CN110595582A - 一种闭式电动换向器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种闭式电动换向器，包括底板、壳体、分流嘴、呈裤衩型结构的导流斗及与外部PLC控制器电性连接的电机，壳体成裤衩型、具有进口顶盖和两个出口流道，其穿过底板后通过其腰部的角件固定支撑在底板上；导流斗通过垂直连接于其前后侧面且贯穿壳体的转轴悬挂于壳体内，其中部竖直设有用于分开其两个出口的隔板，每个出口对应一个出口流道；分流嘴居中穿过进口顶盖、其出口伸入导流斗内且与隔板顶端有间隙；电机固定安装在壳体前侧的底板上、且通过联轴器与转轴相连接。通过PLC控制电机驱动导流斗转动，动作平稳且可靠，有效降低了换向器的换向噪声和振动，在流体通过内动外静的双裤衩型结构时，飞溅少，流量波动小，其不确定度也随之减小。
Description
技术领域
本发明属于液体流量测量技术领域，具体涉及一种控制平稳可靠、不确定度小、流体分布均匀、三光电定位且换向时间快的闭式电动换向器。
背景技术
流量计量是测量技术的重要构成部分。流量测量技术在能源计量、贸易结算、过程控制、环境保护等方面发挥着十分重要的作用。近年来，随着国家可持续性发展战略的实施，节能减排、环境保护、资源利用等领域，对流量测量技术提出了更高的要求。探索能够适应不同工作条件的流量测量技术，提升流量测量精度，已成为科研工作者的一项重要任务。
在流量测量过程中用到的计量器具，除满足使用要求，还需考虑很多其它因素，例如流量测量范围、场地大小、压损大小、抗扰动能力、耐腐蚀性、防爆、供货周期、价格等。为满足不同环境条件，适应不同介质的测量，各种类型的流量计也随之产生。据统计，流量计的种类多达100多种，同时每一种流量计都有其特定的使用场合。
为了确保流量计的不确定度水平，在国家各级计量监督检测科学研究院及各流量计生产厂家，均建有能够适应不同介质、不同不确定度水平的流量标准装置。
换向器是流量标准装置中的一个重要组成部分，是静态质量法、静态容积法流量标准装置的必备设备，其不确定度大小对装置整体合成不确定度有较大影响。它一般安装在工作量器(或容器)的上方，通过改变液体流动的方向，作为每次检定液体流量的导入与导出依据。
目前，传统的换向器多为开式换向器，难以在具有挥发性的液体装置中应用，且主要以压缩气体为动力源控制其换向机构进行左右往复运动，带动液体流动方向改变，在检定时间内快速、充分、精准地将检测流体从管路向容器与蓄水箱间互换流通，直接影响流量测量结果的不确定度，从而直接影响到检定结果。由于作用于换向机构的气体压力是非恒定的压力，导致换向机构在动作上存在着加速度和滞后性，对流量计量的结果造成了影响；同时，为了得到更快的换向时间和更小的换向行程时间差，换向机构往往承受较大的作用力，对换向器整体造成较大的振动，更影响了计量不确定度和使用寿命。
因此合理设计换向器结构，选择合适的控制方式以及准确的计时方法，对减小换向器不确定度至关重要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种闭式电动换向器，具有控制平稳可靠、不确定度小、流体分布均匀、三光电定位且换向时间快等特点。
为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
本发明提供的一种闭式电动换向器，包括：
底板，用于承载其它零部件；
壳体，整体成裤衩型、具有进口顶盖和两个出口流道，其穿过所述底板后通过其腰部的角件固定支撑在所述底板上；
分流嘴，其居中穿过所述进口顶盖，用于进液和均流；
导流斗，通过垂直连接于其前后侧面且贯穿所述壳体的转轴悬挂于所述壳体内，用于改变液体的流向、实现液体在两个所述的出口流道内的互换流通；
电机，其固定安装在所述壳体前侧的底板上、且通过联轴器与所述转轴相连接，用于驱动所述导流斗按照设定角度来回转动；
其中，所述导流斗呈裤衩型结构，其中部竖直设有用于分开其两个出口的隔板，每个出口对应一个所述的出口流道；所述分流嘴出口伸入所述导流斗内、且与所述隔板顶端有间隙；所述电机与外部的PLC控制器电性连接。以电机作为传动来源，通过PLC控制器在控制程序内设定电机的转动角度，从而驱动导流斗在设定角度内转动，动作平稳且可靠，有效降低了换向器的换向噪声和振动，在流体通过内动外静的双裤衩型结构时，飞溅少，流量波动小，其不确定度也随之减小；经过液体流量标准装置检定规程中流量计法的测试，本换向器的不确定度优于0.05％。
进一步地，所述导流斗前后侧面对称设有轴套，所述壳体前后侧面对称开设有与所述轴套对应的通孔，所述转轴与所述轴套固定连接后穿过所述通孔与固定于所述底板上的带座轴承转动连接。通过带座轴承与转轴形成导流斗的支撑结构，使得导流斗按照设定角度来回转动时不与壳体发生干涉，从而避免了导流斗在转动时向壳体传递振动，降低了其本身对流量不确定度的影响。
进一步地，位于所述壳体后侧的转轴上固定连接有三个间隔设置的感应片，每个所述的感应片对应一个光电开关，所述光电开关安装在所述底板上且与所述PLC控制器电性连接。
进一步地，所述感应片垂直于所述转轴且沿所述转轴径向错开布置。
进一步地，三个所述的光电开关中的两个位于所述转轴的同一侧。
进一步地，所述分流嘴出口设置成扁长形，其长宽比范围为9:1～14:1。在此范围内流体分布更加均匀，对流量的不确定度影响也最小。
进一步地，所述分流嘴出口设置成扁长形，其长宽比为10:1。
进一步地，所述电机为步进电机。
由上述技术方案可知，本发明的大体工作原理是：
液体在进入分流嘴完成均流之后，PLC控制器控制电机驱动导流斗偏转并由光电开关定位和限位，接着从导流斗的一侧出口经壳体的一个出口流道流入容器或者蓄水箱。
由上可知，本换向器以电机作为传动来源，通过PLC控制电机驱动导流斗转动，换向时间快，动作平稳且可靠，流体分布均匀、流量波动小，不确定度也小，并利用三光电开关实现换向器的自动定位、复位和二次保护。
通过上述技术方案及本发明工作原理的结合启示可知，可归纳出本发明较为重要的几点有益效果：
1、以电机作为传动来源，通过PLC控制器在控制程序内设定电机的转动角度，从而驱动导流斗在设定角度内转动，动作平稳且可靠，有效降低了换向器的换向噪声和振动，在流体通过内动外静的双裤衩型结构时，飞溅少，流量波动小，其不确定度也随之减小；
2、经过液体流量标准装置检定规程中流量计法的测试，本换向器的不确定度优于0.05％；
3、通过带座轴承与转轴形成导流斗的支撑结构，使得导流斗按照设定角度来回转动时不与壳体发生干涉，从而避免了导流斗在转动时向壳体传递振动，降低了其本身对流量不确定度的影响；
4、在电机驱动导流斗转动时，位于转轴两侧的光电开关能够分别限制导流斗左右转动的角度，避免其转动过度与壳体产生撞击，实现了换向器的自动定位和复位功能，且起到对整体换向器的二次保护作用，使其安全、稳定地长期运行；
5、基于设置的三个光电开关，导流斗无论初始位置如何，其转动完成换向的动作不会对流量的不确定度产生影响，且转动快速，其转动时间低于4ms；
6、流体经过出口长宽比在9:1至14:1之间的分流嘴后，其分布更加均匀，对流量的不确定度影响也最小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的主视结构示意图；
图3为图2中的A-A向剖视结构示意图；
图4为壳体(去掉进口顶盖和角件)的立体结构示意图；
图5为分流嘴的主视图；
图6为分流嘴的左视图；
图7为导流斗的主视图；
图8为导流斗的左视图；
图9为图7中的B-B向剖视图。
附图标记说明如下：
1：底板 2：壳体
21：进口顶盖 22：出口流道
23：角件 24：通孔
3：分流嘴 4：导流斗
41：隔板 42：轴套
5：转轴 6：电机
7：带座轴承 8：感应片
9：光电开关 10：法兰。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
如图1～图9所示，本发明提供了一种闭式电动换向器，具有控制平稳可靠、不确定度小、流体分布均匀、三光电定位且换向时间快等特点，具体包括：
底板1，用于承载其它零部件；
壳体2，整体成裤衩型、具有进口顶盖21和两个出口流道22，其穿过底板1后通过其腰部的角件23固定支撑在底板1上；
分流嘴3，其居中穿过进口顶盖21，用于进液和均流；
导流斗4，通过垂直连接于其前后侧面且贯穿壳体2的转轴5悬挂于壳体2内，用于改变液体的流向、实现液体在两个出口流道22内的互换流通；
电机6，其固定安装在壳体2前侧的底板1上、且通过联轴器与转轴5相连接，用于驱动导流斗4按照设定角度来回转动；
其中，导流斗4呈裤衩型结构，其中部竖直设有用于分开其两个出口的隔板41，每个出口对应一个出口流道22；分流嘴3出口伸入导流斗4内、且与隔板41顶端有间隙；电机6与外部的PLC控制器(图中未示出)电性连接。以电机作为传动来源，通过PLC控制器在控制程序内设定电机的转动角度，从而驱动导流斗在设定角度内转动，动作平稳且可靠，有效降低了换向器的换向噪声和振动，在流体通过内动外静的双裤衩型结构时，飞溅少，流量波动小，其不确定度也随之减小；经过液体流量标准装置检定规程中流量计法的测试，本换向器的不确定度优于0.05％。在本实施例中，电机6为步进电机。
具体地，导流斗4前后侧面对称设有轴套42，壳体2前后侧面对称开设有与轴套42对应的通孔24，转轴5与轴套42固定连接后穿过通孔24与固定于底板1上的带座轴承7转动连接。此设计形成一个支撑导流斗4的结构，使得导流斗4按照设定角度来回转动时不与壳体2发生干涉，从而避免了导流斗4在转动时向壳体2传递振动，降低了其本身对流量不确定度的影响。
位于壳体2后侧的转轴5上固定连接有三个间隔设置的感应片8，每个感应片8对应一个光电开关9，光电开关9安装在底板1上且与PLC控制器电性连接；感应片8垂直于转轴5且沿转轴5径向错开布置，即三个感应片8不处于转轴5的同一径向上，如此使得转轴5转动到一个设定位置时只有一个光电开关9发出感应信号。在本实施例中，三个光电开关9中的两个位于转轴5的同一侧。在电机驱动导流斗转动时，位于转轴两侧的光电开关能够分别限制导流斗左右转动的角度，避免其转动过度与壳体产生撞击，实现了换向器的自动定位和复位功能，且起到对整体换向器的二次保护作用，使其安全、稳定地长期运行；同时基于三个光电开关，通过流量计测试方法表明，导流斗初始位置在分流嘴左右两侧开始转动和分流嘴中间位置开始转动的计时效果相同，即换向器行程差法测试结果不确定度均优于0.05％，而且导流斗转动时间均低于4ms，亦即表明导流斗无论初始位置如何，其转动完成换向的动作不会对流量的不确定度产生影响。
分流嘴3出口设置成扁长形，经过有限元分析软件CFD、ANSYS对分流嘴3结构进行流体分布的深入研究，其出口长宽比在9:1至14:1之间最好，在此范围内流体分布更加均匀，对流量的不确定度影响也最小，最优长宽比为10:1。
本换向器的具体工作原理如下：
如图1所示，分流嘴3通过法兰10与进液管道(图中未示出)相连接，壳体2的一个出口流道22悬空伸入容器(图中未示出)内、另一个出口流道22外接蓄水箱(图中未示出)，从而使得壳体2前后密闭，形成一个闭式结构的换向器；
液体从进液管道进入分流嘴3内部，经分流嘴3导向后进入导流斗4；导流斗4由电机6驱动产生转动并在光电开关9限位后停止在限位点，此时液体从壳体2的一个出口流道22流入容器内，根据使用的不同情况，流入容器内的时间会不同，在这里，我们假设流入1分钟；
当液体从导流斗4流入容器后1分钟，此时程序会同时给与电机6运转信号，使电机6在当前位置反向转动20°，转动角度是由事先在程序内对电机6的运行转向设定的相应转动角度，限位保护则由光电开关9完成，并起到对整体换向器的二次保护作用，因导流斗4转动时间非常快，转动完成时间仅为4ms左右，此时上方的液流还是源源不断的在往下方流动，因导流斗4快速完成了转动的动作，液流几乎同时、瞬间从导流斗4的一侧出口切换至其另一侧出口，经导流斗4另一侧出口流出到壳体2的另一个出口流道22，再经壳体2的另一个出口流道22流至外接蓄水箱。至此，装置完成了一次工作状态。
通过本发明，流体分布均匀，减小了流量的不确定度，通过电机驱动导流斗动作，并通过PLC控制和三光电的定位限位双重保护，其控制平稳可靠且换向时间快。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种闭式电动换向器，其特征在于，包括：
底板(1)，用于承载其它零部件；
壳体(2)，整体成裤衩型、具有进口顶盖(21)和两个出口流道(22)，其穿过所述底板(1)后通过其腰部的角件(23)固定支撑在所述底板(1)上；
分流嘴(3)，其居中穿过所述进口顶盖(21)，用于进液和均流；
导流斗(4)，通过垂直连接于其前后侧面且贯穿所述壳体(2)的转轴(5)悬挂于所述壳体(2)内，用于改变液体的流向、实现液体在两个所述的出口流道(22)内的互换流通；
电机(6)，其固定安装在所述壳体(2)前侧的底板(1)上、且通过联轴器与所述转轴(5)相连接，用于驱动所述导流斗(4)按照设定角度来回转动；
其中，所述导流斗(4)呈裤衩型结构，其中部竖直设有用于分开其两个出口的隔板(41)，每个出口对应一个所述的出口流道(22)；
所述分流嘴(3)出口伸入所述导流斗(4)内、且与所述隔板(41)顶端有间隙；所述电机(6)与外部的PLC控制器电性连接。
2.根据权利要求1所述的闭式电动换向器，其特征在于，所述导流斗(4)前后侧面对称设有轴套(42)，所述壳体(2)前后侧面对称开设有与所述轴套(42)对应的通孔(24)，所述转轴(5)与所述轴套(42)固定连接后穿过所述通孔(24)与固定于所述底板(1)上的带座轴承(7)转动连接。
3.根据权利要求1或2所述的闭式电动换向器，其特征在于，位于所述壳体(2)后侧的转轴(5)上固定连接有三个间隔设置的感应片(8)，每个所述的感应片(8)对应一个光电开关(9)，所述光电开关(9)安装在所述底板(1)上且与所述PLC控制器电性连接。
4.根据权利要求3所述的闭式电动换向器，其特征在于，所述感应片(8)垂直于所述转轴(5)且沿所述转轴(5)径向错开布置。
5.根据权利要求3所述的闭式电动换向器，其特征在于，三个所述的光电开关(9)中的两个位于所述转轴(5)的同一侧。
6.根据权利要求1所述的闭式电动换向器，其特征在于，所述分流嘴(3)出口设置成扁长形，其长宽比范围为9:1～14:1。
7.根据权利要求6所述的闭式电动换向器，其特征在于，所述分流嘴(3)出口设置成扁长形，其长宽比为10:1。
8.根据权利要求1所述的闭式电动换向器，其特征在于，所述电机(6)为步进电机。
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