专利名称：一种高精度旋翼式流量传感器叶轮及其工作方法
技术领域：
本发明涉及一种高精度旋翼式流量传感器叶轮及其工作方法，特别适合于集中供热计量收费和楼宇中央空调的冷热量计量收费的热量表和冷热量表。
(二)技术背景随我国国民经济的高速发展，对资源的需求越来越大，经历全球经济和金融危机后，能源以及节能成为全球性的重大问题，节能也成为国家的基本国策。如我国水资源的人均占有量只有2710立方米，约为世界人均占有量的1/4，居世界第88位。国外一些国家工业用水早已采取循环用水措施，水的重复利用率高达70 % 90 %左右，而中国多数城市还停留在20% 50%的水平上。由于工艺技术落后，工业用水定额也远远高于国外先进水平。中国占世界石油储量的1.5%，产量占世界总量的4.5%，但消费量却占世界总量的 8.2%。2000年以来，为了保证我国国民经济的可持续发展，节约能源早已提到议事日程上来，国家加大了节能力度，出台了相应的法律法规，计量收费供水和供热势在必行。从2010 年集中供热计量收费已经全面实施，各地也出台了相应的法律法规和实施细则，因此，本发明在当前形势下有着极其广阔的应用前景。我国供热、供水计量收费仪表——流量传感器(流量计)中，机械式流量传感器 (下简称流量计)多为旋翼式流量计。就一般情况而言，口径SDN50的流量计使用直翼的旋翼式流量计，口径>DN50使用螺翼式流量计(其旋翼为空间曲面)。随着我国科学技术水平的不断提高，和综合国力的不断增强，新型流量计的应用也不断增加，如超声流量计， 某些场合也有引导使用超声流量计的舆论和指令。按照我国国情，供热水质问题，不仅使机械式流量计失效，同样也使超声流量计失效，不是有否机械运动部件的问题，而是水质使机械流量计产生运动故障，同样也使超声流量计出现发射和接收故障。另，从欧洲近百年的集中供热收费计量的经验证明，虽然有超声流量计，但机械式流量计在欧洲的市场保有量和使用量的两大指标均占80%以上。我国水计量和热计量仪表行业超声流量计的制造成本高于机械式流量计，虽然由于电子技术的进步，使超声技术应用更加便捷，但超声流量计受工作介质温度变化的影响较大，同时国产换能器与欧洲换能器存在较大的技术差距，其稳定性和可靠性还有待于提高。因此机械式流量传感器(流量计)的技术创新和推广应用才是符合我国国情最好途径。众所周知供热、供水计量收费仪表的流量计，其叶轮轴与其支撑的轴承(或轴套)设计上存在一定的轴向间隙和径向间隙，因为没有合理的间隙，由于供水、供热介质 (自来水和供热水)中的杂质容易进入间隙之中，造成计量不准和流量计失效(如叶轮因杂质卡住不转动)；由于上述间隙的存在，叶轮工作时，轴线的位移、蹿动和摆动是被包容在一个圆柱区域内，而且是随机的，因此直接影响和降低了流量计的计量精度，影响计量数值的重复性和再现性；计量仪表行业通常的做法是通修正仪表系数(即每通过流量计I升的水介质，叶轮转过的圈数)使之达到计量准确度的要求。由于叶轮工作时产生位移、蹿动和摆动是随机的，因此无法修正这种随机的影响，产生了计量准确度超差、计量数值的随机性和不确定度等量计缺陷。
发明内容
本发明的目的在于设计一种高精度旋翼式流量传感器叶轮及其工作方法，它能够解决现有技术的不足，有效的提高了流量传感器的计量精度和稳定性。本发明的技术方案一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，它由叶轮体、叶轮轴和传感器构成；所述叶轮体上有叶片；所述叶轮轴位于叶轮体中心；所述传感器安装在叶轮体内；其特征在于所述叶轮体上有一垂直于叶轮体轴线的圆盘。所述叶轮体、圆盘及叶片为整体注塑；或者，圆盘过盈配合压装或镶嵌在叶轮体上。所述叶片为直旋翼，即轮廓包络母线平行于叶轮轴轴线形成的几何形体；或为螺翼，其叶片翼形为空间曲面。所述叶轮轴和传感器为在注塑时镶嵌或注塑后用过盈配合压装。所述传感器为磁体或感应板；所述磁体为磁环；所述感应板为特殊金属或非金属扇形板。所述叶轮体由高温PP即聚丙烯或其他工程塑料合金组成，特殊场合也可以是金属合金材料；所述叶轮轴由硬质合金或其他合金材料组成；所述传感器由磁环、感应板或其他材料组成。所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮安装在流量计叶轮壳和叶轮盖中间的计量室里，叶轮轴通过叶轮盖和叶轮壳的轴承/轴套定位；所述叶轮轴与叶轮盖和叶轮壳的轴承/轴套有轴向间隙和径向间隙。所述流量计包括进水口、进水口滤网、密封圈、流量计盖、叶轮盖、叶轮壳、定位圈、 出水口密封圈、出水口及流量计壳体；各部件间均为常规连接。一种上述高精度旋翼式流量传感器叶轮的工作方法，其特征在于它由以下步骤构成(I)流体从流量计壳体的进水口进入后，在流体的推动下，叶轮旋转，其转动的瞬时转速为流体通过内计量室瞬时流速的函数；(2)在流体压力、流速和温度作用下，计量室产生与之相对应的压力场、速度场和密度�。浔浠保堵中噶恳膊胫杂Φ谋浠谝堵肿保膊诙推揭疲�(3)由于叶轮轴与叶轮盖和叶轮壳的轴承/轴套有轴向间隙和径向间隙，所以叶轮轴线在轴承/轴套约束的圆柱体内产生位移、蹿动和摆动；(4)由于叶轮体上设计有垂直于叶轮轴线的圆盘，其作用是约束叶轮轴线位移、蹿动和摆动，并减小其幅度，提高了稳定性、可靠性和计量精度，叶轮的转动信号由传感器传出，完成计量工作。本发明的工作原理流体从流量计壳体进水口进入，在流体的推动下，叶轮旋转。 在流体压力、流速和温度作用下，计量室产生与之相对应的压力场、速度场和密度场，当上述物理场变化时，叶轮旋转矢量也产生与之对应的变化，其变化在叶轮旋转运动上，也叠加了摆动和平移；从几何上看叶轮轴线除了沿其设计位置转动外，还在轴承/轴套所约束的
4圆柱体内沿轴向和径向平移或两者叠加的摆动；叶轮的平移和摆动直接影响叶轮的转动， 造成计量精度下降，严重影响计量数值的重复性和再现性，并且加大了数值的不确定度。由于本发明叶轮体上设计有垂直于叶轮轴线的圆盘，当作用在叶片上的流体使叶轮轴线位移、蹿动和摆动时，作用在圆盘上下的压力场、速度场和密度场要阻止这种变化，要保持固有的相对平衡，由于圆盘的存在，大幅度减小了叶轮轴线位移、蹿动和摆动的幅度，即使在系统内部产生压力和速度突变扰动的影响下，也能消除和减小速度式旋翼流量计因压力和速度突变扰动引起的计量误差，使表征流量计的流量特性函数减少震荡和奇点；普通旋翼式速度流量计叶轮工作时，其轴线是在一个圆柱空间内随机平移和摆动，摆动是由径向平移和轴向平移的合成，本发明叶轮组件的轴线工作时基本没有轴向平移，仅有由于叶轮轴和轴套间隙配合引起的径向随机平移，且其配合间隙在设计上和工艺上是可控的，因此径向平移量极小((O. IOmm)，故本发明的计量精度远高于普通旋翼式速度流量计。本发明由于叶轮体有一垂直于叶轮体轴线的圆盘，当叶轮发生位移、蹿动或摆动时，圆盘上下压力要发生变化，同时流体介质也要阻止这种变化趋势，故本发明叶轮的即使产生位移、蹿动和摆动，其幅度远小于普通叶轮，叶轮的轴向或径向偏移和摆动其包容叶轮轴线的圆柱体的直径和长度也远小于普通叶轮。由于上述原因，使用本发明叶轮的流量计， 计量精度明显提高，计量仪表的重复性和再现性也得到明显提高和改善。本发明的优越性1、由于本发明叶轮体上设计有垂直于叶轮轴线的圆盘，使得叶轮瞬时转速更为真实地对应于流经计量室的流体瞬时流速，改善了流量计的流量特性，提高了流量计量精度、重复性、再现性和稳定性，消除和减小因流体速度场和压力场扰动和突变引起计量精度误差；2、叶轮组件的轴线工作时基本没有轴向平移，仅有由于叶轮轴和轴套间隙配合引起的径向随机平移，且其配合间隙在设计上和工艺上是可控的，因此一般径向平移量极小((O. IOmm)，故本发明的计量精度远高于普通旋翼式叶轮速度流量计；3、本发明的流量特性曲线得到了较大的改善，从分界流量qt到额定流量qn的绝对误差带由原来的≤±3%，减小至≤±2%;最小流量qmin到分界流量qt的绝对误差带由原来的≤±5%， 减小至< ±3%。
图I为本发明所涉一种高精度旋翼式流量传感器叶轮的外观立体图；图2-1，图2-2为本发明所涉一种高精度旋翼式流量传感器叶轮的投影二视图(其中，图2-1为主视图，图2-2为剂视图)；图3-1，图3-2为本发明所涉一种高精度旋翼式流量传感器叶轮和普通叶轮对比立体图(其中，图3-1为本发明叶轮图，图3-2为普通叶轮图)；图4为本发明所涉一种高精度旋翼式流量传感器叶轮实施例的剖视图。其中，I为叶轮体，1-1为圆盘，1-2为叶片，2为叶轮轴，3为传感器，4为进水口，5 为进水口滤网，6为密封圈，7为流量计盖，8为叶轮盖，9为叶轮壳，10为定位圈，11为出水口密封圈，12为出水口，13为流量计壳体，14为普通叶轮。
具体实施例方式实施例一种高精度旋翼式流量传感器叶轮(见图I、图2-1、图2-2、图3-1、图4)，它由叶轮体I、叶轮轴2和传感器3构成；所述叶轮体I上有叶片1-2 ;所述叶轮轴2位于叶轮体I中心；所述传感器3安装在叶轮体I内；其特征在于所述叶轮体I上有一垂直于叶轮体I轴线的圆盘1-1。所述叶轮体I、圆盘1-1及叶片1-2为整体注塑(见图I、图2-1、图2-2、图3-1、图4)。所述叶片1-2为直旋翼，即轮廓包络母线平行于叶轮轴轴线形成的几何形体。(见图 I、图 2-1、图 2-2、图 3-1、图 4)所述叶轮轴2和传感器3为在注塑时镶嵌。(见图I、图2-1、图2-2、图3-1、图4)所述传感器3为磁体；所述磁体为磁环。(见图I、图2-1、图2-2、图3-1、图4)所述叶轮体I由高温PP即聚丙烯组成；所述叶轮轴2由硬质合金组成。所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮安装在流量计叶轮壳9和叶轮盖8中间的计量室里，叶轮轴2通过叶轮盖8和叶轮壳9的轴承/轴套定位；所述叶轮轴2与叶轮盖8 和叶轮壳9的轴承/轴套有轴向间隙和径向间隙。(见图4)所述流量计包括进水口 4、进水口滤网5、密封圈6、流量计盖7、叶轮盖8、叶轮壳 9、定位圈10、出水口密封圈11、出水口 12及流量计壳体13 ;各部件间均为常规连接。(见图4)一种上述高精度旋翼式流量传感器叶轮的工作方法，其特征在于它由以下步骤构成(I)流体从流量计壳体13的进水口 4进入后，在流体的推动下，叶轮旋转，其转动的瞬时转速为流体通过内计量室瞬时流速的函数；(2)在流体压力、流速和温度作用下，计量室产生与之相对应的压力场、速度场和密度�。浔浠保堵中噶恳膊胫杂Φ谋浠谝堵肿保膊诙推揭疲�(3)由于叶轮轴2与叶轮盖8和叶轮壳9的轴承/轴套有轴向间隙和径向间隙，所以叶轮轴线在轴承/轴套约束的圆柱体内产生位移、蹿动和摆动；(4)由于叶轮体I上设计有垂直于叶轮轴线的圆盘1-1，其作用是约束叶轮轴线位移、蹿动和摆动，并减小其幅度，提高了稳定性、可靠性和计量精度，叶轮的转动信号由传感器3传出，完成计量工作。
权利要求
1.一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，它由叶轮体、叶轮轴和传感器构成；所述叶轮体上有叶片；所述叶轮轴位于叶轮体中心；所述传感器安装在叶轮体内；其特征在于所述叶轮体上有一垂直于叶轮体轴线的圆盘。
2.根据权利要求I所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，其特征在于所述叶轮体、 圆盘及叶片为整体注塑；或者，圆盘过盈配合压装或镶嵌在叶轮体上。
3.根据权利要求I所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，其特征在于所述叶片为直旋翼，即轮廓包络母线平行于叶轮轴轴线形成的几何形体；或为螺翼，其叶片翼形为空间曲面。
4.根据权利要求I所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，其特征在于所述叶轮轴和传感器为在注塑时镶嵌或注塑后用过盈配合压装。
5.根据权利要求I所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，其特征在于所述传感器为磁体或感应板；所述磁体为磁环；所述感应板为特殊金属或非金属扇形板。
6.根据权利要求I所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，其特征在于所述叶轮体由高温PP即聚丙烯或其他工程塑料合金组成，特殊场合也可以是金属合金材料；所述叶轮轴由硬质合金或其他合金材料组成；所述传感器由磁环、感应板或其他材料组成。
7.根据权利要求I所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，其特征在于所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮安装在流量计叶轮壳和叶轮盖中间的计量室里，叶轮轴通过叶轮盖和叶轮壳的轴承/轴套定位；所述叶轮轴与叶轮盖和叶轮壳的轴承/轴套有轴向间隙和径向间隙。
8.根据权利要求7所述一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，其特征在于所述流量计包括进水口、进水口滤网、密封圈、流量计盖、叶轮盖、叶轮壳、定位圈、出水口密封圈、出水口及流量计壳体；各部件间均为常规连接。
9.一种权利要求I所述高精度旋翼式流量传感器叶轮的工作方法，其特征在于它由以下步骤构成(1)流体从流量计壳体的进水口进入后，在流体的推动下，叶轮旋转，其转动的瞬时转速为流体通过内计量室瞬时流速的函数；(2)在流体压力、流速和温度作用下，计量室产生与之相对应的压力场、速度场和密度�。浔浠保堵中噶恳膊胫杂Φ谋浠谝堵肿保膊诙推揭疲�(3)由于叶轮轴与叶轮盖和叶轮壳的轴承/轴套有轴向间隙和径向间隙，所以叶轮轴线在轴承/轴套约束的圆柱体内产生位移、蹿动和摆动；(4)由于叶轮体上设计有垂直于叶轮轴线的圆盘，其作用是约束叶轮轴线位移、蹿动和摆动，并减小其幅度，提高了稳定性、可靠性和计量精度，叶轮的转动信号由传感器传出，完成计量工作。
全文摘要
一种高精度旋翼式流量传感器叶轮，它由叶轮体、叶轮轴和传感器构成；所述叶轮体上有叶片；所述叶轮轴位于叶轮体中心；所述传感器安装在叶轮体内；其特征在于所述叶轮体上有一垂直于叶轮体轴线的圆盘。工作方法由于叶轮体上设计有垂直于叶轮轴线的圆盘，其作用是约束叶轮轴线位移、蹿动和摆动，并减小其幅度，提高了稳定性、可靠性和计量精度，叶轮的转动信号由传感器传出，完成计量工作。优越性本发明的流量特性曲线得到了较大的改善，从分界流量qt到额定流量qn的绝对误差带由原来的≤±3％，减小至≤±2％；最小流量qmin到分界流量qt的绝对误差带由原来的≤±5％，减小至≤±3％。
文档编号G01F1/28GK102589621SQ201210060530
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者陈沛 申请人:陈沛
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
