CN108180952A - 一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计 - Google Patents
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Abstract
一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计，包括壳体及计数器，其中壳体外部固定安装计数器，壳体内部固定安装有叶轮支架，该叶轮支架一侧固定安装有前导流整流器，且叶轮支架另一侧安装有自平衡单元；自平衡单元包括叶轮及后导流整流器，其中叶轮一侧与叶轮支架旋转连接，叶轮另一侧制有多条螺旋槽；后导流整流器与壳体内壁固定连接，且后导流整流器的一侧与螺旋槽的槽顶间隙配合连接，该侧的后导流整流器上制有与螺旋槽连通的压力腔，该涡轮气体流量计改进了叶轮及导流整流器的结构，使叶轮和后导流整流器形成一对运动副，形成相反于气体流动方向的推力作用，减轻叶轮轴承受的单向动压力，提高叶轮轴使用寿命及叶轮旋转精度。
Description
技术领域
本发明属于计量仪表技术领域，具体涉及一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计。
背景技术
气体流量计作为应用于燃气管网中对流量进行测量的设备，在工业生产中得到了广泛的应用。现有气体涡轮流量计一般采用不锈钢金属叶轮轴承，该种叶轮轴承需要有润滑油脂，因为有润滑油脂的存在，叶轮轴承的灵活度上存在一定的缺陷。而气体涡轮恰好需要的就是叶轮轴承的高灵活度，目前的一般情况下，生产厂家都采用进口叶轮轴承，常规的有GRW、NMB等厂家，每年要花费大量的外汇采购。即使这样，供应商往往对全球用户进行等级划分，我国国内也采购不到相应质量的叶轮轴承，这给国内生产的气体涡轮质量上造成了一定的影响。另外，由于流量计内部燃气的流量及压力较大，当气体通过叶轮并带动叶轮旋转时会沿气流方向施加给叶轮一定的动压，该动压会直接传到到叶轮轴承上，久而久之易对叶轮轴承造成损伤，影响叶轮轴承的使用寿命。
通过公开专利文献的检索，发现如下相关公开专利文献：
新型气体涡轮流量计机芯(CN201220402313.6)公开了一种新型气体涡轮流量计机芯。按气体流动方向分为顺次连接的前段、中段和后段，三段均为管状，外径等于流量计壳体的内径；前段和后段的内部分别通过多个前支撑体和后支撑体设有前导流体和后导流体，两者均为一端密封另一端开口的筒状，其开口端相对；中段的内部通过多个支撑体设有测量装置，该装置包括固定板，在该固定板的前端设有轴套、后端设有叶轮轴支架，在轴套内设有叶轮轴，其后端架设在叶轮轴支架上，其前端从轴套中伸出并设有叶轮；叶轮轴与轴套之间设有首尾两个叶轮轴承，该叶轮轴承为陶瓷球叶轮轴承。本发明结构简单、计量精度高且计量量程宽。
气体涡轮流量计(CN200720035643.5)公开了一种气体涡轮流量计。包括壳体、叶轮、叶轮轴和支承件，其特征在于：气体涡轮流量计设有叶轮轴轴向止推结构。本方案通过设置叶轮轴轴向止推结构，当小流量时叶轮轴承本身可克服轴向推力，正常运转，当流量大时止推装置限制了轴的轴向移动位置，使叶轮轴承仍处在正常的运转状态，有效地保护了叶轮轴承，避免了大流量时由于轴向推力造成叶轮轴承快速磨损甚至损坏大大降低了故障率，保证了流量计正常工作，提高了流量计使用寿命和计量精度，并降低维修费用和使用成本。
通过技术特征的对比，申请人认为上述公开专利文献的技术方案与本专利申请方案的结构与目的均不相同。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计，该涡轮气体流量计改进了叶轮及导流整流器的结构，使叶轮和后导流整流器形成一对运动副，使叶轮旋转过程中产生动压，形成相反于气体流动方向的推力作用，并作用于叶轮与后导流整流器的连接处，减轻叶轮轴承受的单向动压力，提高叶轮轴使用寿命及叶轮旋转精度。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计，包括壳体及计数器，其中壳体外部固定安装计数器，壳体内部固定安装有叶轮支架，该叶轮支架一侧固定安装有前导流整流器，且叶轮支架另一侧安装有自平衡单元；自平衡单元包括叶轮及后导流整流器，其中叶轮一侧与叶轮支架旋转连接，叶轮另一侧制有多条螺旋槽；后导流整流器与壳体内壁固定连接，且后导流整流器的一侧与螺旋槽的槽顶间隙配合连接，该侧的后导流整流器上制有与螺旋槽连通的压力腔。
在上述方案中，优选的技术方案为：叶轮支架内部固定安装有轴承支架，该轴承支架两侧安装有叶轮轴承，叶轮轴承内部穿透安装有叶轮轴；叶轮轴的一端伸出叶轮轴承并与叶轮同轴固装。
本发明的优点和经济效果是：
本发明改进后的涡轮气体流量计可通过自身调节叶轮轴承的受力情况，依靠流量计内部不同气体流量及压力条件，并通过叶轮背部的螺旋槽旋转向压力腔内部输送气体，使压力腔内气压上升，进而由气压施加给叶轮背部相反于气体流向的推力，且根据叶轮转速不同，压力腔内的气压亦不相同(叶轮转速越快，气压越高，施加给叶轮背部的气压推力越大)，进而在其背部产生不同的推力，通过这个推力平衡垂直于叶轮正面的气流推力，使得叶轮轴承在水平方向上所承受的气流推力有所降低，这样大大改善了叶轮轴承的受力状况，延长叶轮轴承的使用寿命，并且由于叶轮轴承的摩擦力减小，其运转精度得到进一步提高，流量计的精度也会随之提高。
附图说明
图1为本发明的局部剖视图；
图2为本发明叶轮的立体图；
图3为本发明的受力分析图；
图4为本发明现有技术的局部剖视图；
图5为本发明现有技术的受力分析图。
图中：1—后导流整流器；2—壳体；3—叶轮；4—叶轮轴；5—轴承支架；6—叶轮支架；7—叶轮轴承；8—前导流整流器；9—计数器；10—螺旋槽；11—槽顶。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计，包括壳体2及计数器9，其中壳体外部固定安装计数器，壳体内部固定安装有叶轮支架6，该叶轮支架一侧固定安装有前导流整流器8，且叶轮支架另一侧安装有自平衡单元；自平衡单元包括叶轮3及后导流整流器1，其中叶轮一侧与叶轮支架旋转连接，叶轮另一侧制有多条螺旋槽10；后导流整流器与壳体内壁固定连接，且后导流整流器的一侧与螺旋槽的槽顶11间隙配合连接，该侧的后导流整流器上制有与螺旋槽连通的压力腔。
在上述方案中，优选的技术方案为：叶轮支架内部固定安装有轴承支架5，该轴承支架安装有叶轮轴承7，叶轮轴承内部穿透安装有叶轮轴4；叶轮轴的一端伸出叶轮轴承并与叶轮同轴固装。
为了更清楚地描述本发明的具体使用方式，下面提供一种实例并对本发明的各处受力进行分析：
本发明的受力分布情况如图3所示，其中F推力为壳体内的带压气体沿其流动方向施加给叶轮轴承及叶轮的动压力；F反推力为带压气体经叶轮扰动后流向后导流整流器的尾部，并在后导流整流器的尾部形成气体逃散，进而对后导流整流器的尾部进行反推力支撑；F平衡力为随着叶轮转动过程中螺旋槽为压力腔内注压，进而由压力腔内的高压气体形成对叶轮背部的平衡。
根据上述分析，相比于本发明的现有技术结构以及现有技术的受力分析，如图4及图5所示，现有技术中的受力情况仅包括可体内的带压气体沿其流动方向施加给叶轮的动压力即F推力，以及带压气体经叶轮扰动后流向后导流整流器的尾部，并在后导流整流器的尾部形成气体逃散，进而对后导流整流器的尾部进行反推力支撑力即F反推力。
相比于现有技术，本发明的一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计在壳体内通入同样流速及压力的气体时，其受到沿气体流动方向的动压力总和为F总＝F推力-F反推力-F平衡力，其中F推力与F平衡力呈正比关系，即随着F推力增大使叶轮转速同步增加，叶轮上的螺旋槽对压力腔的加压作用增强，进而使F平衡力同步增大，从而达到即使壳体内气体压力有较大变化，或将本发明的一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计应用在不同气体的管道中，其始终可以保证F总在一定的可控范围内，且由于F总最终将作用于叶轮轴承上，减小F总即可改善叶轮轴承的受力状况，延长叶轮轴承的使用寿命，并且由于叶轮轴承的摩擦力减小，其运转精度得到进一步提高，流量计的精度也会随之提高。
另外本发明优选的，叶轮上螺旋槽的槽顶与后导流整流器的端部之间设置有油膜，该油膜起到润滑密封作用，使槽顶与后导流整流器的端部间隙密封，且可保证槽顶在后导流整流器的端部润滑转动，且由于油膜本身具有一定的刚度，使叶轮和后导流整流器形成一对运动副，后导流整流器固定不动，叶轮旋转，在叶轮旋转过程中产生动压，形成推力作用，进而使F总进一步减小。
本发明采用推力自平衡涡轮气体流量计的设计，通过涡轮气体流量计的自身调节，使得涡轮气体流量计支撑叶轮轴承所承受的推力降低，不但延长了叶轮轴承的使用寿命，而且还能使仪表的流量范围得到提高，降低叶轮轴承轴向载荷，提高叶轮轴承的灵敏性。
通过对传统涡轮气体流量计结构改进，引入气体推力叶轮轴承设计，利用流量计内自身的气体和叶轮旋转产生动压效应，进而达到改善叶轮轴承使用环境的目的。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (2)
1.一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计，包括壳体及计数器，其中壳体外部固定安装计数器，其特征在于：所述壳体内部固定安装有叶轮支架，该叶轮支架一侧固定安装有前导流整流器，另一侧安装有自平衡单元；所述自平衡单元包括叶轮及后导流整流器，其中叶轮一侧与叶轮支架旋转连接，叶轮另一侧制有多条螺旋槽；所述后导流整流器与壳体内壁固定连接，且后导流整流器的一侧与螺旋槽的槽顶间隙配合连接，该侧的后导流整流器上制有与螺旋槽连通的压力腔。
2.根据权利要求1所述的一种具有推力自平衡功能的涡轮气体流量计，其特征在于：所述叶轮支架内部固定安装有轴承支架，该轴承支架两侧安装有叶轮轴承，叶轮轴承内部穿透安装有叶轮轴；所述叶轮轴的一端伸出叶轮轴承并与叶轮同轴固装。
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