一种计量鼓回转机构的制作方法

一种计量鼓回转机构
1.注：本实用新型为中国专利申请号202121128673.7提出的分案申请，母案的申请日为2021年05月25日
技术领域
2.本实用新型专利涉及气体容积测量的计量仪器，特别涉及一种计量鼓回转机构。
技术背景
3.湿式气体流量计是一种依靠密封液将计量鼓进出气端完全隔离开的容积式气体流量计，具有无泄漏和计量稳定的特点。高准确度的湿式气体流量计要求具有0.5％、0.2％的测量扩展不确定度，常作为标准器使用。
4.湿式气体流量计主要通过一个内部由螺旋叶片分割成3～5个计量气室的可回转鼓轮组成，其鼓轮支撑在具有一定液位高度的密封液体中，受进出气体压力差作用而旋转，计量室离开液面充气，进入液面后排出，通过对排气进行计量，最后通过机械或电子记录回转获得排气计量值；由于计量鼓进出气端通过密封液完全隔离，使其具有无泄漏和计量稳定的特点，具有0.5％、0.2％的测量扩展不确定度，常作为标准器使用。
5.业内湿式气体流量计由于结构设计不合理，当湿式气体流量计测试的气体流量增大时，计量室内外压力差变大，密封液的液位差随之加大，使的计量腔体积增大，示值误差出现明显偏差，使实际测试过程中的示值误差一般在
±
1％～
±ꢀ
1.5％的较大范围。
6.另外，在同一环境和工作条件下对同一流量进行多次连续测量时，测量得到的误差为随机误差，且该随机误差主要是受计量鼓轮旋转过程的平稳性影响，因此，在测量过程中，要提高测量重复性，计量鼓轮的支撑轴承转动平稳性必须得到很好保证。但因对流量计轻便化的要求，壳体焊接装配组件的制造均采用薄壁金属材料焊接成型工艺，在焊接过程中，用于支撑计量鼓轮芯轴的支撑轴承安装孔位置精度难以保证，从而使计量鼓轮旋转过程的平稳性受到影响。
7.现有湿式气体流量计中支撑计量鼓轮的轴与支撑轴承的安装孔之间均采用油封进行密封处理，然而油封属于易损件，容易发生磨损失效，从而会有密封液渗漏的隐患；同时，当油封发生磨损失效后会使得摩擦力增加，这将会影响计量鼓轮的旋转稳定性，导致计量精度变差。
8.综上，现有湿式气体流量计在实际使用过程中其准确性很容易受到影响，因此，现急需一种重复性好的的高准确度湿式气体流量计。


技术实现要素：

9.针对上述现有技术，本实用新型专利的目的在于提供一种计量鼓回转机构技术方案，以提高湿式气体流量计的测量示值误差、较好的重复性、可靠的密封性能和较好的结构工艺性。
10.本专利技术采取的技术方案主要是：
11.一种高测量准确度湿式气体流量计，所采用的模块化结构布局，由计量示值指示机构、壳体密封支撑组件和计量鼓回转机构三个模块部件组成。其中壳体密封支撑组件由密封壳体、进气接口、输出气管、出气接口、支撑座组成，计量鼓回转机构由计量鼓、套筒、内磁盘、轴、球轴承、万向球头组成，计量示值指示机构由指针、芯轴、轴承、轴承座、安装支架、外磁盘组成。所述壳体密封支撑组件内部的密封室两端分别对称安装有两个支撑座，计量鼓回转机构通过轴两端安装的万向球头支撑连接在壳体密封支撑组件的内部。计量示值指示机构通过安装支架安装连接在壳体密封与支撑组件的外部。计量示值指示机构和计量鼓回转机构通过位于密封壳体内外对应的两个非接触的磁盘相互磁耦合连接。
12.所述的一种高测量准确度湿式气体流量计，另一主要特征：采用后排气结构布局方式，由流量计密封壳体、计量鼓、输出气管以及焊接在流量计壳体上的进气接口和出气接口组成。计量鼓通过轴承安装在壳体焊接装配组件的密封腔体内，成为能自由回转的部件。腔体内密封液面把计量鼓内外部空腔分割成与气体计量直接相关的前仓室、计量室和集气室，形成气体介质从计量鼓前端进入后端排出的输气通道。
13.所述的一种高测量准确度湿式气体流量计，另一主要特征：采用计量鼓回转机构，由计量鼓、套筒、内磁盘、轴、球轴承、万向球头组成。其中计量鼓的旋转中心通过连接板与套筒焊接成一体，套筒的前端安装有一个内磁盘，内侧两端安装有两个球轴承，球轴承的中心装配有一根能转动的轴。计量鼓与轴通过球轴承相互连接支撑形成一个回转机构，该回转机构的轴两端安装有两个万向球头，万向球头安装在壳体密封支撑组件内壁中心轴线上的支撑座内，通过上述内外双层复合轴承旋转结构方式形成能够完全消除支撑座位置度误差的万向支撑结构。
14.所述的一种高测量准确度湿式气体流量计，另一主要特征：采用计量示值指示机构。由指针、芯轴、轴承、轴承座、支撑板、外磁盘组成。在壳体密封支撑组件的外壳连接固定有支撑板，支撑板中心位置安装有个双列结构的轴承座，轴承座内孔上安装有一对轴承，轴承中心孔上安装支撑有1根芯轴，芯轴的后端部安装有一个磁盘，芯轴的前端部安装有一个指针。外磁盘与壳体密封仓体内计量鼓上安装的内磁盘相互端面磁耦合连接，实现计量鼓回转计量值的同步外传递。芯轴上还安装有旋转角度量采集单元，其采集有两种方式，一种是在芯轴上安装有一个齿轮，将芯轴的旋转角度量传递到位于支撑板上的机械式计数器上，并显示出数值，一种是在芯轴上安装有个光栅编码器，将芯轴的旋转角度量转换成数字信号输出。
15.本实用新型专利的显著效果在于：
16.所述的模块化结构设计通过将湿式气体流量计各功能部件分别整合成计量示值指示机构、壳体焊接装配组件和计量鼓轮回转机构三个模块结构，各模块化部件间通过螺栓简易连接，部件之间连接可靠且互换性强。从而实现系列产品之间的快速状态切换，提高了流量计的装配生产效率，缩短了零部件加工周期，同时便于流量计的日常维修维护。
17.所述的后排气结构布局方式将决定示值误差大小的计量鼓进气端布置在密封液位面积相对较大的计量鼓外侧前仓室，计量鼓内部后侧较狭小的空间作为出气端集气室，使得计量室内的密封液位随进出气压差变化的幅度明显较小，减小了不同流量工况下进出气压力差变化引起的计量室空间变化所导致的示值误差增大。测试证明，本实用新型专利能将流量计全流量范围示值误差稳定地控制在
±
0.5％以内。
18.所述的计量鼓回转机构采用内外双层复合轴承支撑结构方式，轴与计量鼓轮完全分离开，轴不再旋转，只承担支撑作用，轴安装在外侧万向球头上。解决了壳体由于焊接变形导致壳体上前后对称分布的两个支撑座同轴度误差对轴承和计量鼓运转平稳性的影响问题，大幅提高了流量计的计量重复性精度，同时还降低了流量计相关零部件特别是壳体焊接组件的制造难度，提高了整机结构工艺性。
19.所述的计量示值指示机构传递计量值的方式使得流量计密封仓内计量鼓轮的旋转计量特性可以通过轴向端面磁耦合的非接触方式传递到流量计外部的计数器和刻度盘上。此结构解决了传统流量计因油封密封唇口接触部位的摩擦力引起的转动能量损耗后精度下降的问题。另外，内外磁盘均采用两端面轴向相互吸引的柔性连接的方式，相对于其它径向磁力吸引连接的方式的结构更加简单可靠。从而实现了流量计无泄漏隐患的全密封，能很好地保证湿式气体流量计的密封性、耐压性和耐久性等特性。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例的高测量准确度湿式气体流量计结构示意图；
21.图2为本实用新型实施例的后排气方式结构原理示意图；
22.图3为本实用新型实施例的计量鼓回转机构示意图；
23.图4为本实用新型实施例的计量示值指示机构示意图；
24.图5为本实用新型实施例的计量鼓循环工作原理示意图；
25.附图中：
26.1计量示值指示机构，2壳体密封支撑组件，3计量鼓回转机构，4进气接口，5前仓室，6密封壳体，7计量室，8计量鼓，9集气室，10输出气管，11密封液位面，12出气接口，13套筒，14内磁盘，15轴，16球轴承，17万向球头，18支撑座，19指针，20芯轴、21轴承、22轴承座、23支撑板、24 外磁盘、25角度量采集单元、26前侧叶片、27后侧叶片。
具体实施方案
27.以下结合附图实施例对本专利作进一步详细描述。
28.本实用新型所述的高测量准确度湿式气体流量计模块化结构，如图1所示：由计量示值指示机构(1)、壳体密封支撑组件(2)和计量鼓回转机构(3)三个模块化部件组成。所述壳体密封支撑组件(2)作用是支撑计量示值指示机构(1) 和计量鼓轮回转机构(3)在其内部旋转运动；且在壳体密封支撑组件(2)内部灌注一定量的密封液，密封液面与内部机械部分形成多个存储气体的密封腔体。计量鼓轮回转机构(3)作为气体介质体积计量功能部件，是通过万向轴承安装连接在壳体密封支撑组件(2)密封腔体的内部。计量示值指示机构(1)为计量值输出显示功能部件，是安装固定在壳体密封支撑组件(2)密封腔体的外部。此结构下的三大模块化部件之间用螺栓连接组合，可使用简易工具实现系列产品之间的快速状态切换和维修更换，同样可以实现模块化部件的批量标准化生产。
29.本实用新型所述的高测量准确度湿式气体流量计的后排气方式结构布局，如图2所示：采用后排气结构布局方式，该机构布局由图1中的壳体密封支撑组件 (2)和计量鼓回转机构(3)两个模块部件组合而成，后排气结构又按原理分为进气接口(4)、前仓室(5)、密封壳体(6)、计量室(7)、计量鼓(8)、集气室(9)、输出气管(10)、密封液位面(11)、出气接口
(12)。计量鼓(8)通过轴承支撑在壳体密封支撑组件(2)内部成为能自由回转的部件。腔体内密封液面(11) 把计量鼓(8)内外部空腔分割成与气体计量直接相关的，且在旋转过程中相互交替循环的前仓室(5)、计量室(7)和集气室(9)。此结构布局方式流量计工作在进气压力高于出气压力的气体流动状态下，气体在压力的作用下从进气接口 (4)进入前仓室(5)，在计量鼓(8)的计量室(7)的侧叶片内外形成压力差，在压力的作用下推动计量鼓(8)旋转，然后再计量鼓(8)内部仓室相互交替循环过程中气体进入计量室(7)内部，气体逐渐填充满计量室(7)后，再排放到集气室(9)，最后经过流量计后端的输出气管(10)和出气接口(12)排出流量计。
30.上述过程中最重要的是气体的计量过程，及计量鼓(8)内的计量室(7)的循环工作过程。如图5所示：分为进气、切换、排气三个过程。
31.进气过程：被测量气体在压力的作用下通过进气接口(4)进入流量计内部，气体在计量鼓(8)的侧叶片上产生压力差迫使计量鼓(8)整体旋转到图示5 进气过程位置，此时的计量鼓(8)前侧叶片(26)处于开启状态，计量鼓后侧叶片(27)处于关闭状态，前仓室(5)和计量室(7)处于连通状态，被测量气体气体进入计量室(7)并随着计量鼓的转动逐渐填充满计量室(7)。
32.切换过程：计量鼓侧叶片在气体压力差的作用下继续回转到图示5切换过程位置，计量鼓前侧叶片(26)和后侧叶片(27)同时处于关闭状态，此刻计量室 (7)即完成气体的完全填充，该瞬时被密封液面(11)封闭的计量室(7)内气体的体积量将被进行一次计量，此刻的液位高度决定了计量室(7)内计量气体体积的多少。
33.排气过程：计量鼓侧叶片在气体压力差的作用下继续回转到图示5排气过程位置，此过程计量鼓(8)前侧叶片(26)一直处于关闭状态，计量鼓(8)后侧叶片(27)随计量鼓(8)旋转缓慢打开，计量室(7)和集气室(9)实现连通，计量鼓继续旋转将测量气体从输出气管(10)全部排出。
34.按上述如图2所示的后排气方式结构布局，将决定示值误差大小的计量鼓(8) 进气端布置在密封液位面积相对较大的计量鼓(8)外侧的前仓室(5)，将计量鼓(8)内部后侧较狭小的储气空间集气室(9)作为出气端，从而使得进气端密封液位高度在受压前后相对变化较小，从而减小了流量计在全流量范围内的示值误差。
35.本实用新型所述的高测量准确度湿式气体流量计的计量鼓回转机构，如图3 所示：由计量鼓(8)、套筒(13)、内磁盘(14)、轴(15)、球轴承(16)、万向球头(17)组成。其中计量鼓(8)的旋转中心处通过连接板与套筒(13)焊接成一体，套筒(13)的前端安装有一个内磁盘(14)，内侧两端安装有两个球轴承(16)，球轴承(16)的中心装配有一根能转动的轴(15)。计量鼓(8)与轴 (15)通过球轴承(16)相互连接支撑形成一个回转机构，该回转机构轴(15) 的两端安装有两个万向球头(17)，万向球头(17)安装在壳体密封支撑组件(2) 内壁中心轴线上的支撑座(18)内，通过上述内外双层复合轴承旋转结构方式形成能够完全消除支撑座(18)位置度误差的万向支撑结构。此结构支撑回转部件的运转平稳性只受套筒(13)和轴(15)两个零件尺寸精度的影响，这两个零件可以通过精密机械加工来得到很好地保证，由此，完全避免因流量计壳体焊接变形对计量精度的影响，大大降低了流量计壳体加工的制造难度，改善了整机结构工艺性。
36.本实用新型所述的高测量准确度湿式气体流量计的计量示值指示机构,如图 3所
示：由指针(19)、芯轴(20)、轴承(21)、轴承座(22)、支撑板(23)、外磁盘(24)组成。在壳体密封支撑组件(2)的外壳连接固定有支撑板(23)，支撑板(23)中心位置安装有个双列结构的轴承座(22)，轴承座(22)的内孔两端安装有一对轴承(21)，轴承(21)中心孔上安装支撑有1根芯轴(20)，芯轴(20)的后端部安装有一个外磁盘(24)，轴的前端部安装有一个指针(19)。外磁盘(24)与壳体密封仓体内计量鼓(8)上安装的内磁盘(14)相互端面磁耦合连接，实现计量鼓(8)的回转计量值的实时外传递。芯轴(20)上还安装有旋转角度量采集单元(25)，其采集有两种方式，一种是在芯轴(20)上安装有一个齿轮，将芯轴(20)的旋转角度量传递到位于支撑板(23)上的机械式计数器上，并显示出数值，一种是在芯轴(20)上安装有个光栅编码器，将芯轴(20) 的旋转角度量转换成数字信号输出。