专利名称：涡轮式介质流量变换器的制作方法
本项发明属于机械制造业范围，更具体说，属于涡轮式介质流量变换器。
本项发明用来在许多工业部门，如石油、石油加工、化工和其它工业部门对变粘度液体的流量进行测量是最适当的。
当前，用来测量介质流量的涡轮式流量计，具有比较低的测量精度和比较窄的测量范围，这些问题是由于流量计特性的非直线性和对粘度变化的敏感性造成的。这种情况的发生是因为在使用涡轮式流量变换器的工艺装备中，流动介质的流量和粘度在宽大的范围进行变化。因此，当前存在着这样的课题，要保证在介质的流量和粘度具有宽大变化范围的情况下，具有比较高的测量介质流量的精度。
广为人知的是一种含有圆柱形壳体的涡轮式介质流量变换器(JP，A，52-25748)。在壳体内沿介质流的流向顺次安装有介质流的第一整流器，介质流轴向力的补偿器，叶轮和介质流的第二整流器。介质流的每一整流器制作为与壳体位于同一轴线，对着介质流流向的整流罩，并且在整流罩上沿径向安置有固定在壳体内的肋板。轴向力的补偿器制作成截锥状，并且以截锥较小的底面与第一整流罩的端面相作用。在轴向力补偿器的侧表面上，沿全部周边均匀地制作出平行于母线的通槽。叶轮安装得与壳体具有同一轴线，并且能够在壳体内转动。在安置叶轮区域内的壳体壁上，装有信号传送器的敏感元件，当对着敏感元件顺次放置叶轮的每一叶片时，该敏感元件将发生信号。
以上所述的变换器，可以测量具有各种不同粘度的介质的流量。但是，在结构上这样实施用于该变换器中的轴向力补偿器，由于通槽为直的，所以不能保证形成均匀的速度图和影响雷诺临界数的足够的介质流的紊流度，这样将降低测量精度，并且使测量范围变窄，叶轮工作的自适应区起始于雷诺临界数，在自适应区内，将达到变换的静力特性的直线化，减少被测介质粘度变化的影响。
本项发明的基本任务是研制一种涡轮式介质流量变换器，并且在结构上这样设计轴向力补偿器，当被测介质的流量和粘度在宽大的范围内变化时，这种结构设计可以保证有比较高的测量精度。
所提出的任务是这样解决的，涡轮式介质流量变换器内含有圆柱形壳体，在壳体内沿介质流的流向顺次安装有介质流的第一整流器，介质流轴向力的补偿器，叶轮和介质流的第二整流器，第一整流器制作为与壳体位于同一轴线，对着介质流流向放置的整流罩，并且在整流罩上沿径向安装有固定在壳体内的肋板，轴向力补偿器制作成截锥状，该截锥以其较小的底面与整流罩的端面相作用，并且在补偿器的侧表面上沿全部周边均匀地制作出通槽，叶轮安装得与壳体具有同一轴线，而且能够转动，第二整流器安置得与第一整流器相对垂直于叶轮转动轴线的平面是对称的，并且制作得相似于第一整流器，另外，在安置叶轮区域内的壳体壁上，装有信号传送器的敏感元件，当对着敏感元件顺次放置叶轮的每一叶片时，该敏感元件将发生信号，根据本项发明，补偿器的每条通槽要这样制作，使得通槽的纵向轴线在通过叶轮转动轴线平面上的投影与叶轮的转动轴线组成一个界于7～20°的夹角，并且该角以其顶点对着叶轮叶片倾斜角的顶点，在补偿器较大底面的范围内，全部通槽横截面的面积为叶轮入口处的通过截面面积的2～6%。
为了减少叶轮叶片的正面阻力，保证冲来的介质流无冲击地进入叶轮，以及减小靠在叶轮前面部分上的粘性摩擦力的力矩，将叶轮每个叶片的入口边缘的外形用两个平面来组成是适当的，两个平面的夹角在2/3(90°-γ)到(90°-γ)的范围内，这里的γ是叶轮叶片相对叶轮转动轴线的倾斜角。
下面利用对具体实施例的说明和对附图的引证详细解释本项发明。
图1表示根据本项发明制作的涡轮式介质流量变换器的纵剖面;
图2为图1上的Ⅱ-Ⅱ剖面。
图3为介质流轴向力的补偿器上通槽的分布简图。
所推荐的涡轮式介质流量变换器含有圆柱形壳体1(图1)，在壳体内沿介质流的流向顺次安装有介质流的第一整流器2，轴向力的补偿器3，叶轮4和介质流的第二整流器5。介质流的每一整流器2，5都相应地制作成为与壳体1位于同一轴线的整流罩6和7，并且在整流罩上沿径向安装有固定在壳体1内的肋板8和9。两整流罩6和7布置得与垂直于叶轮4的转动轴线的平面相对称。叶轮4安装在壳体1内的轴4a上，轴4a以其两端固定于整流罩6和7。介质流轴向力的补偿器3制作为截锥状，该截锥以其较小的底面与整流器6的端面相作用。在轴向力的补偿器3的侧表面上，沿全部周边均匀地制作出通槽10(图2)。补偿器3的每个通槽10要这样制作，使得其纵向轴线在通过叶轮4转动轴线12的平面上的投影11与叶轮4的转动轴线4构成界于7～20°的夹角α，并且该角以其顶点对着叶轮4上叶片13的倾斜角γ的顶点。当α＜7°和α＞20°时，在小流量范围内，由于被测介质的流量和粘度变化的影响，涡轮式流量变换器特性的直线性相应地在增加侧和减少侧变恶化，这样将导致测量精度的降低。
在补偿器3较大底面的范围内，所有通槽10的横截面面积为叶轮4入口处的通过截面面积的2～6%。如果全部通槽10横截面面积制作得超出占叶轮4入口处的通过截面面积2～6%这个范围，将不能保证介质流速度在叶轮4前面和后面有最佳的重新分布，由于速度差的作用，介质流速度的重新分布将影响介质的流体动力平衡，在全部通槽10横断面的面积小于叶轮4入口处的通过截面面积2%的情况下，借助于速度差的作用，叶轮4将挤压整流罩7，而在大于6%的情况下，借助于速度差的作用，叶轮4将挤压整流罩6，这样将恶化特性的直线性和测量精度。
叶轮4每个叶片13的入口边缘的外形用两个平面来形成，两个平面的夹角在2/3(90°-γ)到(90-γ)的范围内。这样可以减小叶片13的正面阻力，保证冲来的介质流无冲击地进入叶轮4，以及减小靠在叶轮4前面部分的粘性摩擦力的力矩，由于以上各点，特性的直线性可以得到改善，并且在小流量范围内，因被测介质粘度的变化造成的变换系数k＝ (ω)/(Q) (ω-角速度，Q-流量)的偏移也可以减小，变换系数k的偏移是影响测量精度和测量范围的。
在小流量范围内，用夹角大于(90°-γ)的两个平面制作每个叶片13的入口边缘的外形，会促使出现附加的牵连分速度，这种牵连分速度将产生阻止叶轮4转动的力矩，从而降低特性的直线性，以及降低涡轮式介质流量变换器的测量精度。根据设计方面的理由，用夹角小于2/3(90°-γ)的两个平面制作上述入口边缘的外形也是不适当的，因为这样对改善特性的直线性没有明显的影响。
在放置叶轮4的区域内的壳体1的壁上(图1)，安装与计算装置15连接在一起的信号传送器的敏感元件14。
所推荐的涡轮式介质流量变换器按下列方式进行工作。
进入圆柱形壳体1的介质流，穿过介质流的第一整流器2和轴向力补偿器3的通槽(图3)，与叶轮4的叶片13相作用，迫使叶轮以与被测介质流量成正比的角速度进行转动。
由于轴向力补偿器3的侧表面上制作的通槽10是倾斜的，穿过上述通槽10的介质流的流束具有转动运动，这样将促使出现脉动速度，提高介质流的紊流度，这种紊流度将移动层流边界层到紊流边界层的转变点，减小边界层的厚度，以及扩大叶轮4叶片13的带有紊流边界层的段落。这样也可减小雷诺临界数和扩大叶轮4工作的自适应区，在自适应区内可达到变换的静力特性直线化，以及减少被测介质粘性变化的影响，这种变化是影响测量精度和测量范围的。
在对着信号传送器的敏感元件14(图1)顺次放置叶轮4的叶片13时，将产生传送给计算装置15的电信号。
所推荐的根据本项发明制作的涡轮式介质流量变换器，可以显著提高介质流量的测量精度。由于叶轮的流体动力卸载，本涡轮式介质流量变换器具有增高的可靠性。此外，上述的涡轮式变换器制造工艺性好，维护和修理简便。
权利要求
1.涡轮式介质流量变换器含有圆柱形壳体(1)，在壳体内沿介质流的流向顺次安置有介质流的第一整流器(2)，介质流轴向力的补偿器(3)，叶轮(4)和介质流的第二整流器，第一整流器制作成与壳体(1)位于同一轴线的对着介质流流向的整流罩，并且在整流罩上沿径向装有固定在壳体(1)内的肋板(8)，补偿器(3)制装成截锥状，并且截锥以其较小的底面与整流罩(6)的端面相作用，在整流罩的侧表面上沿全部周边均匀地制作出通槽(10)，叶轮(4)安装得与壳体(1)具有同一轴线，并且能够转动，第二整流器(7)安置得与第一整流器相对垂直于叶轮(4)转动轴线(12)的平面是对称的，并且制作得相似于第一整流器，另外，在安装叶轮(4)区域内的壳体(1)的壁上放置信号传送器的敏感元件(14)，当对着敏感元件顺次安放叶轮(4)的每个叶片(13)时，该敏感元件将发生信号，本涡轮式介质流量变换器的特点是，补偿器(3)的每一通槽(10)要这样制作，使得通槽的纵向轴线在通过叶轮(4)转动轴线(12)的平面上的投影(11)与叶轮(4)的转动轴线(12)组成一个界于7～20°的夹角(α)，并且该角以其顶点对着叶轮(4)上叶片(13)的倾斜角(γ)的顶点，在补偿器(3)较大底面的范围内，全部通槽(10)的横截面面积占叶轮(4)入口处的通过截面面积的2～6%。
2.根据权利要求1，涡轮变换器的特点是，叶轮(4)每个叶片(13)的入口边缘的外形由两个平面形成，两个平面之间的夹角在2/3(90°-γ)到(90°-γ)的范围内，这里的γ是叶轮叶片相对于叶轮转动轴线的倾斜角。
全文摘要
根据本项发明制作的涡轮式介质流量变换器内，介质流轴向力补偿器(3)的每个通槽(10)要这样制作，使得通槽的纵向轴线在通过叶轮(4)转动轴线(12)平面上的投影(11)与叶轮(4)的转动轴线组成界于7～20°的夹角(α)，并且该角以其顶点对着叶轮(4)叶片(13)倾斜角(γ)的顶点。在补偿器(3)较大底面范围内，全部通槽(10)横截面的面积占叶轮(4)入口处的通过截面面积的2～6％。
文档编号G01F1/10GK1057902SQ9010335
公开日1992年1月15日 申请日期1990年7月5日 优先权日1990年7月5日
发明者罗伯特·G·马西亚格多夫, 维克多·T·迪雷巴克, 亚历山大·S·艾波雷克 申请人:″石油自动装置″科技联合公司