CN106441465B - 一种涡轮流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮流量计，包括壳体、固定于壳体上的信号检测器、安装于壳体上介质流通通道内的转子，所述转子上设置有磁钢，所述壳体的介质流通通道内还设置有导流组件，所述转子包括转轴及固定于转轴上的叶轮，所述叶轮有多个，且叶轮沿着转轴的轴线方向排布；所述导流组件的数量比叶轮的数量多一个，相邻的两个导流组件之间的间隙中均设置有一个叶轮。以上提供的涡轮流量计具有较高的测量精度。

Description

一种涡轮流量计

技术领域

本发明涉及用于流体流量测定的流量计技术领域，特别是涉及一种涡轮流量计。

背景技术

涡轮流量计作为一种速度式流量计，具有介质适应能力强，测量精度高，重复性好等优点，广泛应用于工业生产领域和科研实验、国防科技等部门。

但是在气体测量方面，高性能的小口径涡轮流量计的核心技术还是掌握在少数国外厂商手中。核电站一般使用国外公司的气体涡轮流量计及温度压力补偿器，用于测量气体系统内的氮气/压缩空气等气体介质的瞬时流量和累积流量，国内对气体涡轮流量计的研制生产都还有一定差距，特别是在核电站设备国产化的过程中，现有技术中国产的气体涡轮流量计还很难满足核电领域对流量计测量精度的要求。

发明内容

本发明提供了一种涡轮流量计，用于解决现有技术中国产的气体涡轮流量计测量精度性能较差的技术问题。

为解决上述问题，本发明提供的一种涡轮流量计通过以下技术要点来解决问题：一种涡轮流量计，包括壳体、固定于壳体上的信号检测器、安装于壳体上介质流通通道内的转子，所述转子上设置有磁钢，所述壳体的介质流通通道内还设置有导流组件，所述转子包括转轴及固定于转轴上的叶轮，所述叶轮有多个，且叶轮沿着转轴的轴线方向排布；

所述导流组件的数量比叶轮的数量多一个，相邻的两个导流组件之间的间隙中均设置有一个叶轮。

以上壳体用于与输送介质的管道连接，以上导流组件用于改变流经壳体上介质流通通道的流体的流动形态，主要是强制流体沿转子的轴向对叶轮施加作用力而迫使转子转动，在转子转动时，安装于其上的磁钢随转子转动，此过程中，设置的信号检测器用于感应磁场变化，即通过磁电感应，输出流量数据。

本结构中，通过设定为叶轮有多个，且导流组件的数量比叶轮多一个，相邻的两个导流组件之间的间隙中均设置有一个叶轮的设计，可使得流体在流动过程中，完成多级动作，每一级动作中均包括导流和对转子进行驱动，这样，以上多级动作，不仅可使得流体的流速在介质流通通道的径向上更为均匀，也使得介质流通通道截面上的各点上流体的流动方向趋于一致，而转子的转动由多级动作综合后决定，这样，通过转子和叶轮的综合作用，可保证转子在小流量情况下亦具有足够的驱动力迫使其转动，同时受力也更为稳定，从而可达到提高涡轮流量计测量精度的技术效果。

采用气体为介质，对涡轮流量计样机通过了性能试验、扰动和过载试验以及耐久性试验，试验结果表明：本方案提供的无论流量计结构，无扰动状态最大示值误差为0.24%，低扰动状态最大示值误差为0.90%，高扰动状态最大示值误差为1.27%；在超出流量测量上限60m³/h 10%流量下的过载试验考验了流量计性能的影响程度，试验前后样机频率没有明显变化，样机过载能力符合设计要求；经过1000小时的耐久性试验，涡轮流量计样机最大示值误差为1.26%，本结构形式的涡轮流量计的测量精度明显优于现有的涡轮流量计。

更进一步的技术方案为：

作为导流组件的具体实现形式，所述导流组件包括环体及固定于环体上的多片导流片，所述环体呈圆环状，导流片的一端固定于环体上，导流片的另一端位于环体的中心孔中；

导流片的长度方向平行于环体的轴线方向；

各环体的轴线均与转轴的轴线共线；

导流片环形均布于环体上。

具体的，在制作导流组件时，可在环体上设置数量与导流片数量相等的槽，将导流片逐一卡设于所述槽中后，再通过焊接或其他连接形式，实现导流片与环体的固定。故本结构提供的导流组件，还具有结构便于制造、便于控制装配精度的优势。

作为一种即可减小导流组件对流体流动生成的阻力大小，又可较好的均匀介质流通通道径向上流体流速、限定介质流通通道截面各点介质流动方向的实现方案，相邻两个导流组件上的导流片数量不等，且所有导流组件中，处于介质流通通道入口端的导流组件上的导流片的数量最少。具体的，如导流组件为5个时，由介质流通通道的入口端至末端，可设置为各导流组件上的导流片数量依次为4、8、12、16、12。

作为导流组件相互之间及导流组件在壳体上安装的具体实现形式，所述壳体上介质流通通道的两端均设置有内螺纹，还包括两个安装环，所述安装环为其上设置有外螺纹的筒状结构，两个安装环分别螺纹连接于介质流通通道的不同端；

相邻的两个导流组件之间均设置有一根连接销，两个相邻的导流组件的两个相邻端中，连接销固定于任意一个相邻端上，另一个相邻端上设置有用于连接销的自由端插入的销孔，所述销孔为盲孔，且销孔的深度小于连接销的长度，所述连接销的长度与销孔深度的差值大于叶轮的宽度；

多个导流组件通过两个安装环提供的压应力而固定于介质流通通道中。

以上安装环在深入壳体的过程中，分别对处于两端的导流组件提供压应力，相邻导流组件之间的连接销用于两个对应导流组件之间的定位，同时由于需要对叶轮提供安装空间，故只能将连接销设置于叶轮的外侧，这样，即可通过以上连接销，避免导流组件之间相对转动。

为实现通过连接销，实现对应的两个导流组件更为精确的相对位置固定，所述连接销为自由端直径小于连接端直径的锥体。

作为一种通过导流组件，实现转子在本涡轮流量计上固定的实现方案，所述转轴的前端和后端分别设置有前支撑轴和后支撑轴，处于介质流通通道入口端的导流组件和处于介质流通通道出口端的导流组件上均设置有轴承座，还包括两个轴承，前支撑轴通过其中一个轴承与处于介质流通通道入口端的导流组件相连，后支撑轴通过另一个轴承与处于介质流通通道出口端的导流组件相连。

为使得转子与导流组件的配合更为紧凑，以下两个位置中至少有一个位置上设置有处于压缩状态的弹簧：所述前支撑轴与处于介质流通通道入口端的导流组件之间的位置、所述后支撑轴与处于介质流通通道出口端的导流组件之间的位置；

所述弹簧的轴线方向平行于转轴的轴线方向。本结构中，可通过弹簧的弹性形变使得转子与弹簧形成的组合体的长度适应于对应的两个导流组件之间的间距。如以上弹簧为一根的情况下，同时将弹簧设置于流体流通通道的后端，在以上轴承为微型滚珠轴承时，在介质流通通道出口端的导流组件上设置一个后端直径小于前端直径的两段式台阶孔，台阶孔的变径段作为弹簧后端的支撑面，后支撑轴的自由端位于台阶孔的前端内，对应轴承套设于后支撑轴上，且该轴承也位于台阶孔的前端内，弹簧的另一端与轴承外圈的端面接触的形式。

为使得转轴更轻，利于提升本涡流流量计的灵敏度，所述转轴为空心轴。

为使得转子较轻且具有良好的使用寿命，所述转子的材质为硬质铝合金。

为实现将信号检测器固定于壳体上固定位置，且通过接线盒对信号检测器提供保护，还包括设置于壳体上的安装孔及固定于壳体上的接线盒，所述信号检测器的一端固定于所述安装孔中，所述接线盒与壳体的表面围成一个密封空间，所述信号探测器位于所述密封空间内。

进一步的，为利于转子的动平衡性，达到提高本涡轮流量计测量结果稳定性的技术效果，叶轮上均设置16片叶片，且每个叶轮上的16个叶片呈环状均布；进一步的，作为一种可减小转子对流体阻力，同时使得转子具有足够灵敏度的方案，以上的叶片均为平直的薄板状，且每个叶片与转轴轴线的夹角均为11.62°。

本发明具有以下有益效果：

本结构中，通过设定为叶轮有多个，且导流组件的数量比叶轮多一个，相邻的两个导流组件之间的间隙中均设置有一个叶轮的设计，可使得流体在流动过程中，完成多级动作，每一级动作中均包括导流和对转子进行驱动，这样，以上多级动作，不仅可使得流体的流速在介质流通通道的径向上更为均匀，也使得介质流通通道截面上的各点上流体的流动方向趋于一致，而转子的转动由多级动作综合后决定，这样，通过转子和叶轮的综合作用，可保证转子在小流量情况下亦具有足够的驱动力迫使其转动，同时受力也更为稳定，从而可达到提高涡轮流量计测量精度的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述的一种涡轮流量计一个具体实施例的结构爆炸图；

图2为本发明所述的一种涡轮流量计一个具体实施例中，导流组件的主视图；

图3为本发明所述的一种涡轮流量计一个具体实施例中，导流组件的侧视图；

图4为本发明所述的一种涡轮流量计一个具体实施例中，转子与导流组件的连接关系示意图；

图5为本发明所述的一种涡轮流量计一个具体实施例中，转子的结构示意图；

图6为图5沿所示A-A方向的剖视图；

图7为本发明所述的一种涡轮流量计一个具体实施例中，转子的局部放大图。

图中标记分别为：1、安装环，2、导流组件，3、弹簧，4、轴承，5、转子，6、转轴，7、壳体，8、信号检测器，9、接线盒，10、环体，11、导流片，12、连接销，13、安装孔，14、前支撑轴，15、磁钢，16、叶轮，17、后支撑轴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但是本发明不仅限于以下实施例：

实施例1：

如图1至图7所示，一种涡轮流量计，包括壳体7、固定于壳体7上的信号检测器8、安装于壳体7上介质流通通道内的转子5，所述转子5上设置有磁钢15，所述壳体7的介质流通通道内还设置有导流组件2，所述转子5包括转轴6及固定于转轴6上的叶轮16，所述叶轮16有多个，且叶轮16沿着转轴6的轴线方向排布；

所述导流组件2的数量比叶轮16的数量多一个，相邻的两个导流组件2之间的间隙中均设置有一个叶轮16。

以上壳体7用于与输送介质的管道连接，以上导流组件2用于改变流经壳体7上介质流通通道的流体的流动形态，主要是强制流体沿转子5的轴向对叶轮16施加作用力而迫使转子5转动，在转子5转动时，安装于其上的磁钢15随转子5转动，此过程中，设置的信号检测器8用于感应磁场变化，即通过磁电感应，输出流量数据。

本结构中，通过设定为叶轮16有多个，且导流组件2的数量比叶轮16多一个，相邻的两个导流组件2之间的间隙中均设置有一个叶轮16的设计，可使得流体在流动过程中，完成多级动作，每一级动作中均包括导流和对转子5进行驱动，这样，以上多级动作，不仅可使得流体的流速在介质流通通道的径向上更为均匀，也使得介质流通通道截面上的各点上流体的流动方向趋于一致，而转子5的转动由多级动作综合后决定，这样，通过转子5和叶轮16的综合作用，可保证转子5在小流量情况下亦具有足够的驱动力迫使其转动，同时受力也更为稳定，从而可达到提高涡轮流量计测量精度的技术效果。

采用气体为介质，对涡轮流量计样机通过了性能试验、扰动和过载试验以及耐久性试验，试验结果表明：本方案提供的无论流量计结构，无扰动状态最大示值误差为0.24%，低扰动状态最大示值误差为0.90%，高扰动状态最大示值误差为1.27%；在超出流量测量上限60m³/h 10%流量下的过载试验考验了流量计性能的影响程度，试验前后样机频率没有明显变化，样机过载能力符合设计要求；经过1000小时的耐久性试验，涡轮流量计样机最大示值误差为1.26%，本结构形式的涡轮流量计的测量精度明显优于现有的涡轮流量计。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上作进一步限定，如图1至图7所示，作为导流组件2的具体实现形式，所述导流组件2包括环体10及固定于环体10上的多片导流片11，所述环体10呈圆环状，导流片11的一端固定于环体10上，导流片11的另一端位于环体10的中心孔中；

导流片11的长度方向平行于环体10的轴线方向；

各环体10的轴线均与转轴6的轴线共线；

导流片11环形均布于环体10上。

具体的，在制作导流组件2时，可在环体10上设置数量与导流片11数量相等的槽，将导流片11逐一卡设于所述槽中后，再通过焊接或其他连接形式，实现导流片11与环体10的固定。故本结构提供的导流组件2，还具有结构便于制造、便于控制装配精度的优势。

作为一种即可减小导流组件2对流体流动生成的阻力大小，又可较好的均匀介质流通通道径向上流体流速、限定介质流通通道截面各点介质流动方向的实现方案，相邻两个导流组件2上的导流片11数量不等，且所有导流组件2中，处于介质流通通道入口端的导流组件2上的导流片11的数量最少。具体的，如导流组件2为5个时，由介质流通通道的入口端至末端，可设置为各导流组件2上的导流片11数量依次为4、8、12、16、12。

作为导流组件2相互之间及导流组件2在壳体7上安装的具体实现形式，所述壳体7上介质流通通道的两端均设置有内螺纹，还包括两个安装环1，所述安装环1为其上设置有外螺纹的筒状结构，两个安装环1分别螺纹连接于介质流通通道的不同端；

相邻的两个导流组件2之间均设置有一根连接销12，两个相邻的导流组件2的两个相邻端中，连接销12固定于任意一个相邻端上，另一个相邻端上设置有用于连接销12的自由端插入的销孔，所述销孔为盲孔，且销孔的深度小于连接销12的长度，所述连接销12的长度与销孔深度的差值大于叶轮16的宽度；

多个导流组件2通过两个安装环1提供的压应力而固定于介质流通通道中。

以上安装环1在深入壳体7的过程中，分别对处于两端的导流组件2提供压应力，相邻导流组件2之间的连接销12用于两个对应导流组件2之间的定位，同时由于需要对叶轮16提供安装空间，故只能将连接销12设置于叶轮16的外侧，这样，即可通过以上连接销12，避免导流组件2之间相对转动。

为实现通过连接销12，实现对应的两个导流组件2更为精确的相对位置固定，所述连接销12为自由端直径小于连接端直径的锥体。

作为一种通过导流组件2，实现转子5在本涡轮流量计上固定的实现方案，所述转轴6的前端和后端分别设置有前支撑轴14和后支撑轴17，处于介质流通通道入口端的导流组件2和处于介质流通通道出口端的导流组件2上均设置有轴承4座，还包括两个轴承4，前支撑轴14通过其中一个轴承4与处于介质流通通道入口端的导流组件2相连，后支撑轴17通过另一个轴承4与处于介质流通通道出口端的导流组件2相连。

为使得转子5与导流组件2的配合更为紧凑，以下两个位置中至少有一个位置上设置有处于压缩状态的弹簧3：所述前支撑轴14与处于介质流通通道入口端的导流组件2之间的位置、所述后支撑轴17与处于介质流通通道出口端的导流组件2之间的位置；

所述弹簧3的轴线方向平行于转轴6的轴线方向。本结构中，可通过弹簧3的弹性形变使得转子5与弹簧3形成的组合体的长度适应于对应的两个导流组件2之间的间距。如以上弹簧3为一根的情况下，同时将弹簧3设置于流体流通通道的后端，在以上轴承4为微型滚珠轴承时，在介质流通通道出口端的导流组件2上设置一个后端直径小于前端直径的两段式台阶孔，台阶孔的变径段作为弹簧3后端的支撑面，后支撑轴17的自由端位于台阶孔的前端内，对应轴承4套设于后支撑轴17上，且该轴承4也位于台阶孔的前端内，弹簧3的另一端与轴承4外圈的端面接触的形式。

为使得转轴6更轻，利于提升本涡流流量计的灵敏度，所述转轴6为空心轴。

为使得转子5较轻且具有良好的使用寿命，所述转子5的材质为硬质铝合金。

实施例3：

本实施例在以上任意一个实施例提供的任意一个技术方案的基础上对本案作进一步限定：为实现将信号检测器8固定于壳体7上固定位置，且通过接线盒9对信号检测器8提供保护，还包括设置于壳体7上的安装孔13及固定于壳体7上的接线盒9，所述信号检测器8的一端固定于所述安装孔13中，所述接线盒9与壳体7的表面围成一个密封空间，所述信号探测器位于所述密封空间内。

进一步的，为利于转子5的动平衡性，达到提高本涡轮流量计测量结果稳定性的技术效果，叶轮16上均设置16片叶片，且每个叶轮16上的16个叶片呈环状均布；进一步的，作为一种可减小转子5对流体阻力，同时使得转子5具有足够灵敏度的方案，以上的叶片均为平直的薄板状，且每个叶片与转轴6轴线的夹角均为11.62°。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的技术方案下得出的其他实施方式，均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种涡轮流量计，包括壳体（7）、固定于壳体（7）上的信号检测器（8）、安装于壳体（7）上介质流通通道内的转子（5），所述转子（5）上设置有磁钢（15），所述壳体（7）的介质流通通道内还设置有导流组件（2），所述转子（5）包括转轴（6）及固定于转轴（6）上的叶轮（16），其特征在于，所述叶轮（16）有多个，且叶轮（16）沿着转轴（6）的轴线方向排布；

所述导流组件（2）的数量比叶轮（16）的数量多一个，相邻的两个导流组件（2）之间的间隙中均设置有一个叶轮（16）。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮流量计，其特征在于，所述导流组件（2）包括环体（10）及固定于环体（10）上的多片导流片（11），所述环体（10）呈圆环状，导流片（11）的一端固定于环体（10）上，导流片（11）的另一端位于环体（10）的中心孔中；

导流片（11）的长度方向平行于环体（10）的轴线方向；

各环体（10）的轴线均与转轴（6）的轴线共线；

导流片（11）环形均布于环体（10）上。

3.根据权利要求2所述的一种涡轮流量计，其特征在于，相邻两个导流组件（2）上的导流片（11）数量不等，且所有导流组件（2）中，处于介质流通通道入口端的导流组件（2）上的导流片（11）的数量最少。

4.根据权利要求1所述的一种涡轮流量计，其特征在于，所述壳体（7）上介质流通通道的两端均设置有内螺纹，还包括两个安装环（1），所述安装环（1）为其上设置有外螺纹的筒状结构，两个安装环（1）分别螺纹连接于介质流通通道的不同端；

相邻的两个导流组件（2）之间均设置有一根连接销（12），两个相邻的导流组件（2）的两个相邻端中，连接销（12）固定于任意一个相邻端上，另一个相邻端上设置有用于连接销（12）的自由端插入的销孔，所述销孔为盲孔，且销孔的深度小于连接销（12）的长度，所述连接销（12）的长度与销孔深度的差值大于叶轮（16）的宽度；

多个导流组件（2）通过两个安装环（1）提供的压应力而固定于介质流通通道中。

5.根据权利要求4所述的一种涡轮流量计，其特征在于，所述连接销（12）为自由端直径小于连接端直径的锥体。

6.根据权利要求1所述的一种涡轮流量计，其特征在于，所述转轴（6）的前端和后端分别设置有前支撑轴（14）和后支撑轴（17），处于介质流通通道入口端的导流组件（2）和处于介质流通通道出口端的导流组件（2）上均设置有轴承座，还包括两个轴承（4），前支撑轴（14）通过其中一个轴承（4）与处于介质流通通道入口端的导流组件（2）相连，后支撑轴（17）通过另一个轴承（4）与处于介质流通通道出口端的导流组件（2）相连。

7.根据权利要求6所述的一种涡轮流量计，其特征在于，以下两个位置中至少有一个位置上设置有处于压缩状态的弹簧（3）：所述前支撑轴（14）与处于介质流通通道入口端的导流组件（2）之间的位置、所述后支撑轴（17）与处于介质流通通道出口端的导流组件（2）之间的位置；

所述弹簧（3）的轴线方向平行于转轴（6）的轴线方向。

8.根据权利要求1所述的一种涡轮流量计，其特征在于，所述转轴（4）为空心轴。

9.根据权利要求1所述的一种涡轮流量计，其特征在于，所述转子（5）的材质为硬质铝合金。

10.根据权利要求1至9中任意一个所述的一种涡轮流量计，其特征在于，还包括设置于壳体（7）上的安装孔（13）及固定于壳体（7）上的接线盒（9），所述信号检测器（8）的一端固定于所述安装孔（13）中，所述接线盒（9）与壳体（7）的表面围成一个密封空间，所述信号探测器（8）位于所述密封空间内。