专利名称：一种转子容积式流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及到一种被由计量流体所驱动活塞转子的容积式流量计。
1976年被公开的专利号为3969940的美国专利，公开一种转子式容积式流量计(见
图1和图2)。它是由外壳(41)、盖(40)、两个转轴(112)和(111)、带动转动轴的两个传动齿轮(56)和(55)、四个顶尖(117)、两个定位块(115)和分别由两个轴带动而转动的端面叶片式计量转子a(119)和叶片式计量转子b(100)组成，其外壳的中间有两个中心轴线相互平行圆柱空腔a和圆柱空腔b，而且该两圆柱空腔横切面的圆周半径相等，两圆柱空腔中心轴线的距离小于该圆柱空腔的直径。其叶片转子由本体(101)和叶片(102)(见图2)组成，由叶片对流量计进口和出口进行隔断，并形成测量室。转子本体起着支撑叶片和保持叶片间相对位置的作用，其实质是一端面叶片流量计。公知的容积式流量计有多种类型，它们的共同特点是运动的测量元件与相对静止件之间，组成容积固定的测量室，由测量元件将测量室内的流体从流量计进口推向出口，从而完成对流体的容积的计量；由于加工精度、装配精度的不同，为了使相对运动成为可能，运动件与静止件之间需有一定的间隙，因为流量计进口和出口之间存在着压差，间隙和压差使得部分流体未经计量而经过间隙从进口向出口漏失，这个所漏失的流体量叫做“滑流量”。滑流量的多少及其稳定性，对于容积式流量计的计量准确度，是至关重要的。因此严格控制间隙的大小，增加漏失通道的长度，则成为提高容积式流量计计量准确度的重要条件。与所有的叶片流量计的特点相同，其沿圆周方向的漏失通道长度仅为叶片的厚度、从加工的角度来讲，由于叶片与转子本体衔接处的端面，难以进行精密加工，直接影响流量计计量准确度的提高。
本发明的目的在于提供一种活塞转子容积式流量计的技术方案，从易于精密加工的形体着眼，重新设计流量计的各个部件，使运动部件和静止部件之间保持尽可能小的间隙，使它们有尽可能大的相对运动衔接面，有尽可能长的漏失通道，从而尽可能减少滑流量提高计量的准确度。
为了能更好地达到以上的目的，我们提出了如图3的设计方案(见图3)，本发明流量计参与计量的静止部件由壳体(7)、端盖(4)和芯柱(5)构成，其壳体(7)的中间有两个直径及高度相同，轴线平行，圆周相交的圆柱空腔a和圆柱空腔b，空腔的两轴线间的距离小于一个空腔内半径与一个芯柱(5)外半径之和，大于一个空腔半径与一个芯柱(5)内半径之和；其空腔轴线与流量计的安装基面之间可以是垂直的、可以是平行的、也可以选择其他相对位置；两空腔轴线的距离与空腔内半径和芯柱(5)外半径之和的差为d，在两圆柱空腔柱面的相交处开有被计量流体的进口(13)和出口(14)(见图4)，本发明参与计量的运动部件是容积式转子。在本设计中它是两个完全相同的活塞转子(6a)和(6b)，每个活塞转子都是由相对应的活塞体(9a)和(9b)与活塞座(8a)和(8b)构成，活塞体(9a)、(9b)的横截面呈弓形，其活塞内分别套有一个静止的芯柱(5a)和(5b)，芯柱(5)是一个空心的圆柱体，在芯柱的外圆柱面上，开有一个凹陷的柱面槽(20)(见图5)，柱面槽(20)横切面的厚度为d(见图6)。凹陷的柱面槽(20)的曲率半径与壳体柱面内腔半径相同，凹陷的柱面槽(20)的曲率中心为壳体另一柱面空腔的轴线。在芯柱中分别装有转动轴a(3a)和与其完全相同的转动轴b(3b)，在转动轴的两头分别装有轴承(10)和紧固件(11)，其一端又分别装有相同的齿轮a(2a)和齿轮b(2b)，两转动轴上还分别装有磁耦合器(1)，用来向计数装置输出和传递活塞转子及传动轴的角位移的信号；其转动活塞的特征是两活塞转轴的距离名义上等于一个空腔内半径R与与芯柱外半径之和与柱面槽厚度d之差。其壳体(7)、端盖(4)、芯柱(5)、活塞转子(6)满足以下关系两活塞体(9a)和(9b)的外径和外壳(7)的两内腔内径名义上相等；两活塞体(9a)和(9b)的内径和两芯柱(5a)和(5b)的外径名义上相等；两活塞体(9a)和(9b)的高度与壳体(7)两内腔的高度及两芯柱(5a)和(5b)的工作高度名义上相等；本设计方案的意图是，选择最容易提高加工精度零部件的形体，确保加工精度和装配精度的提高，从而尽量减少运动件和静止件之间的间隙，减少由于间隙而产生的滑流量，提高流量计计量的准确度。为了保证加工和装配的精度，在本设计中，所有的运动部件和和运动部件与之接的静止部件的部位，都选用了圆柱面或者平面，而且组成活塞转子的活塞体(9a)(9b)和活塞座(8a)(8b)，可以是一体加工而成的，也可以是分别加工后，再按设计要求固定在一起的。在流量计整体装配时，两转子可以一致都顺向(即a和b转子都顺一个方向)，或者选择逆向(即a和b转子在满足轴线平行的条件下，各自朝一个方向)。组成活塞转子(6)的活塞体(9)和活塞座(8)，我们可以通过活塞转子的轴线作一个平面，使活塞体在该平面两侧所对应部分对称，我们称这个平面为活塞体对称面，如图7中的Y平面。
为提高本流量计动平衡的性能，本发明活塞转子(6)的活塞体(9)还可以设计成多活塞体型，即两活塞转子(6a)和(6b)上的活塞体可以是一个，可以是完全相同的两个，也可以是完全相同的三个。
当一个活塞转子是单个活塞体结构时(见图3和图5)，其每个活塞体所具有的圆心角小于180°，其两活塞转子(6)在装配时需满足特定位置装配，即装好后在转动中，需保证有一个状态是，当a活塞体的对称面和b活塞体的对称面重合，且a和b相对应的活塞体(9)呈弓形的弓背朝一个方向(如图9中的A图)；当一个活塞转子是两个活塞体结构时(见图10)，其每个活塞体所具有的圆心角小于90°，在同一活塞转子上的两个活塞体需安装在中心轴线的两边，相对面而装，且两活塞体的对称面重合；(即两对称面成180°)其两活塞转子(6)在装配时需满足特定位置装配，即装好后在转动中，需保证有一个状态是，a活塞体的对称面需和b活塞体的对称面相垂直(见图15)；当一个活塞转子是三个活塞体结构时(见图14)，其每个活塞体所具有的圆心角小于60°，在同一活塞转子上的三个活塞体需等角安装(即三个活塞体的对称面成120°)，其两活塞转子(6)在装配时需满足特定位置装配，即装好后在转动中，需保证有一个状态是当a的一个活塞体转到b的两个活塞体中间的空当位置时，其a的两个活塞体的对称面，需和b的第三个活塞体的对称面重合(见图16)；为了减小动不平衡，活塞体也可以造成空心的(见图17)。沿两芯柱(5a)和(5b)的外圆柱面，各开有一个凹陷的柱面槽(20)，柱面槽(20)的曲率半径与壳体柱面内腔半径相同，其曲率中心为壳体另一柱面空腔的轴线，在装配时，两芯柱的对称面需重合，且两柱面槽的距离最短(见图6，图中Z-Z平面就是芯柱的对称面)。由于芯柱是静止的，在制造时，芯柱(5a)和(5b)可以均固定在端盖(4)上，可以均固定在壳体(7)上，也可以分别固定在端盖(4)和壳体(7)上。其被计量流体的进口(13)和出口(14)可以分别被对称地设置在壳体(7)的两空腔圆柱面的交界处，也可以设置在交界处所对应的端面上(见图4)。
图9给出了单活塞体流量计计量流量的原理图，在图9中，密封的壳体(7)、端盖(4)、活塞转子a、活塞转子b、芯柱a、芯柱b、活塞体a、活塞体b把壳体中的空间分成流体输入腔(17a)和(17b)，(此时的流体输入腔(17b)实际上已经成为本设计容积固定的测量室)及流体输出腔(18a)和(18b)。流体在进口(13)和出口(14)之间保持一个压力差，随着流体压力的推动和转动齿轮的啮合，流体只能从进口进，出口出。在转动中，流体输入腔(17a)和(17b)及流体输出腔(18a)和(18b)的容积在不断地改变。从图9我们可以清楚地解释清本发明进行计量的过程和计量的原理。从图9的A图开始，在活塞体(9b)壳体(7)和芯柱(5b)间所形成的流体输入腔(17b)，此时流体输入腔(17b)压满流体，容积最大，且腔体和进口、出口的通路已经被隔断；在壳体(7)，活塞体(9a)、芯柱(5a)和活塞体(9b)间，在进口(13)流体压力的推动下，自小而大地形成了流体输入腔(17a)；在壳体(7)，活塞体(9a)、芯柱(5a)、和活塞体(9b)之间所形成的液体输出腔(18a)已经和出口(14)接通，流体输出腔在流体压力的推动下，容积越来越小，其内存放的流体被从腔体中挤出，排向出口(14)。当转子转到图9的B图位置时流体输入腔(17a)的容积继续扩大，流体继续进入，直至变成容积固定的测量室。在b转子中，由于在转动中打开了流体的出口，原先是流体输入腔的(17b)突然变成了流体输出腔(18b)，流体从腔中被挤出。当转子转到图9的C图位置时流体输入腔(17a)的容积最大，流体输出腔(18b)的容积继续减小，流体输入腔(17b)开始压入流体，此时流体输入腔(17a)处在测量室的状态下容积最大，且腔体和进口、出口的通路已经被隔断形成测量室。当转子转到图9的D图位置时流体输入腔(17b)的容积继续扩大，流体继续压入，在a转子中，由于在转动中打开了流体的出口，原先是流体输入腔的(17a)处在测量室的状态下突然变成了流体输出腔(18a)，流体从腔中被挤出。到此转子完成了旋转一周的动过程，每个转子完成了一次液体进入和排出的过程。由于进入是流体自己靠压力压进来的，又是在严密密封状态下进行；而排出是运动中的转子部件挤出来的，也是在严密密封状态下进行，精密的加工部件保证了最低限度的流体的漏失量，达到精密计量的效果。本发明壳体的一个空腔内的活塞体可以是一个，也可以是对称的大小相等的两个或者对称的大小相等的三个。两齿轮(2a)和(2b)是结构相同并互相啮合的齿轮，两转动活塞从原始的相对位置起，在两个相互啮合齿轮的作用下，作方向相反，角位移量同步的转动。因为流体进口处的压强高于出口处流体的压强，进出日之间流体的压差，是驱动活塞转动的唯一动力，转动轴对外界输出其角位移量的信号，用以代表被计量过的流体的容积量。本发明的容积式流量计设计的准确度可以分为两类，第一类，流量计的基本误差不大于±0.1％，重复误差不大于0.05％。这种流量计可以作为标准流量计使用，用于检定计量误差在±0.5％～±0.3％的其他流量计。第二类，流量计的基本误差不大于±0.2％，重复误差不大于0.1％，可以作为工作量器使用。为了保证流量计达到上述计量准确度，本发明的流量计有以下限制条件
1.流量计的通径为φ25～φ200mm；2.被计量流体的黏度不低于0.001PaS；3，最大流量与最小流量的比值不低于5；4.使用电脉冲传感装置对外输出流量信号，在黏度处于低限、在最大流量条件下，流量计进出口压差不大于20KPa。
本发明的设计方案，其测量室的测量部件和静止部件都是由圆柱面和平面构成，无任何特殊曲面。在机械加工中，圆柱面和平面容易实现高精度的加工，在装配中，容易实现高精度的装配且本设计已经考虑到测量部件和静止部件之间，平面与平面、名义曲率相同的柱面与柱面都以较大面积相互覆盖和衔接；在流量计的进口和出口之间形成的接触面的缝隙很长，即漏失通道较长。因此滑流量被限制在一个很低的水平，从而提高了流量计的计量准确度，又由于作为测量部件的活塞转子的转动中心，是由转动轴上的轴承确定其轴线位置的，活塞转子与静止部件之间有固定的间隙，其加工精度的公差即保证运动部件和静止部件不互相接触，又保证不产生或者在准确度之内少产生“滑流量”。如排除流体的因素外，两者之间不应存在直接摩擦，故流量计应有较长的使用寿命。流量计在工作过程中，部件和流体不存在任何宏观的往复运动，故不受往复惯性力的制约，可采用大流通面积，用于大流量的计量。如果进口(13)和出口(14)的压差过大，大到能使壳体变形时，那么本流量计静止部件的尺寸会发生变化(加大)，在计量过程中“滑流量”会加大，造成流量计计量准确度下降。在这种情况下，本流量计可采取双层壳体结构，内层是本流量计，在流量计的外边再包一个壳体，流体进来先充满外层，然后再从进口(13)进入流量计，从而减小了流量计壳体本身内外的压差，使壳体不产生形变或少产生变形，以保证流量计计量的准确度。至于外层壳体的膨胀，已经和计量的准确度无关。
本发明有如下附图；图1是美国专利3969940流量计的示意图；各图标注解如下外壳(40)、动齿轮b(55)、动齿轮a(56)、叶片转子b(100)、叶片转子a(119)、顶轴(117)、转轴a(111)转轴b(112)、定位块(115)。
图2是美国专利3969940流量计的叶片转子示意图；各图标注解如下转子本体(101)、叶片(102)。
图3是本发明流量计第一实施例活塞转子顺向装配的正面剖视示意图图中各标注解如下磁耦合器(1)、齿轮(2)、转动轴(3)、端盖(4)、芯柱(5)、活塞转子(6)、壳体(7)。
图4是本发明第一实施例的正面A-A剖视示意图；图中各图标注解如下进日(13)、出口(14)。
图5是本发明第一实施例一个活塞转子的主要部件示意图；图中各标注解如下活塞座(8)、活塞体(9)、轴承(10)图6是本发明壳体芯柱装配位置示意图；图7是本发明第一实施例活塞转子剖视示意图；图中各图标注解如下活塞体(9)、活塞座(8)、外弧线(15)、内弧线(16)。
图8是本发明的第一实施例，单活塞体活塞转子逆向装配的流量计正面剖视示意图；图9是本发明第一实施例工作原理示意图；图中各图标注解如下进流体腔(17)、出流体腔(18)图10是本发明第二实施例的双活塞体活塞转子结构示意图；图11是本发明第二实施例的双活塞体活塞转子顺向装配的流量计正面剖视示意图；图12是本发明第二实施例的双活塞体活塞转子顺向装配的流量计正面A-A剖视示意图；图13是本发明第二实施例的双活塞体活塞转子逆向装配的流量计正面剖视示意图；图14是本发明第三实施例的三活塞体活塞转子结构示意图；图15是双活塞体在流量计上的装配位置示意图；图16是三活塞体在流量计上的装配位置示意图。
图17是本发明第一实施例空心活塞体活塞转子示意图；图中各图标注解如下空心活塞体(19)。
本发明有以下实施例图3是本发明的第一实施例，它是活塞转子中单个活塞体结构的流量计，其技术方案在前面已经作了详细完整的叙述。
图10所给出的第二实施例，是每个活塞转子内的有两个活塞体的设计方案，该方案的静止部件结构，仍然由壳(7)，端盖(4)和芯柱(5)构成，在壳体(7)上仍然设计有流体的进口(13)和、出口(14)；参加计量工作的运动部件仍然是活塞转子(6)，活塞转子由活塞体(9)和活塞座(8)组成，活塞转子内套有静止的芯柱(5)，芯柱中装有转动轴(3)，轴两头装有轴承(10)和垫圈(11)，轴的一端装有齿轮(2)及磁耦合器(1)。和第一实施例不同的是当一个活塞转子是两个活塞体结构时(见图10)，其每个活塞体所具有的圆心角小于90°，在同一活塞转子上的两个活塞体需安装在中心轴线的两边，相对面而装，且两活塞体的对称面重合；其两活塞转子(6)在装配时需满足对称装配，即装好后在转动中，当a活塞体的对称面需和b活塞体的对称相面垂直(见图15)。
图11所给出的第三实施例，是每个活塞转子内的有三个活塞体的设计方案，该方案的静止部件结构，仍然由壳(7)，端盖(4)和芯柱(5)构成，在壳体(7)上仍然设计有流体的进口(13)和、出口(14)；参加计量工作的运动部件仍然是活塞转子(6)，活塞转子由活塞体(9)和活塞座(8)组成，活塞转子内套有静止的芯柱(5)，芯柱中装有转动轴(3)，轴两头装有轴承(10)和垫圈(11)，轴的一端装有齿轮(2)及磁连轴器(1)。和第一第二实施例不同的是当一个活塞转子是三个活塞体结构时(见图14)，其每个活塞体所具有的圆心角小于60°，在同一活塞转子上的三个活塞体需等角安装，其两活塞转子(6)在装配时需满足对称装配，即装好后在转动中，当a的一个活塞体的对称面和b轴线对面的b的一个对应活塞体的对称面重合(见图16)。
权利要求
1.一种转子容积式流量计，它是由有两个平行内圆柱空腔的外壳、盖、两个转轴、两个带动轴转动的齿轮和容积式计量转子组成，本发明的特征在于1).本发明流量计的静止部件由壳体(7)、端盖(4)和芯柱(5)构成，其壳体的中间有两个轴线相互平行的圆柱空腔a和圆柱空腔b，空腔的两中心轴线间的距离小于一个空腔内半径与一个芯柱外半径之和，大于一个空腔半径与一个芯柱内半径之和；其空腔轴线与流量计的安装基面之间可以是垂直的、可以是平行的、也可以选择其他方向；两空腔轴线的距离与空腔内半径和芯柱外半径之和的差为d，2).有四个转动轴承(10)；3).其壳体(7)、端盖(4)、芯柱(5)、活塞转子(6)满足以下关系两活塞体(9a)和(9b)的外径和外壳(7)两空腔内径名义上相等；两活塞体(9a)和(9b)的内径和两芯柱(5a)和(5b)的外径名义上相等；两活塞体(9a)和(9b)的高度与壳体(7)内腔的高度及两芯柱(5a)和(5b)的工作高度名义上相等；4).其容积式转子是两个对称的大小相等的活塞转子(6a)和与其完全相同的活塞转子(6b)，它是由完全相同的活塞体(9a)和(9b)与活塞座(8a)和(8b)构成，其活塞体内分别套有一个静止的完全相同的芯柱(5a)和(5b)，芯柱是个空心的圆柱体，在芯柱中分别装有转动轴a(3a)和与其完全相同的转动轴b(3b)，在转动轴的两头装有轴承(10)和紧固件(11)，其一端又分别装有完全相同的齿轮(2a)和齿轮(2b)，并装有磁耦合器(1)；5).其两活塞转子(6a)和(6b)内的活塞体(9)可以是一个，可以是完全相同的两个，也可以是完全相同的三个。6).活塞转子内活塞体的个数不同，其活塞体的结构也不相同，①、当一个活塞转子是单个活塞体结构时，其每个活塞体所具有的圆心角小于180°，其两活塞转子(6)在装配时需满足特定位置装配；即装好后在转动中；需保证有一个状态是当a活塞体的对称面和b活塞体的对称面重合时，a和b相对应的活塞体(9)呈弓形的弓背朝一个方向；②、当一个活塞转子是两个活塞体结构时，其每个活塞体所具有的圆心角小于90°，在同一活塞转子上的两个活塞体需安装在中心轴线的两边，相对面而装，且两活塞体的对称面重合；其两活塞转子(6)在装配时需满足特定位置装配，即装好后在转动中，需保证有一个状态是当a活塞体的对称面需和b活塞体的对称相面垂直；③、当一个活塞转子是三个活塞体结构时，其每个活塞体所具有的圆心角小于60°，在同一活塞转子上的三个活塞体需等角安装，其两活塞转子(6)在装配时需满足特定位置装配，即装好后在转动中，需保证有一个状态是当a的一个活塞体转到b的两个活塞体的空当位置时，前a的这个活塞体的对称面，需和b的第三个活塞体的对称面重合；7).沿两芯柱(5a)和(5b)的外圆柱面，各开有一个凹陷的柱面槽(20)，柱面槽(20)的曲率半径与壳体柱面内腔半径相同，其曲率中心为壳体另一柱面空腔的轴线，其凹陷的柱面槽(20)横切面沿两弧线间的矩离名义上等于d，在装配时，两活塞转动子内芯柱的对称面需重合，两柱面槽(20)的距离最短。
2.根据权利要求1所述的流量计，其特征是活塞体(9a)和(9b)可以是实心的，也可以是空心的。
3.根据权利要求1所述的流量计，其特征是分别组成活塞转子(6a)和(6b)的活塞体(9a)(9b)和活塞座(8a)(8b)，可以是一体加工而成的，也可以是分别加工后，再按设计要求固定在一起的。
4.根据权利要求1所述的流量计，其特征是芯柱(5a)和(5b)可均固定在端盖(4)上，可以均固定在壳体(7)上，也可以分别固定在端盖(4)和壳体(7)上。
5.根据权利要求1所述的流量计，其特征是被计量流体的进口(13)和出口(14)可以分别被对称地设置在壳体(7)的两圆柱形空腔的交界处，也可以设置在交界处所对应的端面上。
全文摘要
本发明公开了一种转子式容积流量计，该设计在流体压差的推动下，推动由转子、壳体和芯柱间由设计而产生的容积腔的转动。定量地把流体从进口输向出口，完成对流体的计量，由于运动件和静止件的衔接部位，都选取最容易提高加工和装配精度的圆柱面和平面，从而减少了计量过程中的滑流量，提高了计量的准确度且易于投入生产。单容积腔和多容积腔的方案，改进了转动计量中的动不平衡，提高了效率，减少了噪音和磨损，形成了自己的系列产品。
文档编号G01F11/28GK1134545SQ9510388
公开日1996年10月30日 申请日期1995年4月25日 优先权日1995年4月25日
发明者赵汝沅 申请人:赵汝沅