CN111006727A - 一种弹性变截面装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种弹性变截面装置，包括检测管道、轴向变形补偿管、驱动部件和执行部件，检测管道用于供待测流体通过，由弹性材料制成；轴向变形补偿管连接在检测管道两端与待测流量管路之间，用于补偿所述检测管道在被挤压变形过程中导致的轴向长度变化；驱动部件用于为执行部件提供驱动力；所述执行部件与所述驱动部件动力输出端传动连接，在驱动力的作用下挤压或释放检测管道使检测管道内部的横截面积产生变化。解决现有技术中检测管路复杂、成本高、安装空间大等问题，通过在线改变检测管道横截面以拓宽量程比，大大降低成本并缩小安装空间；结构简单易于操作。

Description

一种弹性变截面装置

技术领域

本发明涉及流量测量领域，具体是一种应用于流量测量过程中以改变流体管道横截面积的弹性变截面装置。也可用于文丘里管掺混或除尘等领域。

以及流量调节阀等领域。

背景技术

对于液体及气体的流量测量，通过在流体流经的管道上安装传感器，通过传感器测量电信号，通过该电信号能反映管道内部流体的压差，经过压差能计算出流体的流速，根据流体的密度ρ、流速v及横截面A与流量Q的关系即:Q＝ρ×v×A能获得流量；由于传感器测量范围的限制，能够感知的压差Δp在Δp_min～Δp_max之间，对于同一测量管道，流量的量程比满足：

在实际使用场景中，有些流动过程的量程比很大，单个的常规流量计不能满足全量程测量的要求，现有技术通常采用多个流量测量装置并联，通过阀门切换或组合的方式进行全量程测量对不同过程的流量进行测量，这种方式需要针对不同的流动状态切换不同的阀门组合，一方面测量过程较为繁琐，控制程序复杂，也需要更多的执行元件配合才能完成测量装置的切换；另一方面使得测量成本提高了若干倍；最后多个测量装置需要更大的安装空间，对适用环境提出了更高的要求，相应也大大增加了安装、维护和检修成本。

发明内容

本发明提供一种弹性变截面装置，用于克服现有技术中测量管路复杂、成本高、控制流程复杂、需要安装空间较大等缺陷，通过在测量过程中改变流体管道横截面积以提高流量测量的量程比，大大减少了测量装置的数量，简化测量控制程序，减少了安装空间，并降低了安装、维护和检修成本；并且结构简单易于操作。

为实现上述目的，本发明提供一种弹性变截面装置，包括：

检测管道，用于供待测流体通过，由弹性材料制成；

轴向变形补偿管，连接在检测管道两端与待测流量管路之间，用于补偿所述检测管道在被挤压变形过程中导致的轴向长度变化；

驱动部件，用于为执行部件提供驱动力；

所述执行部件，与所述驱动部件动力输出端传动连接，在驱动力的作用下挤压或释放检测管道使检测管道内部的横截面积产生变化。

本发明提供的弹性变截面装置，使用时，首先将检测管道安装在待测流体管路中，在测量过程中，可根据在流体流经检测管道内部的压差，在驱动部件提供的推动力作用下，驱动执行部件挤压检测管道两侧使其变扁以减小检测管道横截面积；在驱动部件提供的拉力作用下，驱动执行部件释放检测管道两侧并使其恢复原状以增加检测管道横截面积；综上实现在线动态改变检测管道的横截面积，改变检测管道内部流体的流动状态，使得压差传感器的检测信号处于正常检测范围，从而扩展测量系统的量程比，满足流量测量系统在复杂流动状态下的测量需求，减少了检测管道及传感器的数量及测量控制系统的规模，同时大大缩小了安装空间，并降低安装、维护和检修成本；相对于其他机构，本方案只要提供直线驱动力即可，易于实现和操作，且结构简单，灵活性较高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的弹性变截面装置的主视图；

图2为图1的右视图；

图3为本发明实施例二提供的弹性变截面装置的主视图；

图4为图3的右视图；

图5为本发明实施例三提供的弹性变截面装置的主视图；

图6为本发明实施例四提供的弹性变截面装置的主视图；

图7为图6的右视图；

图8a为本发明实施例五提供的变截面装置的主视图；

图8b为图8a的俯视图；

图9a为本发明实施例六提供的变截面装置的主视图；

图9b为图9a的俯视图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”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，还可以是物理连接或无线通信连接；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，除非另有明确的限定。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。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

如附图1、图2所示，本发明实施例提供一种弹性变截面装置，包括：检测管道1、驱动部件2、执行部件3、轴向变形补偿管(例如波纹管、套管结构等)和固定支架100；检测管道1用于供待测流体通过，由弹性材料制成；驱动部件2用于为执行部件3提供驱动力；执行部件3与驱动部件2动力输出端传动连接，在驱动力的作用下挤压或释放检测管道1使检测管道内部的横截面积产生变化。波纹管连接在检测管道两端与待测流量管路之间，用于补偿所述检测管道在被挤压变形过程中导致的轴向长度变化。

这里的检测管道1由弹性材质制成(例如钛合金、弹簧钢、铍青铜等，由流体相容性及耐压强度确定)，管道的横截面可以采用通用的圆形、椭圆形或方形；

检测管道1采用弹性材质，这里弹性变截面装置的驱动部件2包括电机21和用于将圆周运动转换为直线运动的传动机构22；传动机构22包括至少一个第一直线运动输出单元，这里的第一直线运动输出单元包括螺套221和螺杆222，螺杆222输入端与电机21输出轴传动连接，输出端与螺套221螺纹配合；螺套221远离所述螺杆222的一端与动面板32背离夹持面的一面固定连接。

电机21带动螺杆机构22将转动力矩转换为直线方向的推力或拉力，电机21安装在固定支架100上；在本发明一实施例中，执行部件3采用两个平行的面板，包括分别固定在检测管道1的两侧的动面板31和静面板32，其中静面板32与检测管道1相对固定，动面板31背离检测管道1的一面与驱动部件2的螺杆机构22的螺套221的固定连接，用于夹持检测管道的一面为夹持面，所述动面板夹持面31a固定在所述检测管道1一侧；静面板32与固定支架100固定连接，用于夹持检测管道1的一面为夹持面，所述静面板夹持面32a固定在所述检测管道1的另一侧。

在电机21的驱动下带动螺杆222转动，通过螺套22带动动面板31在检测管道1直径方向上移动，使得两面板之间的距离减小对检测管道1其中一段夹持并挤压，使得弹性材质制成的检测管道1受到挤压产生变形，进而减小横截面的面积；同理，电机1反向转动能使得两面板之间的距离变大使得检测管道1受到拉伸变形(变形后的形状回复到圆形之前)，进而增加横截面的面积。

优选地，所述动面板夹持面31a和静面板夹持面32a在一优选实施例中，优选为弧面，弧度与检测管道1的外壁相适配，增加夹持面与检测管道1的接触面积，提高变截面动作的稳定性。

作为另一优选实施例，所述动面板夹持面31a和静面板夹持面32a均为平面。在两夹持面之间的距离减小为极限值(该值由弹性材料的性能决定)时，理论上检测管道1的横截面积能减小到最小值，该结构获得的横截面积的变化范围达到最大值。

优选地，所述动面板32底部通过滑动机构4与固定支架100之间滑动连接。滑动机构一方面限定动面板32的移动轨迹，起导向作用；另一方面减小动面板32与固定支架100之间的摩擦力，提高动作的灵活性；最后通过固定支架100对动面板32起到支撑作用。

优选地，所述滑动机构包括至少一个滑动单元，所述滑动单元包括滑块41和滑槽42：滑块41固定在所述动面板32的底部；滑槽42设置在固定支架100上，横截面形状与所述滑块41的形状相适配，用于将所述滑块41随所述动面板32的移动限定在所述滑槽42内。

在螺杆222转动的过程中，滑槽42限定了螺套221及动面板32随螺杆22的转动而转动，提高的了动作的灵敏性。

优选地，还包括一个滑动单元；两所述滑动单元的滑块41并排间隔布置在所述动面板32的底部；所述滑块底部呈弧面状、半球面状或铰接有滚轮43；两所述滑动单元的滑槽42间隔平行布置在所述固定支架100上。提高了动面板32移动过程中的平稳性。

实施例二

参见图3、图4，所述动面板31和静面板32均呈矩形，且位置正对；所述传动机构22还包括三个第一直线运动输出单元和一个齿轮传动单元5；所述齿轮传动单元包括四个从齿轮51和一个主齿轮52；四个第一直线运动输出单元的螺套221分别固定在动面板32的四个角的位置；四个第一直线运动输出单元的螺杆222穿过动面板32的螺套221，一端与静面板31转动连接(本实施例中通过轴承223连接在静面板32上，轴承盖安装在静面板31背离夹持面的一面上，以封装轴承223)，另一端分别与一个从齿轮51传动连接；四个从齿轮51均与一个主齿轮52外啮合；所述主齿轮51与电机21的输出轴传动连接。

上述方案相对于实施例一的方案，通过四根螺杆222的同步动作，防止动面的倾斜，保证动面板31与静面板之间的平行度，能过获得更为准确的变截面积，提高流量检测的准确性。

实施例三

在本发明另一实施例中，图未示，执行部件3可采用夹持机构对检测管道1两侧同时进行夹持或释放以实施对检测管道的横截面积进行改变，夹持机构包括两支臂以及将两支臂中部铰接在一起的铰接轴，两支臂铰接后呈X形，其中一端为作动端，另一端为执行端，其中铰接轴上穿设有扭簧，自然状态下，执行端两支臂自然合拢，作动端两支臂自然张开，在驱动部件作用下执行端两支臂张开，直到作动端两支臂合拢时执行端两支臂张开到最大角度；使用时，铰接轴与检测管道1的中心轴线平行，在动作过程中，检测管道变形后中心轴线依然与铰接轴平行，不会因动作过程中导致检测管道产生弯曲变形。驱动部件采用输出直线运动的动力机构即可，例如气缸或油缸或电机与传动机构的组合等；当扭簧的作用不足以使得检测管道1产生预期的变形时，可通过驱动部件施加作用力来完成。

作为上述方案的进一步的改进，参见图5，执行部件3包括两个动面板31，每个动面板31均通过一套传动机构22和一齿轮传动单元5驱动；传动机构22和齿轮传动单元5的结构均与实施例二相同；两个电机21同步正向转动，同时驱动动面板31相向移动，以缩小两面板之间的间距，减小检测管道1的横截面积；两电极21同步反向转动，同时驱动动面板31背离移动，以增加两面板之间的间距，增加检测管道1的横截面积；该实施例相对于实施例二的结构，因检测管道1在实际应用过程中，两端需要安装在待测的设备上，基本上位置固定，能防止因一侧的动面板31单方面移动，以缓解检测管道1的中心轴线带来的弯度。本方案中，安装时，可将两动面板31对称设置于检测管道1的两侧，两侧的动面板31同时同步向检测管道1中心轴线移动相同的距离，由此缓解上述实施例二导致检测管道1的弯曲度。

作为实施例一、实施例二、实施例三的一种变形，为了提高驱动机构的自锁功能，在电机21与螺杆222之间或在电机21与主齿轮52之间均设置蜗轮蜗杆传动机构实现传动连接，电机输出端连接蜗杆带动驱动蜗轮，驱动蜗轮与主齿轮52同轴安装，目的在于使得驱动机构能够自锁，避免流体的波动影响变形精度，同时防止对电机造成冲击影响。

实施例四

参见图6、图7，作为上述实施例一至实施例三的变形，所述传动机构22包括至少一个第二直线运动输出单元，所述第二直线运动输出单元包括齿轮224和齿条225；齿轮224与电机21输出轴传动连接；齿条225与所述齿轮224啮合，一端固定在动面板31背离夹持面的一面上。

电机21带动齿轮224转动，进而带动齿条225直线移动，齿条225带动动面板31直线移动，以靠近或远离静面板32。相对于螺杆传动机构，齿轮齿条传动结构更便于安装，结构更为简单，动作可靠。

优选地，所述传动机构还包括一个第二直线运动输出单元；两个第二直线运动输出单元的齿条225的一端分别固定在动面板31上；两个第二直线运动输出单元共用同一个齿轮224所述齿轮225与电机21的输出轴传动连接。

通过两根齿条225在竖直方向上或水平方向上间隔布置，以提高动面板31移动的稳定性及受力平衡性。

实施例五

如图8a、图8b所示，执行部件包括：固定支架100，用于支撑所述驱动部件及执行部件的其余部件；传动机构，包括蜗轮蜗杆机构和螺纹传动机构；蜗轮蜗杆机构包括两个蜗轮501和一根蜗杆502；所述驱动机构与蜗轮蜗杆机构的蜗杆502一端传动连接；所述螺纹传动机构包括螺杆两根螺杆503和与所述螺杆配合的内螺纹；所述螺杆中间部分509相对于两端直径较大，且位于中间部分两端的部分均设置有方向相反的螺纹；蜗轮502分别带动两根螺杆503转动；驱动机构可选用电机，驱动电机安装在固定支架100上，两螺杆503均通过轴承支撑在固定支架100上；第一动面板504，位于检测管道1上方；穿设于两根螺杆503的上端，并与所述螺杆503螺纹连接；第二动面板505，位于检测管道1下方，与第一动面板504平行；穿设于两根螺杆503的另一端，并与所述螺杆503螺纹连接。

动作过程如下，电机带动蜗杆502转动，进而带动蜗轮501转动，蜗轮501分别带动两根螺杆503同方向转动，螺杆503带动第一动面板504和第二动面板505同时朝向检测管道1的方向挤压或同时背向检测管道1的方向释压，以实现变截面需求；本方案中的中间部分509形成轴肩，以防止第一动面板504和第二动面板505的挤压行程太大导致检测管道1受损无法恢复，此外，本实施例采用蜗轮蜗杆机构，利用其自锁功能防止检测管道1在内部流体压力作用下改变第一动面板504和第二动面板505在两根螺杆503上移动，以提高变截面装置的稳定性。当检测管道1中实施变截面的轴向长度较短时，可采用本实施例的方案，采用两根螺杆503即可完成动面板的动作；当检测管道1中实施变截面的轴向长度较长时，可采用下面实施例六的方案。

实施例六

如图9a、图9b所示，在实施例五的基础上，作为一种变形，所述传动机构还包括齿轮传动机构，所述齿轮机构的主动齿轮506与所述涡轮蜗杆机构的蜗轮与同一转轴508传动连接；所述螺纹传动机构还包括两根所述螺杆503；四根所述螺杆503的两端分别与第一动面板504、第二动面板505螺纹连接；所述齿轮传动机构的四个从动齿轮507分别与四根螺杆的一端传动连接。转轴508及四根螺杆503两端均通过轴承支撑在固定支架100上。

动作过程如下，电机带动蜗杆502转动，进而带动蜗轮501转动，蜗轮501通过转轴508带动主动齿轮506转动，进而带动四个从动齿轮507转动，从动齿轮507分别带动四根螺杆503同方向转动，螺杆503带动第一动面板504和第二动面板505同时朝向检测管道1的方向挤压或同时背向检测管道1的方向释压，以实现变截面需求。为方便安装和结构简化，四根螺杆503在动面板上的连线呈矩形分布。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种弹性变截面装置，其特征在于，包括：

检测管道，用于供待测流体通过，由弹性材料制成；

轴向变形补偿管，连接在检测管道两端与待测流量管路之间，用于补偿所述检测管道在被挤压变形过程中导致的轴向长度变化；

驱动部件，用于为执行部件提供驱动力；

所述执行部件，与所述驱动部件动力输出端传动连接，在驱动力的作用下挤压或释放检测管道使检测管道内部的横截面积产生变化。

2.如权利要求1所述的弹性变截面装置，其特征在于，所述执行部件包括：

固定支架，用于支撑所述驱动部件及执行部件的以下部件；

动面板，背离检测管道的一面与驱动部件传动连接，用于夹持检测管道的一面为夹持面，所述夹持面固定在所述检测管道一侧；

静面板，与固定支架固定连接，用于夹持检测管道的一面为夹持面，所述夹持面固定在所述检测管道的另一侧；

所述动面板和静面板的夹持面均为平面；

所述驱动部件包括电机，所述弹性变截面装置还包括用于将圆周运动转换为直线运动的传动机构；

所述动面板底部通过滑动机构与固定支架之间滑动连接。

3.如权利要求2所述的弹性变截面装置，其特征在于，所述传动机构包括至少一个第一直线运动输出单元，所述第一直线运动输出单元包括：

螺杆，输入端与电机输出轴传动连接，输出端与螺套螺纹配合；

螺套，远离所述螺杆的一端与动面板背离夹持面的一面固定连接。

4.如权利要求3所述的弹性变截面装置，其特征在于，所述滑动机构包括至少一个滑动单元，所述滑动单元包括：

滑块，固定在所述动面板的底部；

滑槽，设置在固定支架上，横截面形状与所述滑块的形状相适配，用于将所述滑块随所述动面板的移动限定在所述滑槽内。

5.如权利要求4所述的弹性变截面装置，其特征在于，还包括一个滑动单元；

两所述滑动单元的滑块并排间隔布置在所述动面板的底部；所述滑块底部呈弧面状、半球面状或铰接有滚轮；

两所述滑动单元的滑槽间隔平行布置在所述固定支架上。

6.如权利要求5所述的弹性变截面装置，其特征在于，所述动面板和静面板均呈矩形，且位置正对；

所述传动机构还包括三个第一直线运动输出单元和一个齿轮传动单元；所述齿轮传动单元包括四个从齿轮和一个主齿轮；

四个第一直线运动输出单元的螺套分别固定在动面板的四个角的位置；

四个第一直线运动输出单元的螺杆穿过动面板的螺套，一端与静面板转动连接，另一端分别与一个从齿轮传动连接；

四个从齿轮均与一个主齿轮外啮合；

所述主齿轮与传动蜗轮同轴串联安装；

电机输出轴与传动蜗杆轴连接。

7.如权利要求2所述的弹性变截面装置，其特征在于，所述传动机构包括至少一个第二直线运动输出单元，所述第二直线运动输出单元包括：

齿轮，与电机输出轴传动连接；

齿条，与所述齿轮啮合，一端固定在动面板背离夹持面的一面上。

8.如权利要求7所述的弹性变截面装置，其特征在于，所述传动机构还包括一个第二直线运动输出单元和一个主齿轮；

两个第二直线运动输出单元的齿条的一端分别固定在动面板的上；

两个第二直线运动输出单元的齿轮分别与主齿轮啮合；

所述主齿轮与电机的输出轴传动连接。

9.如权利要求1所述的弹性变截面装置，其特征在于，所述执行部件包括：

固定支架，用于支撑所述驱动部件及执行部件的其余部件；

传动机构，包括蜗轮蜗杆机构和螺纹传动机构；

所述驱动机构与蜗轮蜗杆机构的蜗杆一端传动连接；所述螺纹传动机构包括螺杆两根 螺杆和与所述螺杆配合的内螺纹；所述螺杆中间部分相对于两端直径较大，且位于中间部分两端的部分均设置有方向相反的螺纹；所述涡轮蜗杆机构的蜗轮分别带动所述螺杆转动；

第一动面板，位于检测管道上方；穿设于两根螺杆的上端，并与所述螺杆螺纹连接；

第二动面板，位于检测管道下方，与第一动面板平行；穿设于两根螺杆的另一端，并与所述螺杆螺纹连接。

10.如权利要求9所述的弹性变截面装置，其特征在于，所述传动机构还包括齿轮传动机构，所述齿轮机构的主动齿轮与所述蜗轮蜗杆机构的蜗轮与同一转轴传动连接；

所述螺纹传动机构还包括两根所述螺杆；

四根所述螺杆的两端分别与第一动面板、第二动面板螺纹连接；

所述齿轮传动机构的四个从动齿轮分别与四根螺杆的一端传动连接。

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