專利名稱：一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，特別適合于集中供熱計(jì)量收費(fèi)和樓宇中央空調(diào)的冷熱量計(jì)量收費(fèi)的熱量表和冷熱量表。
(ニ)技術(shù)背景隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)資源的需求越來(lái)越大，經(jīng)歷全球經(jīng)濟(jì)和金融危機(jī)后，能源以及節(jié)能成為全球性的重大問(wèn)題，節(jié)能也成為國(guó)家的基本國(guó)策。如我國(guó)水資源的人均占有量只有2710立方米，約為世界人均占有量的1/4，居世界第88位。國(guó)外ー些國(guó)家エ業(yè)用水早已采取循環(huán)用水措施，水的重復(fù)利用率高達(dá)70% 90%左右，而中國(guó)多數(shù)城市還停留在20% 50%的水平上。由于エ藝技術(shù)落后，エ業(yè)用水定額也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)外先進(jìn)水平。中國(guó)占世界石油儲(chǔ)量的1.5%，產(chǎn)量占世界總量的4.5%，但消費(fèi)量卻占世界總量的8.2%。2000年以來(lái)，為了保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約能源早已提到議事日程上來(lái)，國(guó)家加大了節(jié)能力度，出臺(tái)了相應(yīng)的法律法規(guī)，計(jì)量收費(fèi)供水和供熱勢(shì)在必行。從2010年集中供熱計(jì)量收費(fèi)已經(jīng)全面實(shí)施，各地也出臺(tái)了相應(yīng)的法律法規(guī)和實(shí)施細(xì)則，因此，本實(shí)用新型在當(dāng)前形勢(shì)下有著極其廣闊的應(yīng)用前景。我國(guó)供熱、供水計(jì)量收費(fèi)儀表——流量傳感器(流量計(jì))中，機(jī)械式流量傳感器(下簡(jiǎn)稱流量計(jì))多為旋翼式流量計(jì)。就一般情況而言，口徑彡DN50的流量計(jì)使用直翼的旋翼式流量計(jì)，口徑>DN50使用螺翼式流量計(jì)(其旋翼為空間曲面)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，和綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，新型流量計(jì)的應(yīng)用也不斷増加，如超聲流量計(jì)，某些場(chǎng)合也有引導(dǎo)使用超聲流量計(jì)的輿論和指令。按照我國(guó)國(guó)情，供熱水質(zhì)問(wèn)題，不僅使機(jī)械式流量計(jì)失效，同樣也使超聲流量計(jì)失效，不是有否機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的問(wèn)題，而是水質(zhì)使機(jī)械流量計(jì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)故障，同樣也使超聲流量計(jì)出現(xiàn)發(fā)射和接收故障。另，從歐洲近百年的集中供熱收費(fèi)計(jì)量的經(jīng)驗(yàn)證明，雖然有超聲流量計(jì)，但機(jī)械式流量計(jì)在歐洲的市場(chǎng)保有量和使用量的兩大指標(biāo)均占80%以上。我國(guó)水計(jì)量和熱計(jì)量?jī)x表行業(yè)超聲流量計(jì)的制造成本高于機(jī)械式流量計(jì)，雖然由于電子技術(shù)的進(jìn)步，使超聲技術(shù)應(yīng)用更加便捷，但超聲流量計(jì)受エ作介質(zhì)溫度變化的影響較大，同時(shí)國(guó)產(chǎn)換能器與歐洲換能器存在較大的技術(shù)差距，其穩(wěn)定性和可靠性還有待于提高。因此機(jī)械式流量傳感器(流量計(jì))的技術(shù)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用才是符合我國(guó)國(guó)情最好途徑。眾所周知供熱、供水計(jì)量收費(fèi)儀表的流量計(jì)，其葉輪軸與其支撐的軸承(或軸套)設(shè)計(jì)上存在一定的軸向間隙和徑向間隙，因?yàn)闆]有合理的間隙，由于供水、供熱介質(zhì)(自來(lái)水和供熱水)中的雜質(zhì)容易進(jìn)入間隙之中，造成計(jì)量不準(zhǔn)和流量計(jì)失效(如葉輪因雜質(zhì)卡住不轉(zhuǎn)動(dòng))；由于上述間隙的存在，葉輪工作時(shí)，軸線的位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)是被包容在一個(gè)圓柱區(qū)域內(nèi)，而且是隨機(jī)的，因此直接影響和降低了流量計(jì)的計(jì)量精度，影響計(jì)量數(shù)值的重復(fù)性和再現(xiàn)性；計(jì)量?jī)x表行業(yè)通常的做法是通修正儀表系數(shù)(即每通過(guò)流量計(jì)I升的水介質(zhì)，葉輪轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù))使之達(dá)到計(jì)量準(zhǔn)確度的要求。由于葉輪工作時(shí)產(chǎn)生位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)是隨機(jī)的，因此無(wú)法修正這種隨機(jī)的影響，產(chǎn)生了計(jì)量準(zhǔn)確度超差、計(jì)量數(shù)值的隨機(jī)性和不確定度等量計(jì)缺陷。
(三)實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，它能夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，有效的提高了流量傳感器的計(jì)量精度和穩(wěn)定性。本實(shí)用新型的技術(shù)方案ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，它由葉輪體、葉輪軸和傳感器構(gòu)成；所述葉輪體上有葉片；所述葉輪軸位于葉輪體中心；所述傳感器安裝在葉輪體內(nèi)；其特征在于所述葉輪體上有一垂直于葉輪體軸線的圓盤。所述葉輪體、圓盤及葉片為整體注塑；或者，圓盤過(guò)盈配合壓裝或鑲嵌在葉輪體上。所述葉片為直旋翼，即輪廓包絡(luò)母線平行于葉輪軸軸線形成的幾何形體；或?yàn)槁?翼，其葉片翼形為空間曲面。所述葉輪軸和傳感器為在注塑時(shí)鑲嵌或注塑后用過(guò)盈配合壓裝。所述傳感器為磁體或感應(yīng)板；所述磁體為磁環(huán)；所述感應(yīng)板為特殊金屬或非金屬扇形板。所述葉輪體由高溫PP即聚丙烯或其他工程塑料合金組成，特殊場(chǎng)合也可以是金屬合金材料；所述葉輪軸由硬質(zhì)合金或其他合金材料組成；所述傳感器由磁環(huán)、感應(yīng)板或其他材料組成。所述ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪安裝在流量計(jì)葉輪殼和葉輪蓋中間的計(jì)量室里，葉輪軸通過(guò)葉輪蓋和葉輪殼的軸承/軸套定位；所述葉輪軸與葉輪蓋和葉輪殼的軸承/軸套有軸向間隙和徑向間隙。所述流量計(jì)包括進(jìn)水口、進(jìn)水口濾網(wǎng)、密封圈、流量計(jì)蓋、葉輪蓋、葉輪殼、定位圏、出水ロ密封圈、出水口及流量計(jì)殼體；各部件間均為常規(guī)連接。本實(shí)用新型的工作過(guò)程(I)流體從流量計(jì)殼體的進(jìn)水口進(jìn)入后，在流體的推動(dòng)下，葉輪旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速為流體通過(guò)內(nèi)計(jì)量室瞬時(shí)流速的函數(shù)；(2)在流體壓力、流速和溫度作用下，計(jì)量室產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的壓カ場(chǎng)、速度場(chǎng)和密度場(chǎng)，其變化吋，葉輪旋轉(zhuǎn)矢量也產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的變化，在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也產(chǎn)生擺動(dòng)和平移；(3)由于葉輪軸與葉輪蓋和葉輪殼的軸承/軸套有軸向間隙和徑向間隙，所以葉輪軸線在軸承/軸套約束的圓柱體內(nèi)產(chǎn)生位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)；(4)由于葉輪體上設(shè)計(jì)有垂直于葉輪軸線的圓盤，其作用是約束葉輪軸線位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)，并減小其幅度，提高了穩(wěn)定性、可靠性和計(jì)量精度，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)由傳感器傳出，完成計(jì)量工作。本實(shí)用新型的工作原理流體從流量計(jì)殼體進(jìn)水口進(jìn)入，在流體的推動(dòng)下，葉輪旋轉(zhuǎn)。在流體壓力、流速和溫度作用下，計(jì)量室產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的壓カ場(chǎng)、速度場(chǎng)和密度場(chǎng)，當(dāng)上述物理場(chǎng)變化時(shí)，葉輪旋轉(zhuǎn)矢量也產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的變化，其變化在葉輪旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)上，也疊加了擺動(dòng)和平移；從幾何上看葉輪軸線除了沿其設(shè)計(jì)位置轉(zhuǎn)動(dòng)外，還在軸承/軸套所約束的圓柱體內(nèi)沿軸向和徑向平移或兩者疊加的擺動(dòng)；葉輪的平移和擺動(dòng)直接影響葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，造成計(jì)量精度下降，嚴(yán)重影響計(jì)量數(shù)值的重復(fù)性和再現(xiàn)性，并且加大了數(shù)值的不確定度。由于本實(shí)用新型葉輪體上設(shè)計(jì)有垂直于葉輪軸線的圓盤，當(dāng)作用在葉片上的流體使葉輪軸線位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)時(shí)，作用在圓盤上下的壓カ場(chǎng)、速度場(chǎng)和密度場(chǎng)要阻止這種變化，要保持固有的相對(duì)平衡，由于圓盤的存在，大幅度減小了葉輪軸線位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)的幅度，即使在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生壓力和速度突變擾動(dòng)的影響下，也能消除和減小速度式旋翼流量計(jì)因壓力和速度突變擾動(dòng)引起的計(jì)量誤差，使表征流量計(jì)的流量特性函數(shù)減少震蕩和奇點(diǎn)；普通旋翼式速度流量計(jì)葉輪工作時(shí)，其軸線是在一個(gè)圓柱空間內(nèi)隨機(jī)平移和擺動(dòng)，擺動(dòng)是由徑向平移和軸向平移的合成，本實(shí)用新型葉輪組件的軸線工作時(shí)基本沒有軸向平移，僅有由于葉輪軸和軸套間隙配合引起的徑向隨機(jī)平移，且其配合間隙在設(shè)計(jì)上和エ藝上是可控的，因此徑向平移量極小(< O. IOmm)，故本實(shí)用新型的計(jì)量精度遠(yuǎn)高于普通旋翼式速度流量計(jì)。本實(shí)用新型由于葉輪體有一垂直于葉輪體軸線的圓盤，當(dāng)葉輪發(fā)生位移、躥動(dòng)或擺動(dòng)吋，圓盤上下壓カ要發(fā)生變化，同時(shí)流體介質(zhì)也要阻止這種變化趨勢(shì)，故本實(shí)用新型葉輪的即使產(chǎn)生位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)，其幅度遠(yuǎn)小于普通葉輪，葉輪的軸向或徑向偏移和擺動(dòng)其包容葉輪軸線的圓柱體的直徑和長(zhǎng)度也遠(yuǎn)小于普通葉輪。由于上述原因，使用本實(shí)用新型葉輪的流量計(jì)，計(jì)量精度明顯提高，計(jì)量?jī)x表的重復(fù)性和再現(xiàn)性也得到明顯提高和改善。本實(shí)用新型的優(yōu)越性1、由于本實(shí)用新型葉輪體上設(shè)計(jì)有垂直于葉輪軸線的圓盤，使得葉輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速更為真實(shí)地對(duì)應(yīng)于流經(jīng)計(jì)量室的流體瞬時(shí)流速，改善了流量計(jì)的流量特性，提高了流量計(jì)量精度、重復(fù)性、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，消除和減小因流體速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)擾動(dòng)和突變引起計(jì)量精度誤差；2、葉輪組件的軸線工作時(shí)基本沒有軸向平移，僅有由于葉輪軸和軸套間隙配合引起的徑向隨機(jī)平移，且其配合間隙在設(shè)計(jì)上和エ藝上是可控的，因此一般徑向平移量極小(< O. IOmm)，故本實(shí)用新型的計(jì)量精度遠(yuǎn)高于普通旋翼式葉輪速度流量計(jì)；3、本實(shí)用新型的流量特性曲線得到了較大的改善，從分界流量qt到額定流量Qn的絕對(duì)誤差帶由原來(lái)的< ±3%，減小至< ±2% ;最小流量qmin到分界流量qt的絕對(duì)誤差帶由原來(lái)的彡±5%，減小至彡±3%。


圖I為本實(shí)用新型所涉ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪的外觀立體圖；圖2-1，圖2-2為本實(shí)用新型所涉ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪的投影ニ視圖(其中，圖2-1為主視圖，圖2-2為剖視圖)；圖3-1，圖3-2為本實(shí)用新型所涉ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪和普通葉輪對(duì)比立體圖(其中，圖3-1為本實(shí)用新型葉輪圖，圖3-2為普通葉輪圖)；圖4為本實(shí)用新型所涉ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪實(shí)施例的剖視圖。其中，I為葉輪體，1-1為圓盤，1-2為葉片，2為葉輪軸，3為傳感器，4為進(jìn)水口，5為進(jìn)水口濾網(wǎng)，6為密封圏，7為流量計(jì)蓋，8為葉輪蓋，9為葉輪殼，10為定位圏，11為出水ロ密封圏，12為出水口，13為流量計(jì)殼體，14為普通葉輪。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪(見圖I、圖2-1、圖2-2、圖3-1、圖4)，它由葉輪體I、葉輪軸2和傳感器3構(gòu)成；所述葉輪體I上有葉片1-2 ;所述葉輪軸2位于葉輪體I中心；所述傳感器3安裝在葉輪體I內(nèi)；其特征在于所述葉輪體I上有一垂直于葉輪體I軸線的圓盤1-1。[0024]所述葉輪體I、圓盤1-1及葉片1-2為整體注塑(見圖I、圖2-1、圖2-2、圖3-1、圖4)。所述葉片1-2為直旋翼，即輪廓包絡(luò)母線平行于葉輪軸軸線形成的幾何形體。(見圖 I、圖 2-1、圖 2-2、圖 3-1、圖 4)所述葉輪軸2和傳感器3為在注塑時(shí)鑲嵌。(見圖I、圖2-1、圖2-2、圖3-1、圖4)所述傳感器3為磁體；所述磁體為磁環(huán)。(見圖I、圖2-1、圖2-2、圖3_1、圖4)所述葉輪體I由高溫PP即聚丙烯組成；所述葉輪軸 2由硬質(zhì)合金組成。所述ー種高精度旋翼式流量傳感器葉輪安裝在流量計(jì)葉輪殼9和葉輪蓋8中間的計(jì)量室里，葉輪軸2通過(guò)葉輪蓋8和葉輪殼9的軸承/軸套定位；所述葉輪軸2與葉輪蓋8和葉輪殼9的軸承/軸套有軸向間隙和徑向間隙。(見圖4)所述流量計(jì)包括進(jìn)水口 4、進(jìn)水口濾網(wǎng)5、密封圈6、流量計(jì)蓋7、葉輪蓋8、葉輪殼9、定位圈10、出水ロ密封圈11、出水ロ 12及流量計(jì)殼體13 ;各部件間均為常規(guī)連接。(見圖4)本實(shí)施例的工作過(guò)程(I)流體從流量計(jì)殼體13的進(jìn)水口 4進(jìn)入后，在流體的推動(dòng)下，葉輪旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速為流體通過(guò)內(nèi)計(jì)量室瞬時(shí)流速的函數(shù)；(2)在流體壓力、流速和溫度作用下，計(jì)量室產(chǎn)生與之相對(duì)應(yīng)的壓カ場(chǎng)、速度場(chǎng)和密度場(chǎng)，其變化時(shí)，葉輪旋轉(zhuǎn)矢量也產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的變化，在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)吋，也產(chǎn)生擺動(dòng)和平移；(3)由于葉輪軸2與葉輪蓋8和葉輪殼9的軸承/軸套有軸向間隙和徑向間隙，所以葉輪軸線在軸承/軸套約束的圓柱體內(nèi)產(chǎn)生位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)；(4)由于葉輪體I上設(shè)計(jì)有垂直于葉輪軸線的圓盤1-1，其作用是約束葉輪軸線位移、躥動(dòng)和擺動(dòng)，并減小其幅度，提高了穩(wěn)定性、可靠性和計(jì)量精度，葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)由傳感器3傳出，完成計(jì)量工作。
權(quán)利要求1.一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，它由葉輪體、葉輪軸和傳感器構(gòu)成；所述葉輪體上有葉片；所述葉輪軸位于葉輪體中心；所述傳感器安裝在葉輪體內(nèi)；其特征在于所述葉輪體上有一垂直于葉輪體軸線的圓盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，其特征在于所述葉輪體、圓盤及葉片為整體注塑；或者，圓盤過(guò)盈配合壓裝或鑲嵌在葉輪體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，其特征在于所述葉片為直旋翼，即輪廓包絡(luò)母線平行于葉輪軸軸線形成的幾何形體；或?yàn)槁菀?，其葉片翼形為空間曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，其特征在于所述葉輪軸和傳感器為在注塑時(shí)鑲嵌或注塑后用過(guò)盈配合壓裝。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，其特征在于所述傳感器為磁體或感應(yīng)板；所述磁體為磁環(huán)；所述感應(yīng)板為特殊金屬或非金屬扇形板。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，其特征在于所述葉輪體由高溫PP即聚丙烯或金屬合金材料組成；所述葉輪軸由硬質(zhì)合金組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，其特征在于所述一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪安裝在流量計(jì)葉輪殼和葉輪蓋中間的計(jì)量室里，葉輪軸通過(guò)葉輪蓋和葉輪殼的軸承/軸套定位；所述葉輪軸與葉輪蓋和葉輪殼的軸承/軸套有軸向間隙和徑向間隙。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，其特征在于所述流量計(jì)包括進(jìn)水口、進(jìn)水口濾網(wǎng)、密封圈、流量計(jì)蓋、葉輪蓋、葉輪殼、定位圈、出水口密封圈、出水口及流量計(jì)殼體；各部件間均為常規(guī)連接。
專利摘要一種高精度旋翼式流量傳感器葉輪，它由葉輪體、葉輪軸和傳感器構(gòu)成；所述葉輪體上有葉片；所述葉輪軸位于葉輪體中心；所述傳感器安裝在葉輪體內(nèi)；其特征在于所述葉輪體上有一垂直于葉輪體軸線的圓盤。優(yōu)越性由于本實(shí)用新型葉輪體上設(shè)計(jì)有垂直于葉輪軸線的圓盤，使得葉輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速更為真實(shí)地對(duì)應(yīng)于流經(jīng)計(jì)量室的流體瞬時(shí)流速，改善了流量計(jì)的流量特性，提高了流量計(jì)量精度、重復(fù)性、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，消除和減小因流體速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)擾動(dòng)和突變引起計(jì)量精度誤差；本實(shí)用新型的流量特性曲線得到了較大的改善，從分界流量qt到額定流量qn的絕對(duì)誤差帶由原來(lái)的≤±3％，減小至≤±2％；最小流量qmin到分界流量qt的絕對(duì)誤差帶由原來(lái)的≤±5％，減小至≤±3％。
文檔編號(hào)G01F1/28GK202648710SQ201220090179
公開日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者陳沛 申請(qǐng)人:陳沛