CN2048185U - 一种高灵敏度涡轮式气体流量计 - Google Patents

Abstract

一种高灵敏度涡轮式气体流量计，它在现有切向流量计的基础上增设了膜盒—喷嘴机构，其作用是根据流量大小自动调节进气口大小以保持气体以恒速通过。其显著优点是灵敏度很高，压头损失较小，测量范围宽。其K—Q特性曲线在整个测量范围内平值，从而具有较高的测量精度。此外，由于采用磁阻尼，大大提高了使用寿命。本实用新型结构简单，体积紧凑。外形美观，适宜用作家用管道煤气表。

Description

本实用新型涉及一种涡轮式气体流量计。

涡轮式流量计分为轴流式和切向式两种。在相同流量下，由于轴流式转动力矩比切向式小，因此，对小流量的测量只能用切向式。但是，在测量范围要求较宽及压头损失要求较小的情况下，使用切向流量计，灵敏度和压头损失很难两者兼顾。同时，用它们做气体流量表，由于气体密度小，流速高，阻尼力矩小，因此，叶轮转速高，影响使用寿命。例如，因以上原因，现有切向式流量计不能用来计量家用管道煤气，煤气表通常都采用皮膜式，但皮膜式表体积大，成本高，输出端有一定的压力波动，且灵敏度欠佳（每小时10升煤气流量即可稳定燃烧，而皮膜式表始动流量通常大于20升／小时）。

本实用新型的目的是提供一种灵敏度高，测量范围宽，压头损失小且测量精度高的涡轮式气体流量计。

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

附图是本流量计的结构示意图。

图中，1－表壳，2－叶轮盒，3－阀门，4－进气口，5－取压管，6－膜盒轴，7－传动器，8－膜片，9－下顶尖，10－叶轮轴，11－阻尼盘，12－膜盒轴，13－压膜环，14－叶轮，15－罩子，16－玻璃垫圈，17－计数机构，18－中心齿轮，19－上顶尖，20－玻璃，21－表盖，22－调节杆，23－罩子垫圈，24－磁体，25－封印，26－齿轮盒，27－叶轮盒垫圈。

参见附图，本实用新型在现有切向式流量计上增加了膜盒一喷咀结构，它是本实用新型的关键部件，由阀门（3）、进气口（4）、取压管（5）、膜片（8）、传动器（7）、膜盒轴（6）、（12）和压膜环（13）构成，其作用是根据流量Q大小自动改变进气孔（4）大小。其中，传动器（7）位于叶轮盒（2）的下部，其上端与阀门（3）采取固定连接，阀门（3）与叶轮盒（2）之间无连接件，能随传动器（7）一起在叶轮盒壁上移动以改变进气口（4）的大小。传动器（7）的作用是将压差传给阀门（3）并在该压差作用下带动其一起上下移动。在叶轮盒（2）底部有至少两根膜盒轴（6、12）穿过传动器（7），起定位作用，使传动器（7）带动阀门（3）始终紧贴叶轮盒壁移动。在传动器（7）上部设有膜片（8）起密封作用，它与传动器（7）的凸起部分紧固在一起，其内径小于传动器内径，其周边紧固在压膜环（13）上，该压膜环为双层园环套叠结构，膜片周边便卡于两环之间。膜片（8）与进气口（4）通过取压管（5）相通，取压管（5）为一气流通道，其一端与进气口相通，另一端与膜盒相通，在叶轮（14）上部设有调节杆（22），其通过螺纹与磁体（24）相连，在磁体下方的叶轮上相应地设有阻尼盘（11）。

当气体由进气管通过可变节流孔（附图中为（4））时，根据流体力学理论，进气口两侧产生的压差△P为

△P＝ (C)/(S²) Q²（1）

式中，Q为流体流量，S为进气口张开面积，C是与流体性质等有关的常数。此压差作用于膜片（8）上，并与悬挂于膜片上的重物G（附图中G为传动器（7）的重量）平衡，膜片（8）通过传动器（7）和阀门（3）自动调节进气孔径。设膜盒（指膜片（8）与叶轮盒底之间的空间）的有效面积为A，则有

△P·A＝G        （2）

由（1）、（2）式得到进气口（4）的流速υ为

υ＝ (Q)/(S) ＝ $\sqrt{\frac{C}{\mathrm{CA}}}$ ＝常数 （3）

流体作用在叶轮上的动力矩为M，则有

M＝ρVQγ        （4）

式中ρ为流体密度，υ为流速，Q为流量，r为叶轮切线园半径。从（4）式可看出M与流体流量Q成正比，现有切向式流量计中M与Q的平方成正比。

本实用新型采用了磁阻尼，由于阻尼力矩很大，叶轮转速低，此时气体阻尼力矩很小可忽略不计。磁阻尼力矩M_B和叶轮转速ω成正比：

M_B＝λω （5）

式中λ为与磁体等有关的常数。当叶轮转速稳定时M＝M_B，于是

Q＝ (λ)/(ρυγ) ω＝kω （6）

上述中K仪表系数，转动由中心齿轮（18）传至计数机构（17），从而可通过玻璃（20）窗口直接读出流体流量。

流体通过流量计前后的压头损失为δP，则为

δP＝（1.1～1.4） (S)/(A) △P （7）

式中S为节流孔张开面积，A为进气管面积，△P为节流孔两侧压差。将（1）式的△P代入（7）式，可看出压头损失δP与流体流量的平方成正比（现有切向式流量计）；然而由（1）、（2）、（3）式则可推出（推导过程从略）：

δP＝（1.1～1.4） (Q)/(A) （8）

从式（8）可看出，本实用新型中的压头损失只与流量的一次方成正比。

当进气口（4）两侧压强相等时，膜片（8）上下两侧的压强亦相等，传动器（7）在其    重力作用下带动阀门（3）一起移到下限位置，进气口（4）完全关闭，当管道中有流体开始通过时，进气口两侧将形成压差△P，由于膜片（8）上方气室通过取压管（5）与进气口（4）相通，膜片（8）上下两侧即产生了压差，在阀门（3）开启前此压差将一直增大，直到膜片（8）受到的向上的净压力略大于由它支撑的重量G时为止，此时膜片（8）与传动器（7）一起向上运动并通过传动器（7）带动阀门（3），使阀门（3）开启到一定程度，此时压差△P和膜盒有效面积的乘积等于重量G，膜片（8）处于平衡状态，流体以一定的速度υ通过进气口（4）。若流量继续增大，则通过进气口的流速将增加，压差将增大，传动器将带动阀门继续向上运动，进气口（4）增大，直到流速恢复到原来的数值时为止，膜片（8）与阀门（3）稳定在新的平衡状态，因此气流将以恒速通过进气口（4）。

本实用新型的优点在于：

1、由于采用可变进气口，在微小流量时，与现有切向流量计相比，气体具有较高流速，从而灵敏度很高。

2、现有切向流量计，其压头损失δP与流量的平方成正比；本流量计由于采用可变进气口，当流量增大时，进气口面积自动增大，这样，压头损失只与流量一次方成正比（式8），从而减小了压头损失。

3、由前两点可知，该流量计可兼顾灵敏度和压头损失，从而，其测量范围很宽。

4、在现有的涡轮式流量计中，由于流体阻尼在由紊流变为层流的过渡区发生显著变化，在上限流量20～30％时，仪表系数K与流量Q的关系曲线出现明显的“高峰”特征；而当流量更小时，由于气体阻尼很小，机械摩擦起明显的作用，造成K－Q曲线在下限流量时下降。由于本实用新型采用磁阻尼，叶轮转速很低，故不会出现K－Q高峰；又由于磁阻尼力矩很大，机械摩擦影响很小，因此，K－Q特性曲线在整个测量范围内平直，从而具有较高的测量精度。

5、由于采用磁阻尼，叶轮转速大大降低，提高了流量计的使用寿命。

实施例：

当本实用新型作为家用管道煤气表时（本装置也可用于液体测量），尺寸按附图1：1比例。其中，阀门（3）、膜盒轴（6、12）用不锈钢，传动器（7）用不锈钢冲压成型，膜片（8）用软橡皮，压膜环（13）用低压聚乙烯，调节杆（22）用低碳钢，磁体（24）用磁钢，计数机构（17）与15cm水表计数器通用，其余部件的结构、材料与现有切向流量计相同。其有关参数为：额定流量2m³／h；灵敏度101／h；测量精度±2～3％；压头损失：额定流量时小于10mmH₂O；密封性：50mmH₂O时，压力3分钟不减。

Claims (3)

1、一种高灵敏度涡轮式气体流量计，包括装于叶轮轴(10)上的叶轮(14)、计数机构(17)、装于叶轮轴(10)上的中心齿轮(18)及上下顶尖(19)、(9)，所述叶轮(14)装于叶轮盒(2)内，叶轮盒侧壁上开有进气口(4)，叶轮盒外为表壳(1)，其特征在于进气口(4)处设有阀门(3)，叶轮盒(2)下部设有与阀门(3)固定在一起的传动器(7)，叶轮盒(2)底部，有至少两根膜盒轴(6、12)穿过传动器(7)，在传动器(7)之上通过膜环(13)紧固有一膜片(8)，它与传动器(7)的凸起部分紧固在一起，膜盒与进气口(4)之间通过取压管(5)相通，在盒体内设有磁体(24)及相应的阻尼盘(11)，磁体(24)与调节杆(22)通过螺纹连接。

2、根据权利要求1所述的流量计，其特征在于压膜环（13）为双层园环套叠结构。

3、根据权利要求1或2所述的流量计，其特征在于取压管（5）为一通道，其一端与进气口（4）相通，另一端与膜盒相通。