CN102928035B - 多层刮板测量元件的容积式流量计 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流量测量中的容积式流量计，尤其是一种具有多层刮板测量元件的容积式流量计，包括外壳,分别固定在外壳两端的外壳下盖和外壳上盖，外壳上盖与外壳连接处安装有驱动齿轮，在靠近驱动齿轮一侧的计量室中安装有计量室端盖，在计量室中安装的由驱动齿轮驱动的测量元件，在外壳上盖的流体出口处安装有积算机构；其中：该测量元件包括两套独立的刮板式转动体，该两套独立的刮板式转动体通过两个独立的驱动齿轮保持其运动位置关系；本发明由于所述结构而具有的优点是：实现了在转动体的弧形齿的端面投影面积尽最小值时齿间槽（即量斗）的排出量达到最大；并且该结构的刮板体易于制造，降低了制造成本，消除了振动和噪音。

Description

多层刮板测量元件的容积式流量计

技术领域

本发明涉及流量测量中的容积式流量计，具体是一种实现转动体的齿部形状的端面投影面积尽量小且齿间槽--“量斗”的排出量值尽量大的设计理论、工作中振动小，降低制造成本和具有大流量适应能力的具有多层刮板测量元件的容积式流量计。

背景技术

目前，容积式流量计中以齿轮啮合和驱动齿轮驱动齿形转子作为流量计的测量元件，作为测量元件的有椭圆齿轮、螺旋齿轮、罗茨轮、双转子等形式。它们是公知的典型的容积式流量计的测量元件，利用流体的压差使测量元件相互驱使转动而进行流量的测量，具有优良的误差特性和重复性。

椭圆齿轮和螺旋齿轮它们属于轮齿直接啮合式，无需驱动齿轮结构比较简单。但是，非圆的椭圆齿轮只有四个齿，而齿的螺旋角又很大，然而螺旋齿轮的加工制造需要非常规的制造设备和复杂而精度较高的加工工艺。因此，该结构的容积式流量计制造成本高。

罗茨流量计的两叶罗茨轮和双转子流量计的三叶四叶螺旋转子都需要驱动齿轮来保持其罗茨轮与罗茨轮之间以及双转子的三叶四叶螺旋转子之间的位置关系。因为它们作为测量流体的“量斗”的齿形曲线，必须要保持其相互间齿廓的共轭关系而又互相不接触，即由摆线曲线和弧线等复杂曲线所构成齿形的精确的运动间隙。它们具有很高的灵敏度启动力矩非常小，所以能用作气体流量计，但仍需复杂的加工手段和较高的制造要求。因此，该结构的容积式流量计制造成本高。

在前述中所有容积式流量计在测量过程中，它是依靠测量元件转动体的齿间槽与计量室壳体相对转动组成能容纳流体的空间—量斗，把连续流动的流体，分隔为若干“已知的小份”，然后经流量计的积算机构积算就可得出流过的体积总量。但是，在这“量斗”测量的过程中流体会被测量元件瞬间短暂的阻断再排除，即过程中流体受阻后再通过，破坏了流动的连续性。因此会引起流动速度不均衡而造成输送管道的振动，尤其在大流量的情况时振动更为强烈。为了减少振动降低噪音，容积式流量计通常采取两种措施，一 加大“量斗”即测量元件的几何尺寸，以此降低流体流速来减缓振动降低噪音；二 把流体通过容积式流量计时，将其测量元件构成的“量斗”分为多层，并使其按顺序连续的工作，当一股流体受到阻力时，另一股流体可无阻的通过，这样同时交错地工作便可有效地降低振动。另外，还有一种方法就是把本来就很少齿数的测量齿沿轴向作成螺旋状以此增加测量过程中“量斗”的重叠系数，让流体能够不间断连续地通过。使测量过程中的振动和噪音显著降低，由此来提高容积式流量计的流量测量上限。但是，能采用上述方法的也只有罗茨流量计和四齿螺旋齿轮流量计以及双转子流量计。其中罗茨流量计的具体做法是将计量部件中的罗茨轮沿轴向长度的二分之一处截断，中间加入隔板分为上下两层并相互错位45度,但是这样作在测量元件的中间多出了两个端面间隙，使得测量元件总的间隙增大流体的漏损也随之增加，流量计的误差特性变坏。而且，结构变复杂后为了防止齿轮与齿轮，齿轮与隔板，齿轮和计量室壳体发生摩擦，对测量元件的制造和装配要求是很高的。因此，使得制造成本高。

螺旋齿轮流量计和双转子流量计是将测量齿作成螺旋形。要保证螺旋齿形测量元件的精度，对技术对加工设备和刀具的要求是非常高的，制作成本也随之增高。

在流量计的设计中，容积式流量计其测量元件的理想形态应当是转动体的齿部形状的端面投影面积要尽量的小，齿间槽--“量斗”的理论排出量的设计值要尽量的大。然而，现有技术的容积式流量计是无法实现该设计要求。因此，制造出一种转动体的齿部形状的端面投影面积尽量小且齿间槽--“量斗”的排出量值尽量大的容积式流量计一直以来是本领域技术人员难于攻克的技术难题。

综上所述，现有技术的容积式流量计工作中振动大，制造成本高，且无法实现转动体的齿部形状的端面投影面积尽量小且齿间槽--“量斗”的排出量值尽量大的设计理论要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现转动体的齿部形状的端面投影面积尽量小且齿间槽--“量斗”的排出量值尽量大的设计理论、工作中振动小，降低制造成本和具有大流量适应能力的具有多层刮板测量元件的容积式流量计。

为实现本发明目的而采用的技术方案是：一种具有多层刮板测量元件的容积式流量计，包括外壳,分别固定在外壳两端的外壳下盖和外壳上盖，外壳上盖与外壳连接处安装有驱动齿轮，在靠近驱动齿轮一侧的计量室中安装有计量室端盖，在计量室中安装由驱动齿轮驱动的测量元件，在外壳上盖的流体出口处安装有积算机构；其中：该测量元件包括两套独立的刮板式转动体，该两套独立的刮板式转动体通过每套中的独立的驱动齿轮与另一套中对应的独立驱动齿轮之间啮合而保持同步反向的运动位置关系；

每套刮板式转动体包括与驱动齿轮啮合的从动齿轮，一端穿设在从动齿轮上的转轴，转轴的另一端安装有刮板组件，该刮板组件至少由两个相同的刮板体组成，两套刮板式转动体中的刮板体之间呈两两对应的同步反向相对运动关系；

所述刮板体的轴向横切面的外节圆圆周上均布有至少两个弧形齿，该弧形齿齿顶为与转轴轴心同轴的大圆弧段，齿根为与所述大圆弧段的圆心同心的小圆弧段，所述大圆弧段与小圆弧段的半径之和为两套独立的刮板式转动体的转轴之间的中心距；该刮板体的齿侧齿廓为呈两两对应关系的两刮板式转动体相对运动而生成的外摆线形状或由两刮板式转动体相对运动而生成的外摆线的圆弧拟合线组成的弧形齿侧齿廓；

每套刮板式转动体中的刮板体之间错位安装在转轴上，使刮板体之间相互侧向覆盖遮挡且呈螺旋阶梯状分布在转轴上，使刮板式转动体的弧形齿的端面投影面积为最小值时齿间槽的排出量达到最大。

由于上述结构，本发明实现了在转动体的弧形齿的端面投影面积为最小值时齿间槽（即量斗）的排出量达到最大；并且该结构的刮板体易于制造，降低了制造成本，消除了振动和噪音。

附图说明

本发明的装置可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

附图1为本发明的结构示意图。

附图2为本发明测量元件的刮板体具有两个弧形齿的结构示意图。

附图3为本发明测量元件的刮板体具有三个弧形齿的结构示意图。

附图4为本发明测量元件具有三个弧形齿时三层刮板体的结构示意图。

附图5为本发明测量元件具有三个弧形齿时三层刮板体的结构示意图。

图中：1、一号刮板组件；2、二号刮板组件； 5、一号刮板组件节圆；6、二号刮板组件节圆；7、齿侧齿廓；8、小圆弧段；9、圆柱销；10、定位槽；11、驱动齿轮；12、外壳；13、栖杆；14、计量室端盖；15、外壳上盖；16、积算机构；17、转轴；；18、弧形齿；19、大圆弧段；20、铲尖；I和Ⅱ以及Ⅲ均为刮板体；18、I₁、I₂、I₃，Ⅱ₁、Ⅱ₂、Ⅱ₃，Ⅲ₁、Ⅲ₂和Ⅲ₃对应于I和Ⅱ以及Ⅲ上的弧形齿。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参见附图1、2、3、4和5，附图中的一种具有多层刮板测量元件的容积式流量计，包括外壳12,分别固定在外壳12两端的外壳下盖和外壳上盖15，外壳上盖15与外壳12连接处安装有驱动齿轮11，在靠近驱动齿轮11一侧的计量室中安装有计量室端盖14，在计量室中安装由驱动齿轮11驱动的测量元件，在外壳上盖15的流体出口处安装有积算机构16；其中：该测量元件包括两套独立的刮板式转动体，该两套独立的刮板式转动体通过每套中的独立的驱动齿轮11与另一套中对应的独立驱动齿轮之间啮合而保持同步反向的运动位置关系；

每套刮板式转动体包括与驱动齿轮11啮合的从动齿轮，一端穿设在从动齿轮上的转轴17，转轴17的另一端安装有刮板组件，该刮板组件至少由两个相同的刮板体组成，两套刮板式转动体中的刮板体之间呈两两对应的同步反向相对运动关系；

所述刮板体的轴向横切面的外节圆圆周上均布有至少两个弧形齿18，该弧形齿18齿顶为与转轴轴心同轴的大圆弧段19，齿根为与所述大圆弧段的圆心同心的小圆弧段8，所述大圆弧段19与小圆弧段8的半径之和为两套独立的刮板式转动体的转轴17之间的中心距；该刮板体的齿侧齿廓7为呈两两对应关系的两刮板式转动体相对运动而生成的外摆线形状或由两刮板式转动体相对运动而生成的外摆线的圆弧拟合线组成的弧形齿侧齿廓；

每套刮板式转动体中的刮板体之间错位安装在转轴17上，使刮板体之间相互侧向覆盖遮挡且呈螺旋阶梯状分布在转轴17上，使刮板式转动体的弧形齿18的端面投影面积为最小值时齿间槽的排出量达到最大。

上述结构中，两套独立的刮板式转动体的相对运动的位置由一对驱动齿轮保证，两套独立的刮板式转动体上的刮板体互不接触。测量中刮板式转动体的齿间槽与计量室壳体相对转动组成了能容纳流体的空间--“量斗”。而且，刮板式转动体的齿顶大圆弧段19与计量室壳体的运动密封关系是相同半径的凹弧面对凸弧面，是所有容积式流量计中运动密封带最宽，内泄量最少的结构，因此具有良好的精度稳定性。

 进一步，在同一计量室内设置的两个相互转动的刮板式转动体上的刮板组件，每个刮板组件由若干个相同的作为转动体的刮板体在各自的转轴17上重叠为若干层，并通过旋转角错位而呈螺旋阶梯状分布，所有的作为转动体的的刮板体的齿形部分（即弧形齿18部分）能相互侧向覆盖遮挡，而层与层之间不会贯通，无需任何隔板。在流体通过的时候，两个呈螺旋阶梯状的刮板式转动体组成的多层螺旋状“量斗”逐一地进入工作，克服了流体被瞬间阻断的现象，流体的脉动减小，消除了振动和噪音。

为便于对流体中渣滓的进行刮渣处理，上述实施例中，优选地：所述齿侧齿廓7的圆弧段与大圆弧段19相交处形成铲尖20，铲尖20位于大圆弧段19的两端头。铲尖20有很强的自洁刮渣能力和灵敏度，因此，可以稳定地用于清洁度不高的淤浆类流体以及低粘度流体。

为便于对流体中渣滓的进行刮渣处理，同时保证运动稳定性，上述实施例中，优选地：所述齿侧齿廓7的圆弧段与大圆弧段19相交处形成铲尖20，铲尖20位于每段大圆弧段19的同一方向的一端头，大圆弧段19另一方向的一端头为钝头21。

为有效保证容积式流量计中运动密封带最宽，内泄量最少，以提高流量计精度稳定性，上述实施例中，优选地：所述刮板体的数量与刮板体之间的错位安装夹角为α，按照圆周率除以刮板体的数量，再除以刮板体上弧形齿18的数量，最后除以二得出α的值，使得刮板体之间形成齿间槽时不贯通。

上述实施例中，优选地：所述刮板体的弧形齿18上开设有定位槽10或定位孔，上一层刮板体上的定位槽10或定位孔与下一层刮板体上的定位槽10或定位孔之间的夹角与错位安装夹角α相等且方向一致（即两个定位槽10或定位孔的中心点到圆心的夹角与错位安装夹角α相等），相邻两块刮板体通过定位槽10或定位孔中的圆柱销9按照错位安装夹角α将刮板体重叠为螺旋阶梯式的刮板组件。使得刮板组件在转轴上形成有效的螺旋阶梯式转动体，同时定位槽10或定位孔还作为刮渣槽使用，充分利用刮渣定位槽的自洁刮渣功能，提高流量计的稳定性和抗故障能力。

参见附图1所示的结构，刮板体的弧形齿18的齿形曲线只是一个齿形的几何形状特写，并不局限于此，它的齿顶大圆弧段和齿根小圆弧段都是与转轴17轴心同心的同心圆弧段，在节圆上均布齿数为Z。

参见图2，在同一计量室内设置的两个相互转动的刮板式转动体，每个刮板组件由3块相同的作为转动体的刮板体在各自的转轴17上重叠为3层，它们以轴心为圆心，刮板体I、Ⅱ、Ⅲ在节圆上均布弧形齿18为3个，分别对应I₁、I₂、I₃，Ⅱ₁、Ⅱ₂、Ⅱ₃，Ⅲ₁、Ⅲ₂、Ⅲ₃，每层间的弧形齿18相互转动角度α度错位（即安装错位角度），装配成螺旋阶梯状的转动体。

参见附图3、4，实施中，在流量计计量室内安装两个几何尺寸相同，但螺旋阶梯叠层的旋向完全相反的由刮板组件构成的刮板式转动体，用两个驱动齿轮11保持其位置关系（两轴的中心距不变。）

显然，上述描述的所有实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范畴。

综上所述，本结构实现了在转动体的弧形齿的端面投影面积为最小值时齿间槽（即量斗）的排出量达到最大；并且该结构的刮板体易于制造，降低了制造成本，消除了振动和噪音。 

Claims (5)

1.一种具有多层刮板测量元件的容积式流量计，包括外壳（12）,分别固定在外壳（12）两端的外壳下盖和外壳上盖（15），外壳上盖（15）与外壳（12）连接处安装有驱动齿轮（11），在靠近驱动齿轮（11）一侧的计量室中安装有计量室端盖（14），在计量室中安装由驱动齿轮（11）驱动的测量元件，在外壳上盖（15）的流体出口处安装有积算机构（16）；其特征在于：该测量元件包括两套独立的刮板式转动体，该两套独立的刮板式转动体通过每套中的独立的驱动齿轮（11）与另一套中对应的独立驱动齿轮之间啮合而保持同步反向的运动位置关系；

每套刮板式转动体包括与驱动齿轮（11）啮合的从动齿轮，一端穿设在从动齿轮上的转轴（17），转轴（17）的另一端安装有刮板组件，该刮板组件至少由两个相同的刮板体组成，两套刮板式转动体中的刮板体之间呈两两对应的同步反向相对运动关系；

所述刮板体的轴向横切面的外节圆圆周上均布有至少两个弧形齿（18），该弧形齿（18）齿顶为与转轴轴心同轴的大圆弧段（19），齿根为与所述大圆弧段的圆心同心的小圆弧段（8），所述大圆弧段（19）与小圆弧段（8）的半径之和为两套独立的刮板式转动体的转轴（17）之间的中心距；该刮板体的齿侧齿廓（7）为呈两两对应关系的两刮板式转动体相对运动而生成的外摆线形状或由两刮板式转动体相对运动而生成的外摆线的圆弧拟合线组成的弧形齿侧齿廓；

每套刮板式转动体中的刮板体之间错位安装在转轴（17）上，使刮板体之间相互侧向覆盖遮挡且呈螺旋阶梯状分布在转轴（17）上，使刮板式转动体的弧形齿（18）的端面投影面积为最小值时齿间槽的排出量达到最大。

2.根据权利要求1所述的具有多层刮板测量元件的容积式流量计，其特征在于：所述齿侧齿廓（7）的圆弧段与大圆弧段（19）相交处形成铲尖（20），铲尖（20）位于大圆弧段（19）的两端头。

3.根据权利要求1所述的具有多层刮板测量元件的容积式流量计，其特征在于：所述齿侧齿廓（7）的圆弧段与大圆弧段（19）相交处形成铲尖（20），铲尖（20）位于每段大圆弧段（19）的同一方向的一端头，大圆弧段（19）另一方向的一端头为钝头（21）。

4.根据权利要求1所述的具有多层刮板测量元件的容积式流量计，其特征在于：所述刮板体之间的错位安装夹角为α，按照圆周率除以刮板体的数量，再除以刮板体上弧形齿（18）的数量，最后除以二得出α的值，使得刮板体之间形成齿间槽时不贯通。

5.根据权利要求1～4之一所述的具有多层刮板测量元件的容积式流量计，其特征在于：所述刮板体的弧形齿（18）上开设有定位槽（10）或定位孔，上一层刮板体上的定位槽（10）或定位孔与下一层刮板体上的定位槽（10）或定位孔之间的夹角与错位安装夹角α相等且方向一致，相邻两块刮板体通过定位槽（10）或定位孔中的圆柱销（9）按照错位安装夹角α将刮板体重叠为螺旋阶梯式的刮板组件。