CN108981837B - 一种石墨刮板流量计 - Google Patents

Abstract

本发明公布了石墨刮板流量计，包括计量室部件、表头和调差组件，计量室和安装在计量室内的转子组件；计量室包括计量室腔体和与计量室腔体分别连通的进口和出口，所述进口和出口设置在计量室腔体的侧壁上；转子组件包括圆柱体状的圆柱芯体和一对刮板部件，该对刮板部件呈十字交叉状地设于圆柱芯体内，且每一块刮板部件均可在圆柱芯体内沿圆柱芯体径向滑动，所述调差组件包括主传动轴，在主传动轴上同轴地安装有与转子组件的转轴传动连接的第一齿轮、与表头输入轴传动连接的第二齿轮、一对间隔布置的第三齿轮以及位于主传动轴底端的摩擦盘。该计量室部件具有计量精度高、误差补偿性好、稳定可靠性好等诸多优异性能。

Description

一种石墨刮板流量计

技术领域

本发明属于刮板流量计技术领域，尤其涉及一种石墨石墨刮板流量计。

背景技术

刮板流量计是一种计量精度较高的容积式流量计，目前使用较为广泛的是采用凸轮结构的金属刮板流量计，随着油品价格的高涨，对刮板流量计的计量精度也越来越高，作为计量的核心零部件之一的计量室壳体，也随之要求越来越高的计量性能。现有的刮板流量计，其结构通常如授权公告号为“CN102721442A”以及“CN2748875Y”“CN206919952U”，即具有一个类似圆柱状空腔的计量室腔体，在腔体的两侧各自设有一个用于进液和出液的进/出流道，计量室内设有一个位于圆柱体内的可滑动的金属板构成的金属转子组件，该类结构的计量室部件为传统的设计结构，对于目前的燃油更高精度更稳定的计量早已经不适用，例如，容易存在计量室腔体内部在进口和出口之间不能有效隔断，导致两侧的燃油相互窜流，影响其容积式计量的计量精度。诸如“CN102721442A”以及“CN2748875Y”“CN206919952U”之类的刮板流量计，其转子组件的刮板的运动都是依靠一个凸轮作为仿形运动的靠模，其完全从凸轮的几何形状来确定刮板的运动轨迹，容易因为凸轮等与之相关元件磨损而导致精度受损,计量室在与转子配合时，其内壁与转子刮板边缘之间的接触难以始终保持密封接触，造成转子刮板与计量室内壁之间围成的计量仓不能充分密闭，存在漏液而影响精度的风险，另外，现有刮板流量计对于计量精度的补偿方式还未有较理想的结构形式，在很大程度上计量的精度仅仅依赖计量室部件本身的计量精度。因此，亟待设计一种新型的流量计来满足不断增长的计量需求。

发明内容

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种石墨刮板流量计，该流量计具有精度高、稳定性好、误差补偿性佳等诸多优异性能。

本发明的技术方案如下：

一种石墨刮板流量计，包括计量室部件、调差组件和显示计量读数的表头，计量室部件通过调差组件与表头的输入轴传动连接；

所述计量室部件包括计量室内位于计量室内的转子组件；

所述计量室包括计量室腔体和与计量室腔体分别连通的进口和出口，所述进口和出口设置在计量室腔体的侧壁上；所述计量室腔体横截面呈凸轮轮廓状，所述凸轮轮廓由4条曲线围成，包括半径为r的第一曲线、半径为R的第三曲线且R>r，第一曲线和第三曲线正对设置且第一曲线的圆心位于计量室内部转子的转轴上，在第一曲线和第三曲线之间分别设有形状相同且彼此对称布置的第二曲线和第四曲线，以使得四条曲线围成所述凸轮轮廓曲线；

所述转子组件包括圆柱体状的圆柱芯体和一对刮板部件，该对刮板部件呈十字交叉状地设于圆柱芯体内，且每一块刮板部件均可在圆柱芯体内沿圆柱芯体径向滑动；

圆柱芯体，包括沿其中轴线设置的通孔，通孔内过盈配合有转轴，转轴上设有两组彼此垂直且不相交的穿孔，圆柱芯体在其两个互相垂直的直径上的两端处各自开设有一个矩形的缺口，所述缺口的长度方向两侧分别贯穿圆柱芯体的上下端面；

刮板部件，包括数量与每组穿孔数量一致的相互平行设置的连杆，连杆两端分别连接有一块矩形板状的石墨刮板，所述石墨刮板可在所述缺口内自由滑动；所有石墨刮板面对流体冲击的一侧均设有凹陷的推力槽，每块刮板部件的两石墨刮板上的推力槽设置面相反；

每块刮板部件的所有连杆均可轴向移动地对应穿过与其相配合的一组穿孔内，以使得两对刮板部件呈十字交叉状地设于圆柱芯体内且每块刮板部件均可在圆柱芯体内沿圆柱芯体径向滑动；

所述调差组件包括主传动轴，在主传动轴上同轴地安装有与转子组件的转轴传动连接的第一齿轮；还包括与表头的输入轴传动连接的第二齿轮、一对上下间隔布置的第三齿轮以及位于主传动轴底端的与第一齿轮一体相连的摩擦盘；其中，位于上部的第三齿轮与主传动轴固定连接，位于下部的第三齿轮与所述第二齿轮同轴相接且固定为一体，且第二齿轮与位于下部的第三齿轮形成的整体可绕主传动轴自由转动；在两第三齿轮之间的主传动轴上可转动地设有第四齿轮，在第四齿轮靠其边缘处的上下两端面上分别同轴地设有一个第五齿轮，两第五齿轮安装在垂直贯穿于第四齿轮上的转轴的两端，且两第五齿轮与同为上下布置的两第三齿轮一一对应啮合，以使得主传动轴转动时可以通过上部的第三齿轮与上部的第五齿轮之间的啮合来驱使下部的第五齿轮与下部的第三齿轮啮合传动；

所述第四齿轮与平行于主传动轴设置的副传动轴上端的第六齿轮啮合，副传动轴底端的涡轮与蜗杆传动连接，蜗杆上设有螺纹段，螺纹段上旋合有轮缘可与所述摩擦盘底端面相接的摩擦轮，摩擦轮内嵌有一个紧套在螺纹段上的防止摩擦轮转动时蜗杆相对于摩擦轮打滑的摩擦套，与蜗杆平行的方向上还设有一根可拆卸的导杆，在支架和摩擦轮上均设有一个可供导杆插入的通孔，拧动蜗杆使得摩擦轮和支架上的孔可以同轴对齐以便迅速插入导杆。

优选地，所述第二曲线和第四曲线的曲线ρ1的表达式为：

ρ1＝R，

以上参数中，L为刮板厚度的一半，θ1为第二曲线或者第四曲线上的点与第一曲线圆心之间连线和X轴之间的夹角，所述X轴所对应的Y轴为第二、第四两曲线之间的对称轴线。

进一步地，所述进口通过一条圆弧形的第一导流槽与计量室腔体联通，所述第一导流槽为第一曲线所在位置处的计量室壳体内的一个夹层空间。

进一步地，所述第二曲线和第四曲线均包括前段和后段，其中，对于第二曲线，其前段与第一曲线一端相连，后段与第三曲线一端相连；对于第四曲线，其前段与第三曲线的另一端相连，后段与第一曲线的另一端相连；所述第二曲线的前段所在区域为所述第一导流槽与计量室腔体之间的交汇区域，其后段位于沿径向凸出于计量室内壁上的间隔设置的若干层导流筋板上，该导流筋板呈圆弧板状且其圆弧凹面为后段所在表面；相邻两导流筋板之间所形成的圆弧状沟槽为第二导流槽，所述第二导流槽与第一导流槽平滑相接成一体，两导流槽之间相交处为所述第一导流槽与计量室腔体之间的交汇区域。

进一步地，所述第四曲线的前段所在位置处也设有若干导流筋板，第二曲线和第四曲线上的两组导流筋板之间关于所述对称轴线对称，第四曲线的后段靠第一曲线的部分所正对的计量室壳体上设有用于分隔所述进口和出口的分隔筋，所述分隔筋呈“人”字形，其顶端部分将所述进口和出口分隔开，其两条朝计量室内侧延伸弯曲的两分支中的一条与所述夹层空间所在的计量室内壁连为一体，另一条朝第四曲线的前段弯曲延伸且不伸入计量室腔体内，从而使得两分支之间形状一个缓冲流体的缓冲区。

进一步地，所述石墨刮板与连杆之间的连接固定方式为：连杆沿石墨刮板的宽度方向插入并穿过推力槽，石墨刮板靠转轴的一侧与连杆上套设的定位环端面相接，所述推力槽内的连杆上还固定地插有锁紧销，在所述锁紧销和推力槽靠定位环一侧的内壁之间的连杆上还套有被锁紧销和推力槽内壁紧压的压紧弹簧，以使得石墨刮板固定在连杆端部。

进一步地，在所述转轴的每个穿孔的两端处的圆柱芯体内均设有一个滑套，所述滑套拧在圆柱芯体内且与穿孔同轴设置，滑套的内孔可供连杆沿轴向自由滑动。

进一步地，在连杆至少一端靠所述石墨刮板的部分拧有锁紧螺母和调节螺母，所述调节螺母的其中一端与所述定位环背离石墨刮板的一侧端面相接并对石墨刮板产生挤压而实现调节石墨刮板在连杆端部安装位置的功能，所述锁紧螺母与调节螺母紧密相接以实现对调节螺母以及石墨刮板的锁紧固定。

进一步地，所述摩擦轮的轮缘呈半圆状且其圆弧顶点可与摩擦盘底端面相接，所述蜗杆的自由端处设有可供扳手拧动的拧动部。

进一步地，所述计量室部件至少设有两个，所有计量室部件均同轴串联设置，且所有的转子组件均同轴地固定在同一转轴上，相邻两转子组件之间旋转错开3度。

本发明的有益效果：本发明采用特制的计量室和转子组件相互配合，并辅以专门的调差组件补偿误差，可实现以下有益效果：

1、第一导流槽使得进入计量室内的流体更平稳，且有效地保证进出口之间的有效隔断，石墨刮板在第三曲线处时能更好的贴合在一起，使得计量更加精确。

2、第二导流槽能保证液体不把力作用于刮板的曲面上，影响刮板和第三曲线贴合在一起，通过导流槽逐渐增大推力F2。

3、泄流泄压槽逐步泄压降低作用于石墨刮板的推F4，便于刮板回缩。

4、防冲挡块、缓冲区防止出口液体对转子组件的冲击，以避免转子组件来回抖动。

5、第一曲线通过和圆柱芯体外圆柱面相内切形成密封，以保证进入口的隔断，形成压差。

6、第二、四曲线使得刮板部件在做径向滑动时加速度尽可能小，保证了石墨刮板在这两段曲线运动接触时尽量平稳。

7、第三曲线作为计量曲线，刮板在此区域，由于重力、离心力和，液体推力的作用下石墨刮板始终贴合在曲线上。

8、石墨刮板表面推力槽的设计，增加作用于刮板的推力，更好的使刮板与曲线贴合在一起。

9、转子组件中，连杆与圆柱芯体之间的密封采用活套石墨轴承密封，既能保证有效密封，也能提升滑动灵活性，便于制造，防止在同轴度不够的情况下连杆对轴承的损坏。

10、多级串联使用时，相邻两转子组件之间旋转错开3度，以保证刮板在独自的转子槽中滑动而不产生干涉，计量精度稳定可靠。

附图说明

图1为本发明立体结构示意图。

图2为本发明的计量室部件的立体结构示意图。

图3为本发明的计量室结构示意图。

图4为本发明的计量室沿垂直其轴向剖切后的立体图。

图5为本发明的计量室其中一横截面示意图。

图6为计量室腔体凸轮轮廓状的横截面曲线图。

图7为本发明的转子组件的结构示意图。

图8为两刮板部件与圆柱芯体拆分后的结构示意图。

图9为本发明的转子组件的俯视图。

图10为图8中的A—A剖视图。

图11为本发明的横截面示意图。

图12为转子组件的第一种位置处的受力分析示意图。

图13为转子组件的第二种位置处的受力分析示意图。

图14为转子组件的第三种位置处的受力分析示意图。

图15为转子组件的第四种位置处的受力分析示意图。

图16为排量计算示意图。

图17为计量室曲线的第一推导示意图。

图18为计量室曲线的第二推导示意图。

图19为计量室曲线的第三推导示意图。

图20为调差组件与表头之间的连接示意图。

图21为调差组件的结构示意图。

图22为调差组件的主视图。

图23为调差组件的侧向剖视图。

元件标号说明：第一曲线1、第二曲线的前段2、第二曲线的后段3、第三曲线4、第四曲线的前段5、第四曲线的后段6、对称轴线7、第二曲线8、第四曲线9、转子刮板10、进口11、出口12、第一导流槽13、导流筋板14、第二导流槽15、分隔筋16、缓冲区17、圆柱芯体18、防冲挡块19、泄流泄压槽20、转轴21、连杆22、石墨刮板23、锁紧销24、压紧弹簧25、推力槽26、活套石墨轴承27、定位环28、调节螺母29、矩形缺口1801、表头30、调差组件31、主传动轴32、第一齿轮33、过渡传动轴34、第二齿轮35、第三齿轮36、摩擦盘37、第四齿轮38、第五齿轮39、副传动轴40、第六齿轮41、蜗杆42、摩擦轮43、导杆44、支架45、摩擦套46。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

一种石墨刮板流量计，如图1所示，包括计量室部件、调差组件和显示计量读数的表头，计量室部件通过调差组件与表头的输入轴传动连接。

其中，如图2所示，所述计量室部件包括计量室和位于计量室内的转子组件：

如图3—6所示，计量室包括计量室腔体和与计量室腔体分别连通的进口11和出口12，所述进口11和出口12设置在计量室腔体的侧壁上；所述计量室腔体横截面呈凸轮轮廓状，所述凸轮轮廓由4条曲线围成，包括半径为r的第一曲线1、半径为R的第三曲线4且R>r，第一曲线1和第三曲线4正对设置且第一曲线1的圆心位于计量室内部转子的转轴上，在第一曲线1和第三曲线4之间分别设有形状相同且彼此对称布置的第二曲线8和第四曲线9，以使得四条曲线围成所述凸轮轮廓曲线。

如图7—10所示，本实施例的石墨刮板流量计用的转子组件，包括圆柱体状的圆柱芯体18和一对刮板部件，该对刮板部件呈十字交叉状地设于圆柱芯体18内，且每一块刮板部件均可在圆柱芯体18内沿圆柱芯体18径向滑动。

如图7—8所示，圆柱芯体18包括沿其中轴线设置的通孔，通孔内过盈配合有转轴21，转轴21上设有两组彼此垂直且不相交的穿孔，圆柱芯体18在其两个互相垂直的直径上的两端处各自开设有一个矩形的缺口，所述缺口的长度方向两侧分别贯穿圆柱芯体18的上下端面，以便采用外实内空的设计，可以大大减轻重量以增强轴承的使用寿命。

如图7—8所示，刮板部件包括数量与每组穿孔数量一致的相互平行设置的连杆22，连杆22两端分别连接有一块矩形板状的石墨刮板23，所述石墨刮板23可在所述缺口内自由滑动；所有石墨刮板23面对流体冲击的一侧均设有凹陷的推力槽26，每块刮板部件的两石墨刮板23上的推力槽26设置面相反，该推力槽26在矩形缺口1801的配合下，更好地伸出圆柱芯体18而迎合流体的冲击，使得刮板组件旋转时更加可靠地与计量室内壁之间有效接触，提升计量精度。

如图9—10所示，每块刮板部件的所有连杆22均可轴向移动地对应穿过与其相配合的一组穿孔内，以使得两对刮板部件呈十字交叉状地设于圆柱芯体18内且每块刮板部件均可在圆柱芯体18内沿圆柱芯体18径向滑动。

如图20—23所示，所述调差组件包括主传动轴32，在主传动轴32上同轴地安装有与转子组件的转轴传动连接的第一齿轮33，具体可以是第一齿轮33与过渡传动轴34齿轮啮合，而过渡传动轴与转子组件的转轴端部同轴相连。还包括与表头30的输入轴传动连接的第二齿轮35、一对上下间隔布置的第三齿轮36以及位于主传动轴32底端的与第一齿轮33连为一体的摩擦盘37。其中位于上部的第三齿轮36与主传动轴32固定连接，位于下部的第三齿轮36与所述第二齿轮35同轴相接且固定为一体，且第二齿轮35与位于下部的第三齿轮36可绕主传动轴32自由转动。在两第三齿轮36之间的主传动轴32上可转动地设有第四齿轮38，在第四齿轮38靠其边缘处的上下两端面上分别同轴地设有一个第五齿轮39，两第五齿轮39安装在垂直贯穿于第四齿轮38上的转轴的两端，且两第五齿轮39与同为上下布置的两第三齿轮36一一对应啮合，以使得主传动轴32转动时可以通过上部的第三齿轮36与上部的第五齿轮39之间的啮合来驱使下部的第五齿轮39与下部的第三齿轮36啮合传动。

所述第四齿轮38与平行于主传动轴32设置的副传动轴40上端的第六齿轮41啮合，副传动轴40底端的涡轮与蜗杆42传动连接，蜗杆42上设有螺纹段，螺纹段上旋合有轮缘可与所述摩擦盘37底端面相接的摩擦轮43，摩擦轮43内嵌有一个紧套在螺纹段上的摩擦套46，该摩擦套46可采用橡胶制成，主要是防止摩擦轮43转动时蜗杆42相对于摩擦轮43打滑。与蜗杆42平行的方向上还设有一根可拆卸的导杆44，该导杆44在需要调节时才插入，在不需要调节时则取下放置在一边，在支架45和摩擦轮43上均设有一个可供导杆44插入的通孔，在需要调节时用扳手等工具拧动蜗杆42使得摩擦轮43和支架45上的三个孔对齐以便迅速插入导杆44。当导杆44在需要调节摩擦轮43位置时插入固定调差组件的支架45上，并同时穿过所述摩擦轮43，用扳手等工具继续旋转蜗杆42，则摩擦轮43沿蜗杆42轴向移动，达到不同调差位置。

本调差组件在工作时，第一齿轮33与摩擦盘37一起同步转动，摩擦盘37带动其下方的所述摩擦轮43转动，从而使得所述蜗杆42通过涡轮驱动副传动轴40转动，副传动轴40的传动驱使第六齿轮41同步转动，而第六齿轮41则带动与之啮合的第四齿轮38转动，第四齿轮38的转动带动了两第五齿轮39所在的转轴绕主传动轴32转动，由此便与第三齿轮36等形成行星轮系，对第三齿轮36与第二齿轮35所形成的整体进行辅助传动，从而实现调差的作用，为更好的固定第一齿轮33并使之与摩擦盘37成为一体和增强摩擦轮43与摩擦盘37之间的接触摩擦力且避免传动卡滞，更好地实现辅助传动作用，可将圆柱形的弹簧套在主传动轴32上以顶紧第一齿轮33，从而与摩擦盘37之间更牢固可靠，摩擦盘37与摩擦轮43打滑，主传动轴32和摩擦盘37为一体，第一齿轮33通过花键结构套在摩擦盘37上，第一齿轮33与弹簧接触处安有平面轴承，弹簧通过固定套进行定位，采用该种结构可有效防止摩擦轮43与摩擦盘37之间打滑，长时间运行避免卡滞，因为在突然的冲击或者振动下圆柱弹簧本身具有一定的缓冲能力。本实施例中的调差机构具体的工作原理如下:通过作用于摩擦盘37上圆柱弹簧的弹力，摩擦盘37和摩擦轮43点/线接触，由知，当压力N和摩擦系数μ一定时，受力面积无限小时，则摩擦力无穷大，从而保证摩擦轮43和摩擦盘37能有效的传动而不打滑，且摩擦盘37和摩擦轮43选用特殊材质并经过特殊处理后，长期啮合传动不变形(不会因变形增大接触面，从而影响减小摩擦力，使摩擦盘37和摩擦轮43存在打滑的风险)。由于输入调差齿轮组件的转速不变，即角速度ω不变，当摩擦轮43在摩擦盘37的不同半径r位置时，切向速度v＝rω也不一样，即摩擦轮43转动速度不一样，从而使第六齿轮41、蜗杆42、第四齿轮38的转速改变。假定输入第一齿轮33逆时针转动，当r＝0时，v＝0，摩擦轮不转动，第四齿轮38不转动即副传动不起作用；当r＜0时(圆心左侧)，摩擦轮逆时针转动，第四齿轮38逆时针转动，r离圆心越远，第四齿轮38转动越快，总输出更快；当r＞0时(圆心右侧)，摩擦轮顺时针转动，第四齿轮38顺时针转动，r离圆心越远，第四齿轮38转动越快，总输出更慢。

调差时，插入导杆44，用调差扳手转动蜗杆42，改变摩擦轮43在摩擦盘37下方接触的位置，从而改变转速。逆时针方向转动，即使流体量没有发生变化，此时计数器也将获得一个很高的显示量。相反，顺时针方向转动则获得较低的显示量，蜗杆42旋转一周流量计显示量将改变。

上述实施例中，针对计量室而言，第一曲线1通过和转子外圆(圆柱芯体18外圆柱面)形成密封，以保证进入口的隔断，形成压差。第二曲线8和第四曲线9为过渡弧形曲线，保证了刮板在这两段曲线时尽量平稳，相对于圆柱形腔体而言使得刮板在做径向滑动时加速度尽可能小，并使得第三曲线4作为计量曲线时刮板在此区域，由于重力、离心力和液体推力的作用下刮板始终贴合在第三曲线4上，精确计量。由此可见，采用这种四条曲线围成的横截面呈凸轮轮廓状的特殊计量腔体，有利于使得转子在计量腔体内部在流体的冲击作用下可以更好地推动流体运动，进行计量，其计量仓为第三曲线4所对应的转子与计量室内壁之间的腔体，转子组件的石墨刮板更好地与计量室腔体内壁连续稳定地接触，相对于诸如传统的金属刮板之类的圆柱形计量室腔体或者其它形状腔体而言计量更为准确。

将转子组件装入计量室腔体内后，由于连杆22可在圆柱芯体18内沿着圆柱芯体18的径向滑移，因此，在计量室内进入待计量的流体介质后，在流体冲击到石墨刮板23的推动作用下，转子组件开始转动，并配合计量室的计量室腔体独特的凸轮轮廓形状，随着计量室腔体内壁的曲线变化，相应地实现径向滑移，以使得在转动过程中始终与计量室腔壁保持良好接触，石墨光滑而耐磨性好，能保证其与计量室腔体内壁之间的长期有效接触，连杆22十字形错开布置地连接石墨刮板23，使得整个转子组件结构紧凑而灵活性好，更重要的是转子推力槽26的设计，增加作用于刮板部件的推力，尤其在采用如附图所示的腰孔型的凹槽设计时，可更加充分地利用流体推力，更好地使石墨刮板23与计量室腔体内壁的曲线贴合在一起，保证计量精度。

以下对本实施例的计量室部件的工作原理结合相应附图进行详细解释说明：

一、受力计算

因石墨刮板23与推力槽26的光洁度很高，在此可忽略刮板与槽的单面摩擦阻力对运动的影响，为便于表述相应曲线之间的连接位置关系，将第二曲线8和第四曲线9分别分为第二曲线的前段2、第二曲线的后段3，第四曲线的前段5、第四曲线的后段6。

在图12所示工作状态时，刮板a的受力Fa＝Tacosθa+Ga+Na＝Tacosθa+mg+mω2ra

刮板c的受力Fc＝Gc-Nc+Tccosθc(作用于刮板C的推力Tc为零)

＝mg-mω2r c+Tccosθc

沿刮板ac的合力Fac＝Tacosθa+Ga+Na+Gc-Nc+Tccosθc

＝Tacosθa+mg+mω2ra+mg-mω2r c+Tccosθc(ra＞r c)＞0

因此刮板a贴第二曲线的后段3滑动。

刮板d的受力Fd＝Tdcosθd+Nd＝Tdcosθd+mω2r d

刮板b的受力Fb＝Nb＝mω2r b

沿刮板bd的合力Fbd＝Tdcosθd+Nd-Nb＝Tdcosθd+mω2r d-mω2r b(rd＞r b)＞0

因此刮板d贴第三曲线4滑动。

在图13所示工作状态时，刮板a的受力Fa＝Tacosθa+Gacosβa+Na＝Tacosθa+mgcosβa+mω2ra

刮板c的受力Fc＝Gccosβc-Nc(作用于刮板C的推力Tc为零)

＝mgcosβc-mω2r c

沿刮板ac合力Fac＝Tacosθa+Gacosβa+Na+Gccosβc-Nc

＝Tacosθa+mgcosβa+mω2ra+mg cosβc--mω2r c(ra＞r c)＞0

因此刮板a贴第三曲线4滑动。

刮板d的受力Fd＝Gdcosθd-Nd-Tdcosθd＝mgcosθd+mω2r d-Tdcosθd

刮板b的受力Fb＝Nb+Gbcosθb+Tbcosθb

＝mω2r b+mgcosθb+Tbcosθb

沿刮板bd的合力Fbd＝Gdcosθd-Nd-Tdcosθd+Nb+Gbcosθb+Tbcosθb＝mgcosθd-mω2r d-Tdcosθd+mω2r b+mgcosθb+Tbcosθb

当mgcosθd+mω2r b+mgcosθb+Tbcosθb＜mω2r d+Tdcosθd时

刮板d贴着第四曲线的前段5滑动。

随着转子的转动当mgcosθd+mω2r b+mgcosθb+Tbcosθb＞mω2r d+Tdcosθd时

刮板d逐渐脱开第四曲线的前段5而b则贴着第二曲线的前段2滑动。

在图14所示的工作状态时，刮板a的受力Fa＝Tacosθa-Gacosβa+Na＝Tacosθa-mgcosβa+mω2ra

刮板c的受力Fc＝Gccosβc+Nc(作用于刮板C的推力Tc为零)

＝mgcosβc+mω2r c

沿刮板ac的合力Fac＝Tacosθa-Gacosβa+Na-Gccosβc-Nc＝Tacosθa-mgcosβa+mω2ra–mgcosβc-mω2r c(ra＞r c，Tacosθa＞mgcosβa+mgcosβc)＞0

因此刮板a贴第三曲线4滑动。

刮板d的受力Fd＝Tdcosθd-Nd+Gdcosβd＝Tdcosθd-mω2r d+mgcosβd

刮板b的受力Fb＝Nb+Tbcosθb+Gbcosβb＝mω2r b+Tbcosθb+mgcosβb

沿刮板bd的合力Fbd＝Tdcosθd-Nd+Gdcosβd-Nb-Tbcosθb-Gbcosβb＝Tdcosθd-mω2r d+mgcosβd+mω2r b+Tbcosθb+mgcosβb(rd＜r b)＞0

因此刮板b贴第三曲线4滑动。

当转子组件转至图15时和在图13的工作状态情况一样，此处不再赘述。

综上所述，本发明专门设计了各有特色的计量室和转子组件，并将两种部件较好地融合为一体，共同组成了石墨刮板流量计的核心部件—计量室部件，转子组件在离心力、介质流动的推力自身重力与计量室腔体的凸轮轮廓状曲线匹配接触，使得刮板部件在多个力合力作用下自然而然地与计量室腔体内壁接触，相对于传统的金属刮板依靠凸轮形状作为靠模来保证其运动轨迹而言，本实施例中的刮板部件与计量室之间的运动是依靠流体流动时的推力、刮板部件重力以及转动时的离心力所产生的合力来保证石墨刮板紧贴计量室腔体内壁移动，其从很大程度上是顺应流量计工作时的综合受力来顺势而动，不仅仅是依靠计量室腔体特定几何形状来机械性地限制其运动轨迹，加之，本实施例的计量室部件与一般的刮板流量计的计量室部件计量原理不同，本计量室部件十字交叉状布置的刮板部件，与计量室内壁之间形成的是四个区域，其中仅位于第三曲线上的扇形区域才是计量仓，而不像一般的刮板流量计在旋转时，具有四个体积始终一样的计量仓，由于凸轮轮廓状的特殊计量腔体结构形式，辅以相适应的转子组件，在上述合力作用下石墨刮板在经过第三曲线(计量仓处)时会自动地朝第三曲线一侧滑动并由此紧贴第三曲线所在的计量室腔体内壁，充分保证了计量仓处的密闭性，从而保证了计量精度，并且，由于在合力作用下石墨刮板会自然而然地朝第三曲线滑动，因此，即便是石墨刮板的相应接触侧面具有一定量的磨损，也不会影响到石墨刮板在计量仓处与第三曲线的接触严密性，由此便不会影响到计量精度。

作为另一实施例，在上述实施例基础上，将第二曲线8和第四曲线9的具体参数进行进一步的优化设计，得到第二曲线8和第四曲线9的曲线ρ1的表达式为：

ρ1＝R，

以上参数中，L为刮板厚度的一半，θ1为第二曲线8或者第四曲线9上的点与第一曲线1的圆心之间连线和X轴之间的夹角，所述X轴所对应的Y轴为第二、第四两曲线之间的对称轴线7。针对于上述曲线ρ1的表达式，其具体推导过程如下：

首先介绍一下刮板流量计的排量计算方法，上述实施例中的R与r是与流量计本身设定的计量单位(排量)直接相关的，其具体取值由流量计本身排量决定，并且，其中r等于转子组件所采用的圆柱芯体18的半径值，因此，r值需要根据所采用的圆柱芯体的半径来确定。计量室的排量计算示意图如图16所示，其中，

刮板厚度：B

计量室高度：H

排量：q1

根据刮板流量计的原理不难看出计量室的每转排量为：

q1＝〔π×(R2-r2)-4S1+4(R-r)×B〕×H (1)

式中，S1为刮板横截面积在圆环形容积室横截面积中占去的面积，从附图中可看出S1是一个长方形面积加上上部的弓形面积，减去下部的弓形面积，经整理后得出下式(2)：

将式(2)带入式(1)得出q1：

因此，在设定好流量计本身的排量q1后，由于r值与所采用的转子组件的圆柱芯体部分的直径有关，因此可根据排量q1和r计算得出R的值。

然后，本实施例继续给出第二曲线8和第四曲线9的计算过程如下：

转子匀速转动，如图17所示，在第一曲线1和第三曲线4处，转子刮板10(亦即刮板部件)不做径向滑动(因为转子组件在旋转时其叶片/刮板可沿计量室内部的径向方向上滑动，以与计量室内壁保持连续接触，而此处两曲线均是标准圆弧因此不存在滑动)，在第三曲线4上刮板与内壁是面接触，而在第一曲线1上，刮板与内壁是线接触(取截面后表现在点A、B)，而在第二曲线8和第四曲线9上，刮板则做径向滑动(在截面上刮板与内壁的接触点始终为M、N和M1、N1)。

这时候要求刮板做径向滑动时，加速度尽量的小以求转动更加的平稳，从而保证流量计的噪音、稳定性、精度更好，由刮板的运动过程可知道第二曲线8和第四曲线9分别就是刮板端点M和N的运动接触轨迹，对第二曲线8和第四曲线9进行公式方程化并进行逐步优化，这两条过渡曲线需满足以下条件：

条件一：刮板总长为定长。

条件二：第一曲线1与第二曲线的前段2、第四曲线的后段6；第三曲线4与第二曲线的后段3和第四曲线的前段5；第二曲线的前段2和第二曲线的后段3，第四曲线的前段5和第四曲线的后段6过渡光滑(相切)，以消除刮板对内壁的冲击力。

条件三：刮板在转子中做径向滑动时，加速度尽可能的小，使其转动比较平稳。

如图18所示，先假设刮板为一根直线(第三曲线4半径R，第一曲线1半径r，第二曲线的前段2、第二曲线的后段3为角度为2α的过渡曲线)。

(1)ρ(θ)+ρ(-θ)＝R+r(常数)，(满足条件一)

(2)ρ(α)＝R，ρ(-α)＝r(满足条件二)

(3)要求刮板做径向运动时候加速度尽可能小，即要求在数值上尽可能小(满足条件三)

角速度固有

要求数值尽量小，相当于/>在数值上尽可能小。

根据条件一：ρ(θ)+ρ(-θ)＝R+r(常数)，极角由0变化到θ时ρ所变化的量，与由0到-θ时ρ所变化的量应该相互抵消。如果这个变化量按正弦sinθ或sin2θ等变化时，就有这种情况，令变化量ρ(θ)-ρ(0)＝f(θ),f(θ)与f(-θ)数值相等，方向相反即

f(θ)＝-f(-θ)

f(θ)为奇函数

ρ＝ρ(θ)＝f(0)+f(θ)＝a+f(θ)(f(0)＝a为一常数)

如果选取f(θ)＝bθ即ρ＝a+bθ，满足条件a但是

ρ'(θ)＝b，在b≠0时，ρ'(θ)≠0，不满足条件c

因此可试取ρ＝a+bθ+cθ³

按条件一、二：

a+bα+cα³＝R

a-bα-cα³＝r

b+3cα²＝0

因此，

为考虑到计量第三曲线4处的密封性，暂取

2、刮板实际不是一条直线而是宽度为2L，如图19所示：

M1和M连起来，当OM1转到OM所经过的角度，该角度可看作

则：

ρ＝ρ1

带入点M(ρ,θ)的轨迹方程(公式一)则可得到M1(ρ1，θ1)的轨迹即第二曲线8的方程，但仅限于在区间上面，在区间/>上已有/>因此M(ρ，θ)位于大圆弧4上，ρ1＝R，得到第二曲线8的表达式为：

ρ1＝R，

因此也得到了第四曲线9的表达式。

上述运算中未考虑ρ1和ρ的差别(实际上将ρ1减小ρ)，并以刮板宽度2L代替弧长，因为他们的差别很微小，因此(公式二)是足够的精确。

根据上述一系列的曲线推导可以看出，基于凸轮轮廓状结构的计量室腔体采用该具体曲线参数制造后，可以使得计量室本身与转子之间配合得更好，综合性能优异、适应性强，可较大提升计量精度。

作为实施例，优选地，所述进口11和出口12也关于所述对称轴线7对称，所述进口11通过一条圆弧形的第一导流槽13与计量室腔体联通，所述第一导流槽13为第一曲线1所在位置处的计量室壳体内的一个夹层空间，以便将外部的流体顺利地引入到计量室腔体内，进入的流体更平稳，且有效的保证进出口进行有效的隔断，转子刮板10在第三曲线4处时能更好的贴合在一起(靠近第一曲线1一侧的刮板受力较小，几乎不受外力干扰)。

进一步地，对于第二曲线8，其前段与第一曲线1一端相连，后段与第三曲线4一端相连；对于第四曲线9，其前段与第三曲线4的另一端相连，后段与第一曲线1的另一端相连；所述第二曲线8的前段所在区域为所述第一导流槽13与计量室腔体之间的交汇区域，其后段位于沿径向凸出于计量室内壁上的间隔设置的若干层导流筋板14上，该导流筋板14呈圆弧板状且其圆弧凹面为后段所在表面；相邻两导流筋板14之间所形成的圆弧状沟槽为第二导流槽15，所述第二导流槽15与第一导流槽13平滑相接成一体，两导流槽之间相交处为所述第一导流槽13与计量室腔体之间的所述交汇区域。第二导流槽15能保证液体不把力作用于刮板的曲面上，影响刮板和第三曲线4贴合在一起，通过第二导流槽15逐渐增大对刮板的推力。

进一步地，如图4—5所示，所述第四曲线的前段所在位置处也设有若干导流筋板14，第二曲线8和第四曲线9上的两组导流筋板14之间关于所述对称轴线7对称，该处的导流板14之间形成的圆弧形的沟槽作为泄流泄压槽20用，逐步泄压降低作用于刮板的推力，便于刮板回缩进圆柱芯体18内。第四曲线9的后段靠第一曲线1的部分所正对的计量室壳体上设有用于分隔所述进口11和出口12的分隔筋16，所述分隔筋16呈“人”字形，其顶端部分将所述进口11和出口12分隔开，其两条朝计量室内侧延伸弯曲的两分支中的一条与所述夹层空间所在的计量室内壁连为一体，另一条作为防冲挡块19朝第四曲线9的前段弯曲延伸且不伸入计量室腔体内，从而使得两分支之间形状一个缓冲流体的缓冲区17，可十分有效地防止出口液体对转子组件的冲击，以避免转子组件来回抖动。

进一步地，在上述所有实施例的基础上，所述石墨刮板23与连杆22之间的连接固定方式为：连杆22沿石墨刮板23的宽度方向插入并穿过推力槽26，石墨刮板23靠转轴21的一侧与连杆22上套设的定位环28端面相接，所述推力槽26内的连杆22上还固定地插有锁紧销24，在所述锁紧销24和推力槽26靠定位环28一侧的内壁之间的连杆22上还套有被锁紧销24和推力槽26内壁紧压的压紧弹簧25，以使得石墨刮板23固定在连杆22端部，锁紧销24与弹簧配合将刮板顶紧地安装在连杆22上，相对于一般的直接过盈配合固定而言要牢靠，这是因为石墨本身的材质特性不适合金属材料那样采用过盈配合，采用这种锁紧弹簧轴向顶紧的方式来将石墨刮板23固定在连杆22上有效地避免了这个问题，且便于装拆维护。

进一步地，在所述转轴21的每个穿孔的两端处的圆柱芯体18内均设有一个活套石墨轴承27，所述活套石墨轴承27拧在圆柱芯体18内且与穿孔同轴设置，活套石墨轴承27的内孔可供连杆22沿轴向自由滑动，设置额外的活套石墨轴承27可以降低对于圆柱芯体18的材质要求和加工精度要求，制作时，只需考虑活套石墨轴承27的材质和加工精度即可保证连杆22的轴向滑动灵活可靠性，从而保证刮板部件的工作性能，且最重要的目的是借用石墨轴承的润滑和密封性，使得连杆22与圆柱芯体18之间的穿插配合不会因渗漏(介质在石墨刮板23与计量室内壁之间围城的空间区域内流动渗透)而影响计量精度。

进一步地，在连杆22至少一端靠所述石墨刮板23的部分拧有锁紧螺母和调节螺母29，所述调节螺母的其中一端与所述定位环28背离石墨刮板23的一侧端面相接并对石墨刮板23产生挤压而实现调节石墨刮板23在连杆22端部安装位置的功能，所述锁紧螺母与调节螺母29紧密相接以实现对调节螺母29以及石墨刮板23的锁紧固定。该结构设计主要是为了在需要是对整个刮板组件进行长度方向的调节，通过调节这对螺母来调节石墨刮板组件的长度，达到调整石墨刮板与外壳内腔的间隙的目的，从而保证计量精度。

进一步地，所述摩擦轮43的轮缘呈半圆状且其圆弧顶点可与摩擦盘37底端面相接，增大接触时候的摩擦，从而保证摩擦轮43和摩擦盘37能有效的传动而不打滑，所述蜗杆42的自由端处设有可供扳手拧动的拧动部421，以便转动蜗杆42，调节摩擦轮43位置。

进一步地，所述计量室部件至少设有两个，所有计量室部件均同轴串联设置，且所有的转子组件均同轴地固定在同一转轴上，使得流量计的计量规格灵活可变，通过多个计量室的串联使用，扩大计量范围，便于生产和使用。相邻两转子组件之间错开3度，即相邻的上下两转子组件的上下相邻石墨刮板23之间所成的夹角为3度，以保证石墨刮板23在独自的转子槽中滑动而不产生干涉，保证串联使用的可行性与可靠性。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种石墨刮板流量计，包括计量室部件、调差组件和显示计量读数的表头，计量室部件通过调差组件与表头的输入轴传动连接；

其中，所述计量室部件包括计量室和安装在计量室内的转子组件；

计量室包括计量室腔体和与计量室腔体分别连通的进口和出口，所述进口和出口设置在计量室腔体的侧壁上；其特征在于：所述计量室腔体横截面呈凸轮轮廓状，所述凸轮轮廓由4条曲线围成，包括半径为r的第一曲线、半径为R的第三曲线且R>r，第一曲线和第三曲线正对设置且第一曲线的圆心位于计量室内部转子的转轴上，在第一曲线和第三曲线之间分别设有形状相同且彼此对称布置的第二曲线和第四曲线，以使得四条曲线围成所述凸轮轮廓曲线；

转子组件包括圆柱体状的圆柱芯体和一对刮板部件，该对刮板部件呈十字交叉状地设于圆柱芯体内，且每一块刮板部件均可在圆柱芯体内沿圆柱芯体径向滑动；

圆柱芯体，包括沿其中轴线设置的通孔，通孔内过盈配合有转轴，转轴上设有两组彼此垂直且不相交的穿孔，圆柱芯体在其两个互相垂直的直径上的两端处各自开设有一个矩形的缺口，所述缺口的长度方向两侧分别贯穿圆柱芯体的上下端面；

刮板部件，包括数量与每组穿孔数量一致的相互平行设置的连杆，连杆两端分别连接有一块矩形板状的石墨刮板，所述石墨刮板可在所述缺口内自由滑动；所有石墨刮板面对流体冲击的一侧均设有凹陷的推力槽，每块刮板部件的两石墨刮板上的推力槽设置面相反；

每块刮板部件的所有连杆均可轴向移动地对应穿过与其相配合的一组穿孔内，以使得两对刮板部件呈十字交叉状地设于圆柱芯体内且每块刮板部件均可在圆柱芯体内沿圆柱芯体径向滑动；

所述调差组件包括主传动轴，在主传动轴上同轴地安装有与转子组件的转轴传动连接的第一齿轮；还包括与表头的输入轴传动连接的第二齿轮、一对上下间隔布置的第三齿轮以及位于主传动轴底端的与第一齿轮一体相连的摩擦盘；其中，位于上部的第三齿轮与主传动轴固定连接，位于下部的第三齿轮与所述第二齿轮同轴相接且固定为一体，且第二齿轮与位于下部的第三齿轮形成的整体可绕主传动轴自由转动；在两第三齿轮之间的主传动轴上可转动地设有第四齿轮，在第四齿轮靠其边缘处的上下两端面上分别同轴地设有一个第五齿轮，两第五齿轮安装在垂直贯穿于第四齿轮上的转轴的两端，且两第五齿轮与同为上下布置的两第三齿轮一一对应啮合，以使得主传动轴转动时可以通过上部的第三齿轮与上部的第五齿轮之间的啮合来驱使下部的第五齿轮与下部的第三齿轮啮合传动；

所述第四齿轮与平行于主传动轴设置的副传动轴上端的第六齿轮啮合，副传动轴底端的涡轮与蜗杆传动连接，蜗杆上设有螺纹段，螺纹段上旋合有轮缘可与所述摩擦盘底端面相接的摩擦轮，摩擦轮内嵌有一个紧套在螺纹段上的防止摩擦轮转动时蜗杆相对于摩擦轮打滑的摩擦套，与蜗杆平行的方向上还设有一根可拆卸的导杆，在支架和摩擦轮上均设有一个可供导杆插入的通孔，拧动蜗杆使得摩擦轮和支架上的孔可以同轴对齐以便迅速插入导杆。

2.根据权利要求1所述石墨刮板流量计，其特征在于：所述第二曲线和第四曲线的曲线ρ1的表达式为：

ρ1＝R,

以上参数中，L为刮板厚度的一半，θ1为第二曲线或者第四曲线上的点与第一曲线圆心之间连线和X轴之间的夹角，所述X轴所对应的Y轴为第二、第四两曲线之间的对称轴线。

3.根据权利要求1或2所述石墨刮板流量计，其特征在于：所述进口通过一条圆弧形的第一导流槽与计量室腔体联通，所述第一导流槽为第一曲线所在位置处的计量室壳体内的一个夹层空间。

4.根据权利要求3所述石墨刮板流量计，其特征在于：所述第二曲线和第四曲线均包括前段和后段，其中，对于第二曲线，其前段与第一曲线一端相连，后段与第三曲线一端相连；对于第四曲线，其前段与第三曲线的另一端相连，后段与第一曲线的另一端相连；所述第二曲线的前段所在区域为所述第一导流槽与计量室腔体之间的交汇区域，其后段位于沿径向凸出于计量室内壁上的间隔设置的若干层导流筋板上，该导流筋板呈圆弧板状且其圆弧凹面为后段所在表面；相邻两导流筋板之间所形成的圆弧状沟槽为第二导流槽，所述第二导流槽与第一导流槽平滑相接成一体，两导流槽之间相交处为所述第一导流槽与计量室腔体之间的交汇区域。

5.根据权利要求4所述石墨刮板流量计，其特征在于：所述第四曲线的前段所在位置处也设有若干导流筋板，第二曲线和第四曲线上的两组导流筋板之间关于所述对称轴线对称，第四曲线的后段靠第一曲线的部分所正对的计量室壳体上设有用于分隔所述进口和出口的分隔筋，所述分隔筋呈“人”字形，其顶端部分将所述进口和出口分隔开，其两条朝计量室内侧延伸弯曲的两分支中的一条与所述夹层空间所在的计量室内壁连为一体，另一条朝第四曲线的前段弯曲延伸且不伸入计量室腔体内，从而使得两分支之间形状一个缓冲流体的缓冲区。

6.根据权利要求1或5所述石墨刮板流量计，其特征在于：所述石墨刮板与连杆之间的连接固定方式为：连杆沿石墨刮板的宽度方向插入并穿过推力槽，石墨刮板靠转轴的一侧与连杆上套设的定位环端面相接，所述推力槽内的连杆上还固定地插有锁紧销，在所述锁紧销和推力槽靠定位环一侧的内壁之间的连杆上还套有被锁紧销和推力槽内壁紧压的压紧弹簧，以使得石墨刮板固定在连杆端部。

7.根据权利要求6所述石墨刮板流量计，其特征在于：在所述转轴的每个穿孔的两端处的圆柱芯体内均设有一个滑套，所述滑套拧在圆柱芯体内且与穿孔同轴设置，滑套的内孔可供连杆沿轴向自由滑动。

8.根据权利要求7所述石墨刮板流量计，其特征在于：在连杆至少一端靠所述石墨刮板的部分拧有锁紧螺母和调节螺母，所述调节螺母的其中一端与所述定位环背离石墨刮板的一侧端面相接并对石墨刮板产生挤压而实现调节石墨刮板在连杆端部安装位置的功能，所述锁紧螺母与调节螺母紧密相接以实现对调节螺母以及石墨刮板的锁紧固定。

9.根据权利要求1或8所述石墨刮板流量计，其特征在于：所述摩擦轮的轮缘呈半圆状且其圆弧顶点可与摩擦盘底端面相接，所述蜗杆的自由端处设有可供扳手拧动的拧动部。

10.根据权利要求1或8所述石墨刮板流量计，其特征在于，所述计量室部件至少设有两个，所有计量室部件均同轴串联设置，且所有的转子组件均同轴地固定在同一转轴上，相邻两转子组件之间旋转错开3度。