CN103438964A - 一种密闭型开式换向器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种密闭型开式换向器，其包括：控制箱，该控制箱具有为换向提供动力的部件；位于控制箱下方的转动盘，所述转盘上具有若干喷口；与所述转动盘配合的浮动盘，所述浮动盘上具有与所述喷口相对应的导流孔；以及位于所述开式换向器中心的进水管，在所述进水管的上方设置有分流锥。本发明的换向器的换向过程平稳，应具有良好的对称性及重复性；流体在喷嘴出口处流态尽量稳定、对称。避免了换向器的溅水与内漏，以及换向过程对流量装置系统流量产生干扰。

Description

一种密闭型开式换向器

技术领域

本发明涉及流量计量领域，尤其涉及一种用于流量计量标准装置的开式换向器，该开式换向器具有密闭型的可快速切换液体流动方向的结构。

背景技术

流量标准装置是对流量仪表进行量值传递标准装置，它主要用于测试流量仪表的准确度、重复性、线性度、稳定度等。随着工业化、管道化的发展，流量仪表在整个仪表行业中所占的比重越来越大，流量标准装置的作用也越来越凸显。

换向器是高水平流量装置的核心部件，同时换向器的不确定度是流量装置不确定度的主要来源之一，其设计水平直接影响流量计量的准确性。换向器的工作原理是利用机械部件动作改变液体流动方向，使液体连续流过被测流量计，使被测流量计与标准器的测量时间达到同步。传统的换向器分为闭式换向器和开式换向器。闭式换向器一般通过活塞式结构进行换向，但由于其换向速度慢，活塞两端的压力不易控制，经常会造成换向器换出、换入的时间差异较大，会引入比较大的不确定度，此外，闭式换向器在换向过程中流通面积变化大，会引起流量的波动，有可能对被检表的计量性能产生影响，活塞与换向器内壁为滑动密封，具有较高的泄漏风险。开式换向器主要结构包括喷嘴、分水器及驱动装置，开式换向器相较于闭式换向器，在换向过程中对被检流体的流场不会产生影响，具有明显的优点，开式换向器一般通过改变喷嘴或分水器的位置或方向实现改变水流方向的目的，其喷嘴与分水器位置为开敞结构，实验用液体与大气直接连通；近年来，随着对一些易挥发液体的流量装置的研发(如热水流量装置)，要求在换向器处实验液体无蒸发，且具有较高的测量准确性。因此，需要开发具有密闭结构的换向器。

发明内容

本发明所要解决问题是在保证其换向性能的前提下，实现其结构的密闭性，使换向器在换向前、后及换向过程中没有与大气联通的开放状态，避免热水通过换向器向外蒸发造成称量不准确的问题。

本发明提供了一种密闭型开式换向器，其包括：控制箱，该控制箱具有为换向提供动力的部件；位于控制箱下方的转动盘，所述转盘上具有若干喷口；与所述转动盘配合的浮动盘，所述浮动盘上具有与所述喷口相对应的导流孔；以及位于所述开式换向器中心的进水管，在所述进水管的上方设置有分流锥。

其中，所述控制箱位于转向器的最上部，根据外部的控制信号，控制箱对换向器中的液体流动方向进行调整，实现换向。

其中，在控制箱和转动盘之间设置有顶盖。

其中，所述顶盖中间具有通孔，所述顶盖的边缘部分具有伸出的凸缘，所述凸缘上设有螺孔，采用穿过螺孔的螺栓将顶盖固定在换向器的主体上。

其中，所述开式换向器进一步包括底座，所述底座包括进水管、出水管、旁通管及汇流结构，并为整个换向器提供支撑。

其中，在浮动盘的下部设有弹簧机构，所述弹簧结构保证浮动盘始终与转动盘保持紧密接触状态。

其中，所述分流锥包括锥体、浮动导杆及橡胶盘。

其中，在所述控制箱上设置光电开关。

本发明的换向器的换向过程平稳，应具有良好的对称性及重复性；流体在喷嘴出口处流态尽量稳定、对称。避免了换向器的溅水与内漏，以及换向过程对流量装置系统流量产生干扰。

附图说明

图1本发明的密封型的开式换向器的结构示意图；

图2本发明的控制箱中部件的立体结构示意图；

图3本发明的转动盘的立体结构示意图；

图4本发明的浮动盘的立体结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的实施例进行说明，本领域技术人员应当理解，下述的说明只是为了便于对发明进行解释，而不作为对其范围的具体限定。

如图1所示为本发明的密封型的开式换向器，所述开式换向器包括控制箱1，所述控制箱1包括为换向提供动力的部件以及对换向进行控制的控制部件，所述控制箱1位于转向器的最上部，根据外部的控制信号，控制箱对换向器中的液体流动方向进行调整，实现换向；转动盘3和浮动盘4相配合的换向组件，转动盘上具有若干均匀分布在盘片上的喷口，液体从喷口流出，优选在转盘3上均匀分布有8个喷口，换向组件在换向过程中，浮动盘4不动，通过转动盘3的转动实现转动换向，在浮动盘上具有与转动盘3上的喷口相对应的液体出口，所述液体出口的数量二倍于所述转动盘3上的喷口的数量，与传统换向器对应，其分水器部分为不动件，是通过旋转改变喷口位置实现改变水流方向的目的，作为另外一种实施方式，可将转动盘3设置为固定不动的形式，浮动盘4与转动部件连接实现换向；在浮动转盘4的下方分别连接有旁通管7和出水管9，从浮动盘4中流出的液体随着转动盘的转动可选择性的地流入到旁通管7和出水管9；在控制箱1和转动盘3之间设置有顶盖2，所述顶盖2中间具有通孔，所述顶盖2的边缘部分具有伸出的凸缘，所述凸缘上设有螺孔，采用穿过螺孔的螺栓将顶盖2固定在换向器的主体上；在换向器的中心具有进水管8，在所述进水管8的上方设置有分流锥5。

图2为本发明的控制箱中部件的立体结构示意图。所述控制箱1中包括传动机构及发信装置。所述传动机构包括第一换出气缸10和第一换入气缸11，第二换入气缸12和第二换出气缸13，与所述第一、第二换入气缸以及第一、第二换出气缸相连接的传动杆14，在所述传动杆14的中心具有传动轴15，所述传动轴15与所述转动盘2箱连接，控制转动盘3的转动；控制箱1的发信装置用于提供控制信号和计时信号，根据控制信号驱动所述传动机构，在液体换向时启动计时，优选在控制箱上设置光电开关以及在转动轴上设置用于遮挡光电开关进行计时的挡片。

分流锥5包括锥体、浮动导杆及橡胶盘，从进水管8进入的液体将分流锥5的椎体推起，浮动导杆向上运动，所述浮动导杆位于顶盖2中心开口位置处，所述分流锥可从进水管8进入换向器的液体均匀的分配到转动盘3上，优选在进入转动盘8上的液体具有恒定的溢流高度，使得从转动盘3流出的液体具有相同的水压，使各喷口在相同时间内的液体流量保持一致。

转动盘3是实现改变水流方向的关键部件，所述转动盘3与从控制箱1中延伸出来的转动轴相连接，所述转动轴通过顶盖2中心的开口，所述转动轴可带动转动盘3顺时针或逆时针转动，在转动轴3可采用电机控制，根据控制信号控制转动轴转动的角度，当采用8个喷口时，优选最大转动角度为16°。图3为本发明的转动盘的立体结构示意图，如图3所示，以转动盘上设置8个喷口为例，所述转动盘3的上表面为凹锥面设计，在转动盘3径向方向上均匀开有8条长槽(喷口)，所述长槽在靠近凹锥面的部分开口的宽度大于远离凹锥面地部分的宽度，从外形上看为上宽下窄的形状，该长槽或喷口相当于传统换向器的喷嘴。

图4为本发明的浮动盘的立体结构示意图。浮动盘4在功能上类似于开式换向器的分水器。在所述浮动盘4上对应转动盘3上的喷口开有扇形导流孔，对应于转动盘上的一个喷口，所述扇形导流孔包括左侧导流孔和右侧导流孔，其中左侧导流孔和右侧导流孔分别通向标准器的出水孔或旁通回流管的旁通孔，如果左侧导流孔与出水孔相通的话，右侧导流孔则与旁通孔相通，反之，如果左侧导流孔与旁通孔相通的话，右侧导流孔则与出水孔相通，在左侧导流孔与右侧导流孔之间设置有分水刃，所述分水刃在换向过程中起到导流和隔离的作用；为防止溅水影响，在浮动盘4的下部设有弹簧机构，所述弹簧结构保证浮动盘4始终与转动盘3保持紧密接触状态。

如图1中所示，所述底座6包括进水管8、出水管9、旁通管7及汇流结构，并为整个换向器提供支撑。经过浮动盘4出水孔的水通过底座上的8个出水导流道在换向器底部汇入出水管；而经过浮动盘旁通孔的水在出水导流道外的区域内汇流，经旁通管流出换向器，回流至储水箱。

与传统换向器的动作过程相同，本发明的换向器包括5个状态，即：(a)旁通状态；(b)换入-启动检测；(c)标准器进水状态；(d)换出-终止检测；(e)恢复旁通状态。

在流量装置启动并运行稳定后，换向器为旁通状态，第一、第二换出气缸保持推出状态，实验用水通过进水管进入换向器，水流将分流锥5顶起，并沿转动盘上的8个喷口向下喷出，此时喷口与浮动盘4的旁通孔相对，水进入底座并汇流至旁通管7，回流至储水箱。

当流量装置发出换入命令，换向器的传动系统启动，第一、第二换入气缸推动传动杆逆时针转动，传动杆带动转动轴，转动轴带动转动盘同步转动；当转动盘喷口中心对准浮动盘的分水刃时，固定在转动轴上的挡片触发光电传感器发出信号，启动流量装置的计时及流量计计数系统，启动流量计检测。

换出气缸继续推动整个传动机构做逆时针旋转，直至转动盘喷口对准浮动盘出水孔约中间位置，整个转动行程约16°，水经出水孔及底座的出水导流道在出水管汇流，流向标准器，进入状态(c)，

当标准器累积流量达到设定目标时，流量装置发出换出命令，一对换出气缸推动传动系统顺时针转动，并当转动盘喷口中心对准浮动盘的分水刃时，挡片再次触发光电传感器发出信号，终止流量装置的计时及流量计计数系统，换向器恢复到旁通状态。完成1次流量计的检测。

本发明的换向器在保证其换向性能的前提下，实现了结构的密闭性，使换向器在换向前、后及换向过程中没有与大气联通的开放状态，避免热水通过换向器向外蒸发造成称量不准确的问题。换向器分流锥、转动盘及浮动盘等主要结构的设计实现了对实验介质的密封，其密封的难点在于换向器可动部件的密封，转动盘采用轴承与进水管相连接，采用了“迷宫”式的密封结构，确保没有液体泄漏。

而在获得了密闭式结构的同时，本发明的换向器还避免和克服了传统闭式换向器存在的主要缺点。换向器是通过旋转喷口进行换向，在换向位置，转动盘的喷口与浮动盘的入口为自由液面、无压流动(类似开式换向器)，避免了换向过程中由于流通面积改变而引起的流量波动，并减少了漏水的风险。此外，浮动盘采用锥面设计，分流锥可随流量大小浮动，有效避免了换向密闭结构可能造成的存气问题。

除实现换向器的密闭性能外，还对传统换向器的部分性能进行了优化。在传统开式换向器的喷嘴，为尽量减少换向时克服水流的阻力，以及引起的溅水，尽量控制喷嘴的宽度而加长喷嘴的长度，作为本发明的优选换向器8个喷嘴的设计，同样的喷口宽度，在保证流体流通面积的前提下减小了换向器的长度；换向器所采用的转动换向结构，以及对称设计的驱动模式，使得换向过程平稳、快速，具有良好的对称性；浮动盘底部采用弹簧结构，使其始终与转动盘保持紧密接触，可有效减少换向过程中溅水的影响。通过测试，检验了换向器的不确定度优于0.01％。

本发明的浮动盘上表面与转动盘下表面紧密接触，且在换向时两个表面产生滑动摩擦，因此其表面平面度、光洁度及公差配合均具有较高要求，而其分流刃顶部宽度仅为1mm左右。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种密闭型开式换向器，其包括：控制箱，该控制箱具有为换向提供动力的部件；位于控制箱下方的转动盘，所述转盘上具有若干喷口；与所述转动盘配合的浮动盘，所述浮动盘上具有与所述喷口相对应的导流孔；以及位于所述开式换向器中心的进水管，在所述进水管的上方设置有分流锥。

2.如权利要求1所述的密闭型开式换向器，其特征在于：所述控制箱位于转向器的最上部，根据外部的控制信号，控制箱对换向器中的液体流动方向进行调整，实现换向。

3.如权利要求1所述的密闭型开式换向器，其特征在于：在控制箱和转动盘之间设置有顶盖。

4.如权利要求3所述的密闭型开式换向器，其特征在于：所述顶盖中间具有通孔，所述顶盖的边缘部分具有伸出的凸缘，所述凸缘上设有螺孔，采用穿过螺孔的螺栓将顶盖固定在换向器的主体上。

5.如权利要求1所述的密闭型开式换向器，其特征在于：所述开式换向器进一步包括底座，所述底座包括进水管、出水管、旁通管及汇流结构，并为整个换向器提供支撑。

6.如权利要求1所述的密闭型开式换向器，其特征在于：在浮动盘的下部设有弹簧机构，所述弹簧结构保证浮动盘始终与转动盘保持紧密接触状态。

7.如权利要求1所述的密闭型开式换向器，其特征在于：所述分流锥包括锥体、浮动导杆及橡胶盘。

8.如权利要求1所述的密闭型开式换向器，其特征在于：在所述控制箱上设置光电开关。

Images