专利名称：测量阀体内流量的方法和测量阀体内流量的显示机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种测量流量的方法，尤其是涉及一种测量阀体内流量的方法。
本发明还涉及一种测量流量的装置，尤其是涉及一种测量阀体内流量的显示机构。
背景技术：
随着经济的迅猛发展，各种建设也跟着发展，在建筑，管道运输，冷暖空调，化工等方面需要大量的用到流量控制系统，但由于调节阀门无法检测到所通过流量的流量值，因此难以调节阀门使流量控制系统的控制回路达到负荷所需设计的流量。通常调节阀门处于全开状态，由于管道阻力的存在，控制回路的首端压力大于末端，有的高达数倍之多，由于压力和流量的平方成正比关系，首端负荷流量会大于末端负荷流量，并极易造成末端缺流，为使末端负荷流量达到设计流量，往往采取增加总流量的方法来解决这一问题，由此造成总流量大于系统负荷所需的设计流量。由于耗能量与流量的三次方成正比，即增加26％的流量需要多消耗能量100％，这样会造成巨大的能源浪费。因此出现了很多可以显示流量的阀门，但往往存在很多的缺陷。一种名为“具有测量流量功能的蝶形阀和用它测量流量的方法”(专利号CN89103329.7)的专利，结构上包括一个主体、一根可旋转地固定于主体上的阀门柱、固定在阀门柱上且可旋转地安装在主体中的阀门部件、检测阀门开启位置的阀门开启位置检测装置，以及检测由于流体流过而作用于围绕阀门柱的阀门部件上的动态转矩的转矩检测装置，而阀门开启检测装置包括一个与阀门轴相连的角度传感器，而角度传感器包括一个与阀门轴相连的电位器或旋转编码器，在工作的时候先检测阀门开启位置，检测由于流体流动而作用与上述围绕阀门柱的阀门部件上的动态转矩，然后确定作为上述检测到的阀门开启位置和动态转矩的函数的流量设置一个所要求的流量，以及改变上述阀门的开启位置，以便使上述确定的流量接近所要求的流量。上述专利结构复杂，制作成本高，磨损后维护修理不方便且维修保养费用较高，而且阀门和测量装置是一起的，给制造上带来了困难。
发明内容
本发明主要是针对现有技术所存在的在对流体流量的测量过程复杂烦琐的技术问题，提供一种简单可靠的测量阀体内流量的方法。
本发明针对现有技术所存在的结构复杂，成本较高，维护修理不方便，制造捆等技术问题，提供一种结构简单，成本低，维护修理方便，制造方便，可以准确的显示流量的测量阀体内流量的显示机构。
本实用发明同时还解决现有技术所存在的不能随着流量的变化及时同步显示流量大小的技术问题，从而使得本发明具有能随着流量的变化及时同步显示流量大小的功能。
本发明的方法问题主要是通过下述技术方案得以解决的流体通过管道输送，在所述管道内有一摆片，当流体通过管道时，摆片受到一阻力，摆片受到阻力偏转和原来的静态摆片形成一夹角θ，夹角θ通过一个用来感知摆片位置变化的感应装置反映在管道外的流量表上，通过合理的选择弹性体和静态摆片的夹角β以及L与a的比值L/a来实现夹角θ的变化和流量的变化呈线性关系，其中a为弹性体和摆片连接处的连接轴到支轴轴心的垂直距离，而L＝X0+aCosβ，X0为弹性体初时的静态长度。由流体力学可知，在流体中，任何物体都将受到阻力的作用，若该物体为一可饶一固定轴转动的摆片，该摆片在受到流体阻力的时候将产生旋转，由于上述阻力与流速平方成正比，而流量与流速成正比，因此摆片所受的阻力与流量的平方成正比，从而得出摆片的旋转角度即夹角θ与流量的平方成正比关系，当选择的弹性体和静态摆片的夹角β以及L与a的比值L/a合适的情况下，夹角θ的变化和流量的变化呈线性关系。
本发明的机构问题主要是通过下述技术方案得以解决的设置在管道上，包括流量表，其特征在于在所述管道内设置有摆片，所述摆片通过支轴铰接在管道上，摆片一端伸入管道内，另一端通过支轴伸出管道外与一弹性体相连接，在所述摆片和流量表之间设置有一个用来感知摆片位置变化的感应装置。将摆片通过支轴设置在管道上，在流体通过的时候可以使摆片产生转动，通过感应装置可以将摆片转动的角度在流量表上反映出来，达到随着流量大小的改变及时同步的反映出流量的大小，有了流量表就可以不用凭经验直接的调节流量的大小。
作为优选，所述弹性体为拉簧，该拉簧和静态摆片呈一夹角β，β的取值范围为5°≤β≤40°，L与a的比值L/a的取值范围为1.5≤L/a≤6，其中a为拉簧和摆片连接处的连接轴到支轴轴心的垂直距离，而L＝X0+aCosβ，X0为拉簧初时的静态长度。在这里弹性体选择了拉簧，当有其他的性能相当的零件也可以用其他零件代替使用，当夹角β的取值范围为5°≤β≤40°，L与a的比值L/a的取值范围为1.5≤L/a≤6时，流量与夹角θ呈较好的线性关系。
作为优选，所述夹角β的取值范围为10°≤β≤20°，所述比值L/a的取值范围为1.6≤L/a≤3。当β的取值范围为10°≤β≤20°，L/a的取值范围为1.6≤L/a≤3时，流量与夹角θ呈更为良好的线性关系作为优选，所述的感应装置包括两个磁感应体，在所述拉簧和摆片连接处附近固定有主磁感应体，并在管道外设置有相应的从磁感应体，所述的从磁感应体通过一组齿轮机构和流量表中所设的一指针相连接。当有其他和磁感应体功能相近的代替品时也可以使用，当摆片转动的时候主磁感应体也相应转动，从而带动管道外的从磁感应体转动，通过齿轮机构将摆片旋转的夹角θ反映给指针。
作为优选，主磁感应体转动时的轴心和从磁感应体转动时的轴心在同一条直线上。当阀体采用的材料没有磁场屏蔽性的时候采用这种无阻力磁耦合传动同轴输出，从磁感应体转动时的轴心为一从磁感应体轴。
作为优选，主磁感应体转动时的轴心和从磁感应体转动时的轴心分别在两条直线上，所述主磁感应体到其轴心的距离是从磁感应体到其轴心距离的1.5-3倍。所述从磁感应体转动时的轴心为一从磁感应体轴，在口径大于等于65mm时，阀体采用顺磁材料制造，如铸铁，锻钢等，由于顺磁材料的磁场屏蔽性能，无法进行磁耦合传动，为此将机构的密封部分采用铜等非顺磁材料制作，并将其安装在阀体的上端，为了便于流量表的安装和减小体积，采用了这种非同轴传动输出机构，当主磁感应体到其轴心的距离是从磁感应体到其轴心距离的1.5-3倍时，可以将摆片转动的角度进一步放大表示出来，使得数据更加精确，更加灵敏的将摆片的变化显示出来。
作为优选，在管道的一侧设置有流量调节阀，所述流量调节阀的中心到摆片铰接处支轴的距离是管径的0.8-3倍。当通过指针知道的流量的数据后，可以通过设置在管道一侧的流量调节阀进行调节，当流量调节阀的中心到摆片铰接处支轴的距离是管径的0.8-3倍时，可以保证流量的平稳，流量调节阀可以和本发明连成一体，也可以是组合的结合在一起，可以单独制造，给生产带来了方便，同时所述的流量调节阀可以是截止阀，闸板阀，球阀，蝶阀等。
因此，本发明利用流体阻力对摆片产生偏转，通过偏转的角度来确定流量值，方法简单，具有结构简单实用，制造成本低，生产方便，维护修理方便，准确度高，可以同步反映出流量变化的优点。
附图1是本发明的原理示意图；附图2，3是本发明中相对流量Q1与偏转角度θ的关系示意图；附图4是本发明中Qmin和β，θ的关系示意图；附图5，6是本发明一种形式的结构示意图；附图7是本发明无阻力磁耦合传动同轴输出结构示意图；
附图8是本发明齿轮组合的结构示意图；附图9是本发明流量表的结构示意图；附图10，11是本发明另一种形式的结构示意图；附图12，13是本发明无阻力磁耦合传动非同轴输出结构原理示意图具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1如图1所示为流量和摆片1旋转角度θ之间关系的原理，在管道中有一摆片1，摆片1静止时在流速的垂直方向上投影面积为S0，对支轴6的阻力合力作用距离为r0，设支轴6点为A点。在流速的作用下，摆片1会偏转一角度θ，这时摆片1在流速垂直方向投影面积为S0Cosθ，设流体的密度为ρ，摆片1的阻力系数为c，则该摆片1对A的转动力矩为M，得出M＝1/2cρv2S0Cosθ·r0在摆片1的另一端和拉簧4通过连接轴5连接，设连接轴5点为B点，则设A和B之间的垂直距离为a，拉簧4的另一端通过一转轴9固定，设转轴9点为C点，拉簧4刚度为k，静止时长度为x0，所述拉簧4和静态摆片1呈一夹角β，既静止时BC轴和BA轴之间的夹角为β。
在流速v的作用下，摆片1转过角度θ，B点转到了B1的位置，这时候，拉簧4轴线即BC偏转了角度φ，CB1和AB1之间构成一夹角为θ+β+φ，拉簧4的长度变为x，产生拉力为k(x-x0)，对A产生的扭矩为M1，得出M1＝k(x-x0)aSin(θ+β+φ)令L＝X0+aCosβ通过几何运算，可知x-x0＝a{〔Sin(θ+β)-Sinβ〕/Sinφ-(L/a-Cosβ)}tgφ＝〔Sin(θ+β)-Sinβ〕/〔L/a-Cos(θ+β)〕令Q12＝cρv2S0r0/(2ka2)
设Q1为相对流量，因为当机构处于平衡状态的时候，有M1＝M，有上面的各种关系可得Q12＝{〔Sin(θ+β)-Sinβ)/Sinφ-(L/a-Cosβ)}·Sin(θ+β+φ)/Cosθ由于Q1与v成正比关系，因此Q1相对流量系数是与θ，L/a和β有关的函数。
通过分析Q1与β，L/a的关系可知，只要合理选择β和L/a参数，就可以使得Q1与θ保持良好的线性关系。也就是说，相对流量Q1与θ有较好的线性关系。
从图2，3可见，β＝15°，L/a＝2时，Q1与θ几乎成直线关系。
当L/a值越大，相对于拉簧4长度越长，而拉簧4所偏转的角度φ越小，假设L/a→∞，这时φ＝0，机构变化所能反映的Q1值最小，用Qmin表示，Qmin和β，θ关系如图4所示，分析图4可知，当β≥40°时，不论β和L/a如何的变化，都无法取得Q1与θ的近似线性关系，在β在10°到20°时，最易获得Q1与θ的线性关系。
当管道口径≤50mm时，阀体采用铜制作，我们取值为a＝13.5mm，拉簧4静止长度x0＝16.9mm，静止时拉簧4与摆片1的夹角β＝15°，L/a＝2.25。
以DN25为例，如图5，6，所示，即管道口径为25mm，阀与显示机构成一体式结构，阀门安装在显示机构的一侧，摆片1通过支轴6固定在支架10上，所述摆片1可以通过支轴6转动，同时支架10被螺钉固定在管道上，支轴6通过支架10伸入管道内，摆片1上端通过一连接轴5固定有一拉簧4，同时拉簧4另一端通过转轴9固定在支架10上，在支架10上和拉簧4连接处，固定有主磁感应体21，主磁感应体21与支轴6线高10mm，主磁感应体10与壁面设计间距为0.5mm，壁面厚度为1.5mm，在壁面外相映的安装有一从磁感应体22，主磁感应体21和从磁感应体22的端面距离为2.5mm。同时所述的主磁感应体21和从磁感应体22采用无阻力磁耦合传动同轴输出，即所述支轴6和从磁感应体轴20在同一直线上，使两磁感应体处于相互吸引的状态，所以主磁感应体21的转动也会带动从磁感应体22的转动(参见图7)。所述从磁感应体22与一组齿轮机构7相连接，所述齿轮机构7通过齿轮箱体11装配在流量表3壳体上，流量表3则贴在齿轮箱体11的外壁上，所述齿轮机构7在流量表3一侧连接有指针31，而透明玻璃12通过外壳23固定在流量表3上，整个机构用螺帽13通过密封环14密封，在管道的一边设置有流量调节阀8。
摆片1宽为5mm，到支轴6处A的总长为16.5mm，所以S0＝5mm×16.5mm＝82.5mm2，同时r0＝8.25mm，所以S0r0＝680mm3，设计最大流速为4.5米/秒，摆片1的最大偏转角度为60°，流量为2.24升/秒，摆片1的阻力系数为c＝1/100，通过计算可以得出拉簧4的刚度k＝382克/厘米，拉簧4的最大拉力为0.46kg，拉簧4采用不锈钢制作，簧丝直径为0.45mm，有效圈数为20，拉簧4外径是4.15mm。
由于摆片1偏转角度不可能达到90°，上例中摆片1偏转角度为60°，因此主磁感应体21的最大偏转角度为60°，所以从磁感应体22的最大偏转角度也为60°，而60°不利于较正确的读取流量值，因此从磁感应体22与一放大齿轮机构7相连接，即从磁感应体22与齿轮Z124同步传动，齿轮Z124带动齿轮Z225传动，而齿轮Z225带动齿轮Z326传动，并且齿轮Z326带动齿轮Z427传动，最后齿轮Z427和指针31同步传动(参见图8)。
指针31转动的角度和从磁感应体22转动的角度比为ηη＝Z1Z2Z3/(Z2Z3Z4)齿轮的齿数分别为Z1＝60，Z2＝10，Z3＝60，Z4＝14，齿轮的模数为m＝0.25，所以当从磁感应体22转动60°的时候，指针31会转动257°，这样的角度完全能满足工程的需要。
如图9所示，为了减小显示机构的直径，齿轮Z124采用扇形结构，齿轮Z124，齿轮Z225，齿轮Z326和齿轮Z427相切，流量表3的流量刻度为0-2.2L/s。
使用的时候，转动流量调节阀8的调节手轮15，带动铜杆16绕阀门芯底座17转动，从而使得阀门芯18与阀门底座19之间开启或者关闭，显然阀门芯18与阀门底座19之间的距离越大，流量也就越大，当阀门芯18与阀门底座19之间的距离变小的时候，流量也随之变小。转动调节手轮15使得指针31达到所要求的流量值时，停止转动调节手轮15，使阀门芯18与阀门底座19的距离保持不便，从而使得流量稳定。当有外界因数干扰的时候，可以重复上述操作，使得指针31在所需要的位置上。
实施例2以DN65为例，如图10，11，所示，即管道口径为65mm，取值为a＝20mm，拉簧4静止长度x0＝44mm，静止时拉簧4与摆片1的夹角β＝15°，L/a＝3.2。
阀通过螺纹与显示机构连接在一起，阀门安装在显示机构的一侧，摆片1通过支轴6固定在支架10上，所述摆片1可以通过支轴6转动，同时支架10被螺钉固定在管道上，支轴6通过支架10伸入管道内，摆片1上端通过一连接轴5固定有一拉簧4，同时拉簧4另一端通过转轴9固定在支架10上，在支架10上和拉簧4连接处，固定有主磁感应体21。
因为阀体材料采用顺磁材料制造，而顺磁材料对磁场有屏蔽性，无法进行磁偶合传动，为此将机构的密封部分采用铜等顺磁材料制作，主磁感应体21与支轴6线高19.3mm，主磁感应体21的转动半径R＝20mm，偏心距离δ＝5mm，r＝10.3mm主磁感应体21与壁面设计间距为0.7mm，壁面厚度为1.5mm，在壁面外相映的安装有一从磁感应体22，主磁感应体21和从磁感应体22的端面距离为2.9mm，同时所述的主磁感应体21和从磁感应体22采用无阻力磁耦合传动非同轴输出，即所述支轴6和从磁感应体轴20不在同一直线上，从磁感应体22的转动半径为10mm，在初始位置时，两磁感应体轴心偏心+0.3mm，在转角50％范围时轴心偏差-0.3mm，两者的和为零，由于两个磁感应体的尺寸为5mm×6mm，因此偏差对于吸引力的影响甚微，同时由磁体相吸最近距离原则可知，从磁感应体轴20的轴线始终与主磁感应体21轴心相交，由此可以得出主磁感应体21和从磁感应体22转动同步，且θ2＝2θ1(参见图12，13)。所述从磁感应体21与一组齿轮机构7相连接，所述齿轮机构7通过齿轮箱体11装配在流量表3壳体上，流量表3则贴在齿轮箱体11的外壁上，所述齿轮机构7在流量表3一侧连接有指针31，而透明玻璃12通过外壳23固定在流量表3上。
摆片1宽为5mm，长70mm，同时r0＝35mm，S0r0＝12.25mm3，设计最大流速为6米/秒，摆片1的最大偏转角度为30°，摆片1的阻力系数为c＝1/100，通过计算可以得出拉簧4的刚度k＝2.26kg/mm，拉簧4的最大拉力为15.8kg，拉簧4采用不锈钢制作，簧丝直径为2.2mm，有效圈数为100，拉簧4外径是12.1mm，流量表3的流量刻度为0-21.8L/s。其余结构和操作使用方法与例1相同。
本发明并不局限于上述实施方式，只要管道内设置有摆片，当流体通过管道时，摆片受到一阻力，摆片受到阻力偏转和原来的静态摆片形成一夹角θ，通过夹角θ和流量的关系，来显示当前的流量，不论采用数字显示器或刻度盘，不论采用同轴输出或非同轴输出，不论阀与机构是否连成一体，不论采用何种感应装置何种弹性体，均落在本发明的保护范围之中。
权利要求
1.一种测量阀体内流量的方法，包括下列步骤①流体通过管道输送，在所述管道内有一摆片(1)，当流体通过管道时，摆片(1)受到一阻力，摆片(1)受到阻力偏转和原来的静态摆片(1)形成一夹角θ；②夹角θ通过一个用来感知摆片(1)位置变化的感应装置(2)反映在管道外的流量表(3)上，所述夹角θ的变化和流量的变化呈线性关系。
2.根据权利要求1所述的测量阀体内流量的方法，其特征在于所述的夹角θ的变化和流量的变化呈线性关系是通过合理的选择弹性体和静态摆片(1)的夹角β以及L与a的比值L/a来实现的，其中a为弹性体和摆片(1)连接处的连接轴(5)到支轴(6)轴心的垂直距离，而L＝X0+aCosβ，X0为弹性体初时的静态长度。
3.一种采用权利要求1所述的测量阀体内流量的显示机构，设置在管道上，包括流量表，其特征在于在所述管道内设置有摆片(1)，所述摆片(1)通过支轴(6)铰接在管道上，摆片(1)一端伸入管道内，另一端通过支轴(6)伸出管道外与一弹性体相连接，在所述摆片(1)和流量表(3)之间设置有一个用来感知摆片(1)位置变化的感应装置(2)。
4.根据权利要求3所述的测量阀体内流量的显示机构，其特征在于所述弹性体为拉簧(4)，该拉簧(4)和静态摆片(1)呈一夹角β，β的取值范围为5°≤β≤40°，L与a的比值L/a的取值范围为1.5≤L/a≤6，其中a为拉簧(4)和摆片(1)连接处的连接轴(5)到支轴(6)轴心的垂直距离，而L＝X0+aCosβ，X0为拉簧(4)初时的静态长度。
5.根据权利要求4所述的测量阀体内流量的显示机构，其特征在于所述夹角β的取值范围为10°≤β≤20°，所述比值L/a的取值范围为1.6≤L/a≤3。
6.根据权利要求3或4或5所述的测量阀体内流量的显示机构，其特征在于所述的感应装置(2)包括两个磁感应体，在所述拉簧(4)和摆片(1)连接处附近固定有主磁感应体(21)，并在管道外设置有相应的从磁感应体(22)，所述的从磁感应体(22)通过一组齿轮机构(7)和流量表(3)中所设的一指针(31)相连接。
7.根据权利要求6所述的测量阀体内流量的显示机构，其特征在于主磁感应体(21)转动时的轴心和从磁感应体(22)转动时的轴心在同一条直线上。
8.根据权利要求6所述的测量阀体内流量的显示机构，其特征在于主磁感应体(21)转动时的轴心和从磁感应体(22)转动时的轴心分别在两条直线上，所述主磁感应体(21)到其轴心的距离是从磁感应体(22)到其轴心距离的1.5-3倍。
9.根据权利要求3所述的测量阀体内流量的显示机构，其特征在于在管道的一侧设置有流量调节阀(8)，所述流量调节阀(8)的中心到摆片(1)铰接处支轴(6)的距离是管径的0.8-3倍。
全文摘要
本发明涉及一种测量阀体内流量的方法和测量阀体内流量的显示机构。所述显示机构设置在管道上，在管道内设置有摆片，摆片通过支轴设置在管道中，并在摆片的一端设有弹性体，所述弹性体和静态摆片呈一夹角β，并在管道外设置有流量表，采用这样的结构在流体通过阀体内时带动摆片，被带动摆片和原来的静态摆片形成一夹角θ，通过夹角θ来确定流量的大小。采用这样的结构可以使得本发明具有结构简单实用，制造成本低，生产方便，维护修理方便，准确度高，可以同步反映出流量变化的优点。
文档编号G01F1/20GK101063626SQ20061005051
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月26日 优先权日2006年4月26日
发明者许国时 申请人:许国时