-2在下叶轮壳5-1的中心；所述叶轮体4-1上方的上叶轮轴4-3插入上叶轮壳组件3的轴套组件4-4的孔中；所述下叶轮壳组件5的下叶轮轴5-2插入叶轮体4-1下方的轴套组件4-4的孔中；所述旋翼式叶轮材料为高温PP工程塑料；所述上叶轮轴4-3和下叶轮轴5-2为不锈轴承钢或硬质合金；所述旋翼为直旋翼，即轮廓包络母线平行于叶轮轴轴线形成的几何形体；所述传感元件为磁体；所述磁体为磁环4-2；所述叶轮体4-1、传感元件、上叶轮轴4-3及轴套组件4-4为一体。(图5、图6-a、图6-b、图6-c)

上述所述轴套组件4-4由轴套4-4-1及止推轴承4-4-2构成；所述止推轴承4-4-2安装在轴套4-4-1内；所述轴套4-4-1材料为碳纤维增强PA或增强PA，止推轴承4-4-2为刚玉轴承；所述轴套4-4-1的外侧为用于径向和轴向定位的阶梯外圆柱，内侧为阶梯内圆柱，阶梯内圆柱的大孔装配有止推轴承4-4-2，小孔与叶轮轴配合；所述止推轴承4-4-2过盈配合装入套4-4-1。(见图9)

上述所述滤网6安装在导流组件的中心圆柱出水孔的端面上；所述滤网6上部为有等间距扇形过水孔的圆盘6-1，中心为滤网圆柱出水孔6-2，与导流组件连接的端面上有端面密封圈安装槽6-3，滤网圆柱出水孔6-2下部为等分的轴向矩形筋条6-4，滤网圆柱出水孔6-2外侧为同轴心的环形圆柱槽6-5；(见图12、图13)

所述下叶轮壳组件5(见图3、图4-a、图4-b、图4-c)，由三个圆柱环组成：内环注塑时装入下叶轮轴5-2；中环下部有环形圆柱槽，插在滤网圆柱出水孔6-2和同轴心的环形圆柱槽6-5之间，其内侧下端面与滤网圆柱出水孔6-2下部等分的轴向矩形筋条6-4上端接触，中环上部为等壁厚圆锥环体，内环和中环之间由4个斜向导流筋连接；外环为圆柱环体，有等间距的花键与中环体连接，外环外圆柱有等间距的凸爪，凸爪卡入流量计上盖2的内圆柱环形沟槽定位，外环端面有用于上叶轮壳组件定位的等间距的圆柱孔；

所述上叶轮壳组件3(见图7、图8-a、图8-b、图8-c)，下部圆柱环开有20个楔形进水口，圆柱环下端面有等距对应于下叶轮壳组件外环端面等间距圆柱孔的圆柱；下叶轮壳组件5和上叶轮壳组件3依圆柱孔和圆柱定位，顶部端面有径向导流筋和环状导流环，导流环内为截顶倒圆锥体，中心有一圆柱体，圆柱体注塑时放入轴套组件4-4，上端面有用于消除与流量计上盖2装配间隙的等间距的球面凸起。

上述所述流量计上盖2，其上顶端为截顶倒圆锥体，顶部断面金属材料厚度为1mm，由于特殊的截面设计，既可满足最大5MPa工作压力的使用条件，同时又可以对叶轮组件传感元件信号的衰减影响极小，经顶部金属材料断面接收的信号，远大于其信号采样的工作阈值。

上述所述流量计壳体1和流量计上盖2材料为金属材料，黄铜或不锈钢；所述上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5材料为PPE或PPS工程塑料；所述滤网6材料为PPS或增强PA工程塑料。

一种上述多流束高精度旋翼式流量传感器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)流体从流量计壳体1的进水口1-1进入后，沿导流组件的导流斜面向上通过滤网6上部圆盘6-1的等间距扇形过水孔，进入上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5与流量计上盖2之间的外计量室11，从斜切线方向进入上叶轮壳组件3的楔形进水口，通过楔形进水口的流体进入上叶轮壳组件3和下叶轮壳组件5之间的内计量室12，推动叶轮组件4旋转；

(2)通过内计量室12流体的瞬时流速转变叶轮组件4的转动；其转动的瞬时转速为流体通过内计量室12瞬时流速的函数；

(3)叶轮组件4由从楔形进水口沿斜切线方向进入的流体形成的20流束推动旋转，其受力分布均匀稳定，消除了速度式旋翼流量计因压力和速度突变扰动引起的计量误差；

(4)叶轮组件4在流体的作用下，产生向下推动的轴向力，使叶轮组件4轴向位置稳定运行在内计量室12下部，叶轮体4-1下方轴套组件4-4的止推轴承4-4-2始终和下叶轮壳组件5的下叶轮轴5-2顶端接触，稳定了叶轮体4-1工作时的相对轴向位置，克服了普通旋翼式流量计叶轮工作时沿轴线窜动的弊病，提高了计量精度；

(5)同时流体改变运动方向向下，从下叶轮壳组件5内环和中环之间4个斜向导流筋的间隙孔进入滤网圆柱出水孔6-2，再通过导流组件的中心圆柱出水孔从流量计壳体1的出水口1-2流出；完成计量工作。

Claims (10)

1.一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于它包括流量计壳体、流量计上盖、上叶轮壳组件、叶轮组件、下叶轮壳组件、滤网、导流组件、外计量室及内计量室；所述流量计壳体底部连接导流组件；所述导流组件有导流斜面和中心圆柱出水孔；所述滤网安装在导流组件上；所述下叶轮壳组件安装在滤网上；所述上叶轮壳组件安装在下叶轮壳组件上；所述上叶轮壳组件下部圆柱环开有至少8个楔形进水口；所述叶轮组件安装在上叶轮壳组件和下叶轮壳组件之间；所述流量计上盖装在流量计壳体内的上部；所述上叶轮壳组件和下叶轮壳组件与流量计上盖之间为外计量室；所述上叶轮壳组件和下叶轮壳组件内为内计量室；所述流量计壳体与流量计上盖之间有流量计上盖密封圈；所述滤网与导流组件之间有滤网密封圈。

2.根据权利要求1所述一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于所述流量计壳体的一端为进水口，另一端为出水口，顶部有流量计上盖安装螺纹，底部安装有作为导流组件的导流壳；所述流量计上盖依螺纹与流量计上盖安装螺纹连接；所述导流壳由用于改变进口流体流动方向的导流壳导流斜面和导流壳中心圆柱出水孔构成；所述导流壳依流量计壳体圆柱孔和圆柱孔下端面的定位长槽定位；所述导流壳上部依等间距不等长度的卡爪与流量计壳体连接，下部依定位凸爪与流量计壳体圆柱孔下端面的定位长槽相对应；所述导流壳的迎水流面为导流斜面；所述与流量计壳体之间有导流壳密封圈；所述导流壳密封圈安装在导流壳的椭圆形密封圈安装槽内，椭圆形密封圈安装槽的法向截面为矩形；所述导流壳材料为PPE或PPS工程塑料；

或者，所述流量计壳体的一端为进水口，另一端为出水口，顶部有流量计上盖安装螺纹，中部有滤网安装端面，底部为中心圆柱出水孔和导流斜面；所述中心圆柱出水孔和导流斜面构成导流组件；所述流量计上盖依螺纹与流量计上盖安装螺纹连接。

3.根据权利要求1所述一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于所述叶轮组件为旋翼式叶轮，它由叶轮体、传感元件、上叶轮轴及轴套组件构成，所述叶轮体上有旋翼，叶轮体中心的上方有传感元件及上叶轮轴，中心的下方有轴套组件，所述传感元件镶嵌在叶轮体内；所述上叶轮壳组件由上叶轮壳体及轴套组件构成，所述轴套组件在上叶轮壳体的中心；所述下叶轮壳组件由下叶轮壳及下叶轮轴构成，所述下叶轮轴在下叶轮壳的中心；所述叶轮体上方的上叶轮轴插入上叶轮壳组件的轴套组件的孔中；所述下叶轮壳组件的下叶轮轴插入叶轮体下方的轴套组件的孔中；所述旋翼式叶轮材料为高温PP工程塑料；所述上叶轮轴和下叶轮轴为不锈轴承钢或硬质合金；

所述旋翼为直旋翼，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；

所述传感元件为磁体或感应板；所述磁体为磁环；所述感应板为特殊金属扇形板。

4.根据权利要求3所述一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于所述叶轮体、传感元件、上叶轮轴及轴套组件为一体。

5.根据权利要求3所述一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于所述轴套组件由轴套及止推轴承构成；所述止推轴承安装在轴套内；所述轴套材料为碳纤维增强PA或增强PA，止推轴承为刚玉轴承；

所述轴套的外侧为用于径向和轴向定位的阶梯外圆柱，内侧为阶梯内圆柱，阶梯内圆柱的大孔装配有止推轴承，小孔与叶轮轴配合；所述止推轴承过盈配合装入套。

6.根据权利要求1所述一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于所述滤网安装在导流组件的中心圆柱出水孔的端面上；所述滤网上部为有等间距扇形过水孔的圆盘，中心为滤网圆柱出水孔，与导流组件连接的端面上有端面密封圈安装槽，滤网圆柱出水孔下部为等分的轴向矩形筋条，滤网圆柱出水孔外侧为同轴心的环形圆柱槽；

所述下叶轮壳组件，由三个圆柱环组成：内环注塑时装入下叶轮轴；中环下部有环形圆柱槽，插在滤网圆柱出水孔和同轴心的环形圆柱槽之间，其内侧下端面与滤网圆柱出水孔下部等分的轴向矩形筋条上端接触，中环上部为等壁厚圆锥环体，内环和中环之间由至少4个均匀分布的斜向导流筋连接；外环为圆柱环体，有等间距的花键与中环体连接，外环外圆柱有等间距的凸爪，凸爪卡入流量计上盖的内圆柱环形沟槽定位，外环端面有用于上叶轮壳组件定位的等间距的圆柱孔；

所述上叶轮壳组件，下部圆柱环开有楔形进水口，圆柱环下端面有等距对应于下叶轮壳组件外环端面等间距圆柱孔的圆柱；下叶轮壳组件和上叶轮壳组件依圆柱孔和圆柱定位，顶部端面有径向导流筋和环状导流环，导流环内为截顶倒圆锥体，中心有一圆柱体，圆柱体注塑时放入轴套组件，上端面有用于消除与流量计上盖装配间隙的等间距的球面凸起。

7.根据权利要求1所述一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于所述流量计上盖，其上顶端为截顶倒圆锥体，顶部断面金属材料厚度为1mm。

8.根据权利要求1所述一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于所述流量计壳体和流量计上盖材料为金属材料，为黄铜或不锈钢；所述上叶轮壳组件和下叶轮壳组件材料为PPE或PPS工程塑料；所述滤网材料为PPS或增强PA工程塑料。

9.根据权利要求1所述一种多流束高精度旋翼式流量传感器，其特征在于所述流量计上盖连接有云台，云台依卡爪与流量计上盖；所述云台依轴块连接电子单元。

10.一种权利要求1所述多流束高精度旋翼式流量传感器的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)流体从流量计壳体的进水口进入后，沿导流组件的导流斜面向上通过滤网上部圆盘的等间距扇形过水孔，进入上叶轮壳组件和下叶轮壳组件与流量计上盖之间的外计量室，从斜切线方向进入上叶轮壳组件的楔形进水口，通过楔形进水口的流体进入上叶轮壳组件和下叶轮壳组件之间的内计量室，推动叶轮组件旋转；

(2)通过内计量室流体的瞬时流速转变叶轮组件的转动；其转动的瞬时转速为流体通过内计量室瞬时流速的函数；

(3)叶轮组件由从楔形进水口沿斜切线方向进入的流体形成的多个流束推动旋转，其受力分布均匀稳定，消除了速度式旋翼流量计因压力和速度突变扰动引起的计量误差；

(4)叶轮组件在流体的作用下，产生向下推动的轴向力，使叶轮组件轴向位置稳定运行在内计量室下部，叶轮体下方轴套组件的止推轴承始终和下叶轮壳组件的下叶轮轴顶端接触，稳定了叶轮体工作时的相对轴向位置，克服了普通旋翼式流量计叶轮工作时沿轴线窜动的弊病，提高了计量精度；

(5)同时流体改变运动方向向下，从下叶轮壳组件内环和中环之间斜向导流筋的间隙孔进入滤网圆柱出水孔，再通过导流组件的中心圆柱出水孔从流量计壳体的出水口流出；完成计量工作。

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