一种流量动态分配装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开一种流量动态分配装置。该装置包括进口筒、分流筒、分流盘、出口管、驱动齿轮、变频机和电机。电机带动驱动齿轮以一定的角速度转动，从而带动带有外齿轮的分流盘转动。进口筒与分流筒相连，流体经进口筒进入分流筒，分流筒的底部是带有一定形状的开孔，与转动的分流盘相连。同时，分流盘设置一对扇形孔，呈直径方向分布。分流盘下连出口管，通过改变分流筒的开孔形状，分流筒与分流盘配合使用，控制分流盘缺口处的流量变化，实现出口管流体流量动态变化，例如三角形变化、正弦曲线和抛物型变化等。本发明结构新颖、简单实用，克服了现有技术中的控制程序部件，加工成本低，可靠性高，可高效快速实现工程流体流量和流速动态调节。
【专利说明】
一种流量动态分配装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种分流技术，更具体地，涉及一种液体流量动态分配的方法及系统， 属于工程机械领域。
【背景技术】
[0002] 目前，一般流量分配系统包括转速测量系统、控制器及流量控制单元。转速测量装 置用于测量发动机的转速;控制器与转速测量装置相连接，用于根据转速-电流对应关系确 定与发动机的转速相匹配的电流信号;流量控制单元与控制器相连接，用于根据电流信号 对栗的流量进行调节分配。但是，这种方式存在如下缺陷：
[0003] 第一，分配结构复杂，设计成本高；
[0004] 第二，通过控制程序来完成转速与电流信号传递，从而控制流量分配，存在响应时 间快慢的问题；
[0005] 第三，栗流量输出与实际工况有严重滞后；
[0006] 第四，分配的精度不高，依赖于转速测量系统，控制程序的设计精度，不易调节，维 修繁琐，稳定性不高；
[0007] 第五，流量分配系统输出形式单一，一般为直线变化。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种新型的分流装置，其目 的在于实现水流量按预设变化曲线进行的动态分流，解决现有技术存在的结构复杂，设计 成本高，严重滞后，输出形式单一、调节不便和调节精度低等问题。
[0009] 为实现上述目的，本发明一种流量动态分配装置，包括进口筒、分流筒、分流盘、出 口管、驱动齿轮、变频器和电机;其中：
[0010] 所述进口筒为圆管，是流体的入口，所述出口筒一端为圆形，用于和分流盘同轴相 连，另一端分成两个出口，用于分流后的流体通过；
[0011] 所述的分流盘为圆齿轮形，其外齿与驱动齿轮啮合，由驱动齿轮带动其转动;分流 盘上设有两个以分流盘轴心为圆心的扇形孔，各扇形孔形状和面积相等，各扇形孔的圆心 角不大于10° ;通过改变通过分流盘上扇形孔面积，能控制出口管的流量；
[0012] 所述分流筒一端为圆管，用于和进口筒相连;另一端与分流盘可转动相连，该端面 开有与流量要求相对应的通孔，分流筒的流体经该通孔进入分流盘；
[0013] 所述进口筒、分流筒和分流盘共轴设置;进口筒的入口截面积等于出口管出口截 面积总和;所述出口管摆放位置以扇形孔的圆心为中心，其一端分成两个半圆形通孔，另一 端是两个圆管形出口；
[0014] 所述进口筒、分流筒、分流盘、出口管各相互连接部位，设有密封装置;所述电机在 变频器控制下工作，用于带动驱动齿轮按设定转速转动。
[0015] 进一步的，所述分流筒与分流盘相连端的通孔包络形状由下式确定：
[0018]上式基于分流筒底部圆心为原点的X0Y直角坐标系，r为通孔形状曲线上的点与原 点的距离，R是所述扇形孔的半径，e为扇形孔转动时其角平分线与X轴正向的夹角，以逆时 针为正;所述X轴，指穿过圆心且将通孔形状分为对称两半的直线，X轴与通孔曲线长轴重 合，f (e)是所要得到的出口管流量随e变化的解析式;fi(e)为扇形孔转动角度0到180°内时 所对应的出口管1流量解析式，f 2(e)为扇形孔转动角度180°到360°内时所对应的出口管2 流量解析式，f(e)及fi(e)和f2(e)根据分流需要确定；180°为两解析式扇形孔转动角度e的 分界点。
[0019] 进一步的，所述fi(e)和f2(e)变化形式包括但不限于:直线型变化:a*e+b，a和b为 常数;抛物线型变化:a*e2+b*e+c，a，b和c为常数；正弦型变化:a*sin(e)+b或a*cos(e)+b，a 和b为常数。
[0020] 进一步的，所述fKeMPfde)变化形式相同，即两者同为直线型变化、抛物线型变 化或者正弦型变化，只是相差180°相位。
[0021 ]进一步的，通过调节变频机，能使分流盘的转速发生变化。
[0022] 本发明中，流体由进口筒进入分流筒，变频器和电机带动驱动齿轮转动，进而驱动 分流盘以一定的角速度进行转动。流体进入分流筒后分成两股流体进入分流盘和出口管。 由于分流筒底部有通孔的形状，分流盘在转动时流通面积是变化的，从而实现流体流量的 动态变化。
[0023] 本发明根据质量守恒定律，在保证入口流量不变的情况下，改变流通截面变化来 控制出口管流量变化，出口管的流量与流通面积呈正比关系，故基于此原理，时刻改变流通 面积来控制出口管流量瞬时变化。本发明流通面积变化由扇形面积变化来控制的，由此位 于分流筒底部的通孔形状根据实际流量变化需求来确认。
[0024] 本发明是基于连续性方程而设计的，本发明依据流体流量和流速的变化形式，确 定分流筒的出口截面缺口具体形状，从而保证通过分流盘扇形缺口处的流量呈曲线变化， 进而出口管的截面一定，根据质量守恒定律，可推理出出口管的流体的流速也在此段时间 内呈同样曲线变化。故通过改变分流筒截面缺口形状，本发明可得到多种不同变化曲线的 流体流量和流速动态变化。
[0025] 本发明的工作过程:流体(液体）以恒定的流速进入进口筒，继而流经分流筒，待流 速稳定后到达分流筒的底部。同时，电机和变频器驱动齿轮以一定的转速转动，齿轮与分流 盘相啮合，从而分流盘也由一定的转速进行转动。流体流经分流筒底部进入旋转的分流盘， 流体经分流盘上的扇形缺口进入出口管，此时的流体流速变化可用于工程应用。
[0026] 本发明的工作特点:动态变化的分流装置可通过改变分流筒底部缺口形状来实现 流体流量和流速相同动态曲线变化。分流装置可完成多种复杂曲线变化的流速，结构简单， 维修方便，实用经济无噪音污染等明显特点。此分流装置可以应用于水平轴和垂直轴上，可 以在液固撞击流，化学混合，音乐喷泉等设备进行优化应用。
[0027] 本发明的积极进步效果在于:本发明动态变化的分流装置，通过改变截面形状，分 流筒与分流盘配合使用，依据质量守恒原理，来控制和实现流体流量和流速动态变化。相对 于现有技术，本发明结构简单，易实现，可靠性高。
[0028] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，摈弃了控制系统 等部件，安装电机及变频机等一系列传动装置来调节通过分流盘的流量，来达到流体流量 及流速的动态变化。本发明动态变化的分流装置可实现流体流量及流速在设置的时间内呈 三角型，抛物线型，正弦波型，锯齿波型等多种曲线变化，而且易于制造加工，安全性好，运 行成本低，维护容易。
【附图说明】
[0029] 图1是现有常见分流管的几何模型；
[0030] 图2是流量动态分配装置结构示意图；
[0031] 图3是进口筒、分流筒、分流盘、电机及变频器几何组装模型；
[0032]图4是出口管几何模型；
[0033] 图5是分流盘及驱动齿轮几何模型；
[0034] 图6是通孔形状与扇形孔平面示意图；
[0035] 图7是出口管1流量随扇形孔转动角度变化曲线；
[0036] 图8是出口管2流量随扇形孔转动角度变化曲线。
[0037] 在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1 一进口筒、 2-分流筒、3-分流盘、41 一出口管1，42-出口管2、5-驱动齿轮、6-变频器，7-驱动电机。
【具体实施方式】
[0038]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0039] 实施例：
[0040] 图1示出了现有常见分流管的几何模型。流体进入进口管后分别由出口管1和出口 管2流出。表1为常见出口管相关参数，通过几何建模，导入FLUENT数值计算，模拟得出S1/S2 =1.78，G1/G2 = 1.80，误差为1.1 %，满足工程应用要求，即出口管面积比为其流量比。
[0041] 表1出口管相关参数
[0043]为了验证本发明中的分流装置在实际应用的实施效果，本实施例中基于上述思想 设计如图2的动态变化的分流装置结构示意图，其中包括进口筒（1)、分流筒（2)、分流盘 (3)、出口管41和42(4)、驱动齿轮(5)、变频器(6)，驱动电机(7)。两个密封装置分别安装在 分流筒与分流盘之间和分流盘与出口管之间，尽量保证在工作时减少流体外泄。从图5可 知，分流盘(3)上设置一对呈直径方向分布的扇形缺口，扇形的圆心角为5°，此外分流盘(3) 与齿轮(5)相啮合。结合图3和图5可知，变频器(6)和驱动电机(7)带动齿轮(5)转动，从而实 现分流盘以合适的角速度进行转动。
[0044] 结合图3和图6是分流筒底部缺口位置和形状，分流桶底部缺口形状根据连续性方 程，流量与流通面积成正比。通过改变通过扇形截面积来控制出口管的流量变化。
[0045] 扇形面积为Sl = 0.5w*R2,在分流盘底部设置开孔形状以改变流体通过扇形的截 面积5,5 = 0.5?打2。6为扇形孔转动时、其角平分线与乂轴正向的夹角，以逆时针为正，所述乂 轴，指穿过圆心且将通孔形状分为对称两半的直线，X轴与通孔曲线长轴重合，w为扇形的圆 心角，如图6所示，故3/51=汽6)4(6)为出口管流量￥随6变化的解析式。这里当0〈6〈180，￥1 =1；'(6)=0.28；[11(6)+0.3，正是出口管1的流量变化 ；当￥2 = ;1；'(6)=0.3-0.28；[11(6)，是出口 管2的流量变化
[0046] 以分流筒底部的圆心为原点建立笛卡尔直角坐标系X〇y，S/Sl=r2/R2 = f(e)， r=R$^J^，r为特定曲线距离原点的距离。为了方便得到特定曲线，依据极坐标r，e与直 角坐标的关系，x = r*cos(e)，y = r*sin(e)如表2所示。
[0047]表2开孔形状相关参数
[0050] 结合图3和图4是两个出口管，出口管由半圆形截面逐渐过渡成工程所需的圆形截 面。出口管上接分流盘，扇形缺口每旋转180°流出的流量进入相应出口管，故出口管的轴线 应放置于扇形缺口曲线的轴线的正下方。因为缺口形状不规则，出口截面积是不断变化，流 经扇形缺口的流量也是动态变化。图7和图8出口管1和2的流量随分流盘转动时变化规律， 呈正弦变化。两根出口管流量变化形式相同，只是相差一个的相位。
[0051] 图7和图8示出的结果表明，通过合理设置分流筒缺口形状，分流盘和分流筒配合 使用，能实现流体的流量和流速的动态变化，并且可以做到流量呈特殊曲线动态变化，如正 弦、抛物线型等变化，与传统工程方法相比，有着明显的优势。
[0052]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含 在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种流量动态分配装置，其特征在于，包括进口筒、分流筒、分流盘、出口管、驱动齿 轮、变频器和电机;其中： 所述进口筒为圆管，是流体的入口，所述出口筒一端为圆形，用于和分流盘同轴相连， 另一端分成两个出口，用于分流后的流体通过； 所述的分流盘为圆齿轮形，其外齿与驱动齿轮晒合，由驱动齿轮带动其转动;分流盘上 设有两个W分流盘轴屯、为圆屯、的扇形孔，各扇形孔形状和面积相等，各扇形孔的圆屯、角不 大于10%通过改变通过分流盘上扇形孔面积，能控制出口管的流量； 所述分流筒一端为圆管，用于和进口筒相连;另一端与分流盘可转动相连，该端面开有 与流量要求相对应的通孔，分流筒的流体经该通孔进入分流盘； 所述进口筒、分流筒和分流盘共轴设置;进口筒的入口截面积等于出口管出口截面积 总和;所述出口管摆放位置W扇形孔的圆屯、为中屯、，其一端分成两个半圆形通孔，另一端是 两个圆管形出口； 所述进口筒、分流筒、分流盘、出口管各相互连接部位，设有密封装置;所述电机在变频 器控制下工作，用于带动驱动齿轮按设定转速转动。2. 根据权利要求1所述的分流装置，其特征在于，所述分流筒与分流盘相连端的通孔形 状由下式确定：上式基于分流筒底部圆屯、为原点的XOY直角坐标系，r为通孔形状曲线上的点与原点的 距离，R是所述扇形孔的半径，e为扇形孔转动时其角平分线与X轴正向的夹角，W逆时针为 正；所述X轴，指穿过圆屯、且将通孔形状分为对称两半的直线，X轴与通孔曲线长轴重合，f (e)是所要得到的出口管流量随e变化的解析式;fi(e)为扇形孔转动角度0到180°内时所对 应的出口管1流量解析式，f 2(e)为扇形孔转动角度180°到360°内时所对应的出口管2流量 解析式，f(e)及fi(e)和f2(e)根据分流需要确定；180°为两解析式扇形孔转动角度e的分界 点。3. 权利要求2所述的分流装置，其特征在于，fi(e)和f2(e)变化形式包括但不限于:直线 型变化：a*e+b，a和b为常数；抛物线型变化:a*e2+b*e+c，a，b和C为常数；正弦型变化：a*sin (6)+13或日柏03(6)+13，日和13为常数。4. 权利要求2和3所述的分流装置，其特征在于，fi(e)和f2(e)变化形式相同，即两者同 为直线型变化、抛物线型变化或者正弦型变化，只是相差180°相位。5. 权利要求1-4所述的分流装置，其特征在于，通过调节变频机，能使分流盘的转速发 生变化。
【文档编号】F16K11/074GK105840878SQ201610344107
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】鲁录义, 刘雪晴, 张燕平, 王奎, 江代超
【申请人】华中科技大学