CN107727204B - 一种用于热水流量标准装置的换向器及其换向方法 - Google Patents
一种用于热水流量标准装置的换向器及其换向方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于热水流量标准装置的换向器及其换向方法。换向器由换向器组件和气缸组件构成。其中换向器组件采用内外缸型结构设计，换向器内缸体置于换向器外缸体内部、旁通管侧活塞和称重量器侧活塞置于内缸体内部。本发明的换向器可用于热水流量标准装置，实现热水在称重量器和旁通管之间的流向转换。该发明有效解决了现有技术条件下的闭式换向器用于热水流量标准装置时存在的缺陷，可以大大降低因换向器的换向扰动给装置带来的不确定度。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于热水流量标准装置的换向器及其换向方法。
背景技术
水流量标准装置(包括常温型水流量标准装置和热水型水流量标准装置)中使用的换向器主要有两种：开式换向器和闭式换向器。开式换向器使水流在称重量器和旁通管之间进行流向转换时，不会对水流产生扰动作用，因此在常温型水流量标准装置中一般采用该型换向器。然而由于开式换向器是开放式结构，在水温较高时，水很容易蒸发，造成流量计量不准确，因此热水型水流量标准装置(简称热水流量标准装置)中一般不采用开式换向器。闭式换向器采用封闭式结构设计，在温度较高时，水不会蒸发，不会因为水由换向器处蒸发带来计量误差，因此热水流量标准装置中一般该型换向器。
目前热水流量标准装置中广泛使用的传统闭式换向器如图1所示。图1中的闭式换向器包括换向器进水管1、换向器缸体2、换向器活塞4、称重量器侧出水管8、旁通管9、气缸缸体10、气缸活塞11、活塞推杆12、换出侧进排气管13和换入侧进排气管14。其中，换向器进水管1与换向器缸体2固定连接，换向器缸体2为圆柱形，两端封闭；换向器缸体2下侧一定间距内开有两个同口径的圆形出水口，并与称重量器侧出水管8和旁通管9固定连接；换向器活塞4安装在换向器缸体2内部，换向器活塞4与换向器缸体2之间采用密封圈密封；气缸缸体10固定安装在换向器缸体2外侧，气缸缸体10为圆柱形，两端封闭；换出侧进排气管13和换入侧进排气管14分别安装在气缸缸体10两端；气缸活塞11安装在气缸缸体10内部，气缸活塞11与气缸缸体10之间采用密封圈密封，气缸活塞11一侧与活塞推杆12的一端固定连接；活塞推杆12穿出气缸缸体10后再穿入换向器缸体2，在换向器缸体2内的活塞推杆12的另一端与气缸活塞11固定连接，活塞推杆12与换向器缸体2、气缸缸体10之间采用密封圈密封。该型闭式换向器的工作原理如图1、图2和图3所示。
图1给出了上电初始化后的状态，该状态形成过程中，控制换出侧进排气管13进气、换入侧进排气管14排气，推动气缸活塞11在气缸缸体10内水平向换入侧进排气管14侧移动，气缸活塞11移动拉动活塞推杆12及固定在其上的换向器活塞4在换向器缸体3内作同向同步移动，直至换向器活塞4移动到称重量器侧出水管8与换向器进水管1之间的位置上，换出侧进排气管13进气、换入侧进排气管14排气结束，气缸活塞11停止移动。水流经由换向器进水管1、旁通管9后，流入循环水池，此过程称为换向器上电初始化过程。
图2给出了换向器换入后的状态，该状态形成过程中，控制换入侧进排气管14进气、换出侧进排气管13排气，推动气缸活塞11在气缸缸体10内水平向换出侧进排气管13侧移动，气缸活塞11移动推动活塞推杆12及固定在其上的换向器活塞4在换向器缸体3内作同向同步移动，直至换向器活塞4移动到换向器进水管1与旁通管9之间的位置上，换入侧进排气管14进气、换出侧进排气管13排气结束，气缸活塞11停止移动。水流经由换向器进水管1、称重量器侧出水管8后，流入称重量器，此过程称为换向器换入过程。
图3给出了换向器换出后的状态，该状态形成过程中，控制换出侧进排气管13进气、换入侧进排气管14排气，推动气缸活塞11在气缸缸体10内水平向换入侧进排气管14侧移动，气缸活塞11移动拉动活塞推杆12及固定在其上的换向器活塞4在换向器缸体3内作同向同步移动，直至换向器活塞4移动到称重量器侧出水管8与换向器进水管1之间的位置上，换出侧进排气管13进气、换入侧进排气管14排气结束，气缸活塞11停止移动。水流经由换向器进水管1、旁通管9后，流入循环水池，此过程称为换向器换出过程。
由图1所示闭式换向器的结构和换入/换出过程可以看出，在整个换入/换出过程中，换向器活塞4直接在换向器缸体2内腔中的换向器进水管1与换向器缸体2固定连接的出口位置处往复两次，由于换向器活塞4在整个换入/换出过程中始终且直接在换向器进水管1与换向器缸体2固定连接的出口位置处往复移动，换向器活塞4的这一往复运动将直接对换向器进水管1内的水流产生扰动，并沿换向器进水管1向管道上游传播，对整个上游管道内水流产生影响，进而影响整个热水流量标准装置的计量性能，给整个热水流量标准装置装置带来较大的不确定度。因此，为了解决图1所示闭式换向器带来的问题，急需研制一种新型的闭式换向器，减小换向活塞运动对进水管道及整个上游管道内水流的扰动，提高热水流量标准装置的计量性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于热水流量标准装置的换向器。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：所提供的换向器为一种闭式换向器，包括换向器进水管、换向器外缸体、换向器内缸体、旁通管侧活塞、称重量器侧活塞、称重量器侧出水管、旁通管、气缸缸体、气缸活塞、活塞推杆、换出侧进排气管、换入侧进排气管；所述的换向器进水管连通换向器外缸体内腔顶部，换向器外缸体为柱形，两端封闭；所述的换向器内缸体置于换向器外缸体内部下侧，换向器内缸体外侧下方与换向器外缸体内侧固定连接，换向器内缸体为柱形，两端分别开有旁通管侧进水口和称重量器侧进水口，换向器内缸体下侧一定间距内开有两个同口径的圆形出水口，称重量器侧出水管和旁通管穿过换向器外缸体后分别连通一个圆形出水口；旁通管侧活塞和称重量器侧活塞均安装在换向器内缸体内部，旁通管侧活塞和称重量器侧活塞与换向器内缸体之间均采用密封件密封；旁通管侧活塞和称重量器侧活塞固定于活塞推杆上且相隔一定的固定间距；气缸缸体固定安装在换向器外缸体一侧，气缸缸体柱形，两端封闭；换出侧进排气管和换入侧进排气管分别安装在气缸缸体两端且连通缸体内腔；气缸活塞安装在气缸缸体内部且位于换出侧进排气管和换入侧进排气管之间，气缸活塞与气缸缸体之间采用密封件密封，气缸活塞一侧与活塞推杆的一端固定连接；活塞推杆穿出气缸缸体后再穿入换向器外缸体、换向器内缸体，最后再由换向器外缸体穿出，活塞推杆与换向器外缸体、气缸缸体之间采用密封件密封。
作为优选，所述的旁通管侧进水口和称重量器侧进水口与换向器内缸体通径相同。
作为优选，所述的密封件采用密封圈。
作为优选，所述的换向器进水管、换向器外缸体、换向器内缸体、旁通管侧活塞、称重量器侧活塞、旁通管侧进水口和称重量器侧进水口共同组成换向器进水系统。
作为优选，所述的换向器外缸体、换向器内缸体、气缸缸体均为圆柱形。
本发明的另一目的在于提供一种使用上述任一方案所述换向器进行换向的方法，其步骤如下：
1)装置上电初始化过程：控制换出侧进排气管进气、换入侧进排气管排气，推动气缸活塞在气缸缸体内水平向换入侧进排气管侧移动，气缸活塞移动拉动活塞推杆及安装在其上的旁通管侧活塞与称重量器侧活塞在换向器内缸体内作同向同步移动，直至称重量器侧活塞移动到称重量器侧进水口与称重量器侧出水管之间的位置上，旁通管侧活塞移动到称重量器侧出水管与旁通管之间的位置上，换出侧进排气管进气、换入侧进排气管排气结束，气缸活塞停止移动；水流经由换向器进水管、旁通管侧进水口、旁通管后，流入循环水池；
2)换向器的换入过程：控制换出侧进排气管排气、换入侧进排气管进气，推动气缸活塞在气缸缸体内水平向换出侧进排气管侧移动，气缸活塞移动推动活塞推杆及安装在其上的旁通管侧活塞与称重量器侧活塞在换向器内缸体内作同向同步移动，直至旁通管侧活塞移动到旁通管与旁通管侧进水口之间的位置上、称重量器侧活塞移动到称重量器侧出水管与旁通管之间的位置上，换入侧进排气管进气、换出侧进排气管排气结束，气缸活塞停止移动；水流经由换向器进水管、称重量器侧进水口、称重量器侧出水管后，流入称重量器；
3)换向器的换出过程：控制换出侧进排气管进气、换入侧进排气管排气，推动气缸活塞在气缸缸体内水平向换入侧进排气管侧移动，气缸活塞移动拉动活塞推杆及安装在其上的旁通管侧活塞与称重量器侧活塞在换向器内缸体内作同向同步移动，直至称重量器侧活塞移动到称重量器侧进水口与称重量器侧出水管之间的位置上，旁通管侧活塞移动到称重量器侧出水管与旁通管之间的位置上，换出侧进排气管进气、换入侧进排气管排气结束，气缸活塞停止移动；水流经由换向器进水管、旁通管侧进水口、旁通管后，流入循环水池；
所述的2)和3)构成换向器的一个换入/换出过程，完成水流在称重量器和旁通管之间的流向转换。
本发明的有益效果是：1)本发明的用于热水流量标准装置的换向器为一种闭式换向器，采用封闭式结构设计，在水温较高时，不会蒸发，不会因为水由换向器处的蒸发带来计量误差；2)本发明的用于热水流量标准装置的换向器采用内外缸型结构设计，换向器内缸体置于换向器外缸体内部、旁通管侧活塞和称重量器侧活塞置于内缸体内部。这种内外缸型的结构设计主要优点如下：i)将换向器进水管与旁通管侧活塞、称重量器侧活塞通过换向器内缸体隔离开，旁通管侧活塞、称重量器侧活塞在换向器内缸体内的运动不再直接对换向器进水管内的水流产生扰动；ii)换向器在换入/换出过程中因旁通管侧活塞、称重量器侧活塞在换向器内缸体内运动对换向器内缸体内的水流产生的扰动的传播路径为：旁通管侧进水口和称重量器侧进水口、换向器外缸体内腔、换向器进水管、最后再由换向器进水管向上游传播。由于换向器换入/换出过程中对水流产生的扰动的实质是对水流产生的一种扰动能量，这种扰动能量通过水流反向顺序经过旁通管侧进水口和称重量器侧进水口、换向器外缸体内腔、换向器进水管后，将会大部分被消耗掉，进而再由换向器进水管向上游传播的扰动能量将会很小，因此该型结构的换向器对整个热水流量标准装置水流产生的扰动大大减小。
由此看出，该发明有效解决了现有技术条件下的闭式换向器用于热水流量标准装置时存在的缺陷，可以大大降低因换向器的换向扰动给装置带来的不确定度。
附图说明
图1是传统闭式换向器上电初始化后状态结构图；
图2是传统闭式换向器换入后的状态结构图；
图3是传统闭式换向器换出后的状态结构图；
图4是本发明的换向器上电初始化后的结构图；
图5是本发明的换向器换入后的状态结构图；
图6是本发明的换向器换出后的状态结构图。
具体实施方式
本发明在对目前水流量标准装置中使用的换向器的优缺点分析，发明了一种用于热水流量标准装置的换向器，有效解决了现有技术条件下的闭式换向器用于热水流量标准装置时存在的缺陷。
如图4所示，本发明的用于热水流量标准装置的换向器包括包括换向器进水管1、换向器外缸体2、换向器内缸体3、旁通管侧活塞4、称重量器侧活塞5、称重量器侧出水管8、旁通管9、气缸缸体10、气缸活塞11、活塞推杆12、换出侧进排气管13、换入侧进排气管14。所述的换向器进水管1连通换向器外缸体2内腔顶部，换向器外缸体2为圆柱形，两端封闭。所述的换向器内缸体3置于换向器外缸体2内部下侧，换向器内缸体3外侧下方与换向器外缸体2内侧固定连接，换向器内缸体3为圆柱形，两端分别开有与换向器内缸体3同通径的旁通管侧进水口6和称重量器侧进水口7，换向器内缸体3下侧一定间距内开有两个同口径的圆形出水口，两个圆形出水口的外边缘之间具有一定距离。称重量器侧出水管8和旁通管9穿过换向器外缸体2后分别连通一个圆形出水口。旁通管侧活塞4和称重量器侧活塞5均安装在换向器内缸体3内部，旁通管侧活塞4和称重量器侧活塞5与换向器内缸体3之间均采用密封圈密封，旁通管侧活塞4和称重量器侧活塞5相隔一定间距，旁通管侧活塞4与称重量器侧活塞5之间的位置相对固定，且为了满足后续的使用要求，两者的位置至少要大于圆形出水口的直径。气缸缸体10固定安装在换向器外缸体2外侧，气缸缸体10为圆柱形，两端封闭。换出侧进排气管13和换入侧进排气管14分别安装在气缸缸体10两端且均连通缸体内腔。气缸活塞11安装在气缸缸体10内部且能够在换出侧进排气管13和换入侧进排气管14之间移动，气缸活塞11与气缸缸体10之间采用密封圈密封，气缸活塞11一侧与活塞推杆12的一端固定连接。活塞推杆12另一端穿出气缸缸体10后再穿入换向器外缸体2、换向器内缸体3，最后再由换向器外缸体2穿出，活塞推杆12与换向器外缸体2、气缸缸体10之间采用密封圈密封，在活塞推杆12穿入换向器缸体的方向上，先后固定安装有旁通管侧活塞4与称重量器侧活塞5。
如图4所示，该换向器使用时，首先控制换出侧进排气管13进气、换入侧进排气管14排气，推动气缸活塞11在气缸缸体10内水平向换入侧进排气管14侧移动，气缸活塞11移动拉动活塞推杆12及安装在其上的旁通管侧活塞4与称重量器侧活塞5在换向器内缸体3内作同向同步移动，直至称重量器侧活塞5移动到称重量器侧进水口7与称重量器侧出水管8之间的位置上、旁通管侧活塞4移动到称重量器侧出水管8与旁通管9之间的位置上，换出侧进排气管13进气、换入侧进排气管14排气结束，气缸活塞11停止移动。水流经由换向器进水管1、旁通管侧进水口6、旁通管9后，流入循环水池。此过程为换向器的上电初始化过程。图4为换向器上电初始化后的状态。
如图5所示，控制换出侧进排气管13排气、换入侧进排气管14进气，推动气缸活塞11在气缸缸体10内水平向换出侧进排气管13侧移动，气缸活塞11移动推动活塞推杆12及安装在其上的旁通管侧活塞4与称重量器侧活塞5在换向器内缸体3内作同向同步移动，直至旁通管侧活塞4移动到旁通管9与旁通管侧进水口6之间的位置上、称重量器侧活塞5移动到称重量器侧出水管8与旁通管9之间的位置上，换入侧进排气管14进气、换出侧进排气管13排气结束，气缸活塞11停止移动。水流经由换向器进水管1、称重量器侧进水口7、称重量器侧出水管8后，流入称重量器。此过程称为换向器的换入。图5为换向器换入后的状态。
如图6所示，控制换出侧进排气管13进气、换入侧进排气管14排气，推动气缸活塞11在气缸缸体10内水平向换入侧进排气管14侧移动，气缸活塞11移动拉动活塞推杆12及安装在其上的旁通管侧活塞4与称重量器侧活塞5在换向器内缸体3内作同向同步移动，直至称重量器侧活塞5移动到称重量器侧进水口7与称重量器侧出水管8之间的位置上、旁通管侧活塞4移动到称重量器侧出水管8与旁通管9之间的位置上，换出侧进排气管13进气、换入侧进排气管14排气结束，气缸活塞11停止移动。水流经由换向器进水管1、旁通管侧进水口6、旁通管9后，流入循环水池。此过程称为换向器的换出。图6为换向器换出后的状态。
本发明的有效解决了现有技术条件下的闭式换向器存在的对热水流量标准装置扰动较大，进而影响计量性能的缺陷，可以较好的满足热水量标准装置换向的需要。
Claims (5)
1.一种用于热水流量标准装置的换向器，其特征在于：包括换向器进水管（1）、换向器外缸体（2）、换向器内缸体（3）、旁通管侧活塞（4）、称重量器侧活塞（5）、称重量器侧出水管（8）、旁通管（9）、气缸缸体（10）、气缸活塞（11）、活塞推杆（12）、换出侧进排气管（13）、换入侧进排气管（14）；所述的换向器进水管（1）连通换向器外缸体（2）内腔顶部，换向器外缸体（2）为柱形，两端封闭；所述的换向器内缸体（3）置于换向器外缸体（2）内部下侧，换向器内缸体（3）外侧下方与换向器外缸体（2）内侧固定连接，换向器内缸体（3）为柱形，两端分别开有旁通管侧进水口（6）和称重量器侧进水口（7），换向器内缸体（3）下侧一定间距内开有两个同口径的圆形出水口，称重量器侧出水管（8）和旁通管（9）穿过换向器外缸体（2）后分别连通一个圆形出水口；旁通管侧活塞（4）和称重量器侧活塞（5）均安装在换向器内缸体（3）内部，旁通管侧活塞（4）和称重量器侧活塞（5）与换向器内缸体（3）之间均采用密封件密封；旁通管侧活塞（4）和称重量器侧活塞（5）固定于活塞推杆（12）上且相隔一定的固定间距；气缸缸体（10）固定安装在换向器外缸体（2）一侧，气缸缸体（10）为柱形，两端封闭；换出侧进排气管（13）和换入侧进排气管（14）分别安装在气缸缸体（10）两端且连通缸体内腔；气缸活塞（11）安装在气缸缸体（10）内部且位于换出侧进排气管（13）和换入侧进排气管（14）之间，气缸活塞（11）与气缸缸体（10）之间采用密封件密封，气缸活塞（11）一侧与活塞推杆（12）的一端固定连接；活塞推杆（12）穿出气缸缸体（10）后再穿入换向器外缸体（2）、换向器内缸体（3），最后再由换向器外缸体（2）穿出，活塞推杆（12）与换向器外缸体（2）、气缸缸体（10）之间采用密封件密封。
2.根据权利要求1所述的一种用于热水流量标准装置的换向器，其特征在于：所述的旁通管侧进水口（6）和称重量器侧进水口（7）与换向器内缸体（3）通径相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于热水流量标准装置的换向器，其特征在于：所有的密封件采用密封圈。
4.根据权利要求1所述的一种用于热水流量标准装置的换向器，其特征在于：所述的换向器外缸体（2）、换向器内缸体（3）、气缸缸体（10）均为圆柱形。
5.一种使用权利要求1~4任一所述换向器进行换向的方法，其特征在于步骤如下：
1）装置上电初始化过程：控制换出侧进排气管（13）进气、换入侧进排气管（14）排气，推动气缸活塞（11）在气缸缸体（10）内水平向换入侧进排气管（14）侧移动，气缸活塞（11）移动拉动活塞推杆（12）及安装在其上的旁通管侧活塞（4）与称重量器侧活塞（5）在换向器内缸体（3）内作同向同步移动，直至称重量器侧活塞（5）移动到称重量器侧进水口（7）与称重量器侧出水管（8）之间的位置上，旁通管侧活塞（4）移动到称重量器侧出水管（8）与旁通管（9）之间的位置上，换出侧进排气管（13）进气、换入侧进排气管（14）排气结束，气缸活塞（11）停止移动；水流经由换向器进水管（1）、旁通管侧进水口（6）、旁通管（9）后，流入循环水池；
2）换向器的换入过程：控制换出侧进排气管（13）排气、换入侧进排气管（14）进气，推动气缸活塞（11）在气缸缸体（10）内水平向换出侧进排气管（13）侧移动，气缸活塞（11）移动推动活塞推杆（12）及安装在其上的旁通管侧活塞（4）与称重量器侧活塞（5）在换向器内缸体（3）内作同向同步移动，直至旁通管侧活塞（4）移动到旁通管（9）与旁通管侧进水口（6）之间的位置上、称重量器侧活塞（5）移动到称重量器侧出水管（8）与旁通管（9）之间的位置上，换入侧进排气管（14）进气、换出侧进排气管（13）排气结束，气缸活塞（11）停止移动；水流经由换向器进水管（1）、称重量器侧进水口（7）、称重量器侧出水管（8）后，流入称重量器；
3）换向器的换出过程：控制换出侧进排气管（13）进气、换入侧进排气管（14）排气，推动气缸活塞（11）在气缸缸体（10）内水平向换入侧进排气管（14）侧移动，气缸活塞（11）移动拉动活塞推杆（12）及安装在其上的旁通管侧活塞（4）与称重量器侧活塞（5）在换向器内缸体（3）内作同向同步移动，直至称重量器侧活塞（5）移动到称重量器侧进水口（7）与称重量器侧出水管（8）之间的位置上，旁通管侧活塞（4）移动到称重量器侧出水管（8）与旁通管（9）之间的位置上，换出侧进排气管（13）进气、换入侧进排气管（14）排气结束，气缸活塞（11）停止移动；水流经由换向器进水管（1）、旁通管侧进水口（6）、旁通管（9）后，流入循环水池；
所述的步骤2）和步骤3）构成换向器的一个换入/换出过程，完成水流在称重量器和旁通管之间的流向转换。
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