一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计的制作方法

本发明涉及涡轮流量计，具体涉及一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计。

背景技术：

1、在大推力液体火箭发动机设计初期，主要依靠热试车确定发动机的性能参数，发动机在热试车时工况变化较大，推进剂供应流量跟随发动机工况的变化而变化，因此推进剂供应流量的变化也比较大，实现流量精确测量的难度也随之增大，但精确的流量测量对于发动机的性能评价而言又至关重要。

2、目前通常采用涡轮流量计进行推进剂流量测量，其测量原理是流体经过涡轮叶片时，推动叶片旋转，因为叶片为导磁叶片，将会产生磁通量变化，通过磁通量变化进而计算出流量，为了保证发动机推进剂的供应，与涡轮流量计适配的管道一般直径又比较大，这样就造成推进剂流量减小时，通过涡轮叶片的推进剂流速明显降低，流体流速对普通涡轮流量计的测量精度有很大影响，流速的下降将会导致涡轮流量计的测量精度以及输出频率下降。若选用口径较小的涡轮流量计来提高推进剂的流速，则与涡轮流量计进液端相连的管道口径也会相应减小，这将会导致管道与涡轮流量计接口处的流场发生变化，不能满足小口径涡轮流量计的流场要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有涡轮流量计不能在大口径低流速的管路中精确测量流量的问题，而提供一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了如下技术解决方案：

3、一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特殊之处在于：包括壳体、叶轮转子、支撑轴、前导流架、后导流架、信号采集装置；

4、所述壳体具有可供流体流动的流通通道；

5、所述前导流架设置在流通通道的进液端，所述后导流架设置在流通通道的出液端，前导流架与后导流架上均连接有多个导流叶片，前导流架、后导流架上的多个导流叶片均与壳体内壁固定连接；

6、所述叶轮转子包括轮毂，所述支撑轴两端分别与前导流架和后导流架连接，轮毂位于前导流架与后导流架之间并且转动装配在支撑轴上，轮毂外周面上沿周向均匀设置有涡轮叶片，涡轮叶片由不导磁金属材料制成；

7、所述信号采集装置包括设置在涡轮叶片外周面的导磁开孔环毂以及设置在壳体外壁上的信号发生器，导磁开孔环毂包括环毂本体和导磁孔，导磁孔沿环毂本体周向均匀设置，信号发生器设置在壳体外壁上与导磁孔对应的位置；

8、所述前导流架为圆锥体结构，圆锥顶角不大于30°、不小于15°，圆锥顶角一端朝向进液端，使位于前导流架的流通通道自进液端到涡轮叶片逐渐收窄。

9、进一步地，所有导流叶片通过设置在壳体内壁上的导流叶片安装槽固定在壳体上，并且位于后导流架上的导流叶片与壳体内壁通过焊接加强连接。

10、进一步地，所述轮毂为空心轮毂，包括内毂与外毂，内毂通过轴承转动装配在支撑轴上，外毂与内毂固定连接，涡轮叶片沿周向均匀设置在外毂外周面的最高位。

11、进一步地，位于涡轮叶片与后导流架之间的外毂沿周向开设有第一流通孔，第一流通孔位于外毂外周面的最高位，内毂沿周向开设有第二流通孔。

12、进一步地，位于涡轮叶片与后导流架之间的外毂沿周向还开设有止推孔。

13、进一步地，所述前导流架包括前导流架架体以及设置在前导流架架体内部用于与支撑轴连接的前支撑轴座，在前导流架架体与前支撑轴座之间存在前导流空腔，前导流架架体尾端与外毂之间存在间隙，间隙联通流通通道与前导流空腔。

14、进一步地，所述后导流架为圆锥体结构，圆锥顶角不大于45°、不小于25°，圆锥顶角一端朝向出液端，使位于后导流架的流通通道自靠近涡轮叶片一端到出液端逐渐放宽；后导流架包括后导流架架体以及设置在后导流架架体内部用于与支撑轴连接的后支撑轴座，在后导流架架体与支撑轴座之间存在后导流空腔，后导流架架体上沿周向设置有后导流孔，后导流孔联通后导流空腔与流通通道。

15、进一步地，所述前导流架设置有轴向约束螺杆，轴向约束螺杆与支撑轴位于同一轴线，轴向约束螺杆的一端穿过前支撑轴座与支撑轴螺纹连接，另一端安装有锁紧螺母；前导流架架体与后导流架架体的圆锥顶角一端端部均为球面状。

16、进一步地，所述涡轮叶片为弯扭叶片；所述不导磁金属材料为不锈钢。

17、进一步地，所述环毂本体厚度为2-4mm，并且环毂本体与壳体内壁的距离不大于1.5mm。

18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

19、(1)本发明提供的一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计由壳体、前导流架、后导流架、叶轮转子、支撑轴、信号采集装置等组成，前、后导流架分别位于壳体的进液端和出液端，叶轮转子位于前、后导流架之间，并且前导流架为圆锥体结构，其圆锥顶角一端朝向进液端，位于前导流架的流通通道自进液端到叶轮转子的涡轮叶片逐渐收窄，这样流体在通过前导流架时将会被加速，在不改变与流量计相连管道直径的前提下，提高了流体流速。叶轮转子包括轮毂与涡轮叶片，涡轮叶片周向设置有导磁开孔环毂，涡轮叶片由不导磁金属材料制成，改变传统以导磁叶片产生磁通量变化的方式，通过导磁开孔环毂产生磁通量变化，导磁孔的数量决定流量计输出频率，输出频率不再被叶片数量所限制，并且可以成倍的增加。

20、(2)本发明提供的一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计将后导流架与壳体采用安装槽与焊接的加强固定连接设置，为叶轮转子提供了重要的轴向支撑，提升了涡轮流量计的强度和稳定性。

21、(3)本发明提供的一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计的轮毂为空心轮毂，降低了转动惯量，同时也降低了涡轮流量计在小流量测量状态下的启动流量。

22、(4)本发明提供的一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计的轮毂通过前导流架与外毂之间的间隙以及第一流通孔与第二流通孔，使流体可以进入轴承与支撑轴，对轴承与支撑轴起到润滑作用，并且还可以通过流体对轴承进行冷却。

23、(5)本发明提供的一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计的外毂上开设有止推孔，止推孔联通流通通道与轮毂内部，平衡内外压差，降低了轮毂所受的轴向力，提高了测量精度。

24、(6)本发明提供的一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计的涡轮叶片为弯扭叶片，相比于传统直叶片，弯扭叶片叶顶泄漏流减小，同时叶片尾缘流动损失降低，提升了涡轮流量计测量精度。

25、(7)本发明提供的一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计通过轴向约束螺杆对支撑轴进行轴向精确约束，进而通过锁紧螺母固定，防止支撑轴发生轴向窜动进而影响测量精度，结构简单，操作方便。

技术特征：

1.一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：包括壳体(1)、叶轮转子、支撑轴(6)、前导流架(2)、后导流架(7)、信号采集装置；

2.根据权利要求1所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：所有导流叶片通过设置在壳体(1)内壁上的导流叶片安装槽固定在壳体(1)上，并且位于后导流架(7)上的导流叶片与壳体(1)内壁通过焊接加强连接。

3.根据权利要求2所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：所述轮毂(8)为空心轮毂，包括内毂(81)与外毂(82)，内毂(81)通过轴承(10)转动装配在支撑轴(6)上，外毂(82)与内毂(81)固定连接，涡轮叶片(3)沿周向均匀设置在外毂(82)外周面的最高位。

4.根据权利要求3所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：位于涡轮叶片(3)与后导流架(7)之间的外毂(82)沿周向开设有第一流通孔(821)，第一流通孔(821)位于外毂(82)外周面的最高位，内毂(81)沿周向开设有第二流通孔(811)。

5.根据权利要求4所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：位于涡轮叶片(3)与后导流架(7)之间的外毂(82)沿周向还开设有止推孔(822)。

6.根据权利要求5所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：所述前导流架(2)包括前导流架架体(21)以及设置在前导流架架体(21)内部用于与支撑轴(6)连接的前支撑轴座(22)，在前导流架架体(21)与前支撑轴座(22)之间存在前导流空腔(23)，前导流架架体(21)尾端与外毂(82)之间存在间隙(15)，间隙(15)联通流通通道与前导流空腔(23)。

7.根据权利要求6所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：所述后导流架(7)为圆锥体结构，圆锥顶角不大于45°、不小于25°，圆锥顶角一端朝向出液端，使位于后导流架(7)的流通通道自靠近涡轮叶片(3)一端到出液端逐渐放宽；后导流架(7)包括后导流架架体(71)以及设置在后导流架架体(71)内部用于与支撑轴(6)连接的后支撑轴座(74)，在后导流架架体(71)与后支撑轴座(74)之间存在后导流空腔(72)，后导流架架体(71)上沿周向设置有后导流孔(73)，后导流孔(73)联通后导流空腔(72)与流通通道。

8.根据权利要求7所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：所述前导流架(2)设置有轴向约束螺杆(11)，轴向约束螺杆(11)与支撑轴(6)位于同一轴线，轴向约束螺杆(11)的一端穿过前支撑轴座(22)与支撑轴(6)螺纹连接，另一端安装有锁紧螺母(12)；前导流架架体(21)与后导流架架体(71)的圆锥顶角一端端部均为球面状。

9.根据权利要求1所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：所述涡轮叶片(3)为弯扭叶片；所述不导磁金属材料为不锈钢。

10.根据权利要求1所述的大口径低流速流量测量的涡轮流量计，其特征在于：所述环毂本体(51)厚度为2-4mm，并且环毂本体(51)与壳体(1)内壁的距离不大于1.5mm。

技术总结
本发明涉及涡轮流量计，具体涉及一种大口径低流速流量测量的涡轮流量计，解决现有涡轮流量计不能在大口径低流速的管路中精确测量流量的问题。本发明包括壳体、叶轮转子、支撑轴、前导流架、后导流架、信号采集装置，两导流架分设在壳体进、出液端，两导流架上的导流叶片与壳体固定连接；叶轮转子位于两导流架之间，叶轮转子包括轮毂和涡轮叶片，轮毂与支撑轴转动连接，支撑轴与两导流架连接，信号采集装置包括涡轮叶片外周面的导磁开孔环毂以及壳体外壁上的信号发生器，信号发生器设置在与导磁孔对应的位置；前导流架为圆锥体结构，圆锥顶角不大于30°、不小于15°，其圆锥顶角朝向进液端，位于前导流架的流通通道自进液端到涡轮叶片逐渐收窄。

技术研发人员：杨东,徐鸿鹏,于军,刘洋,朱耀耀,曾宪林,岳睿波
受保护的技术使用者：西安航天动力试验技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15