旋涡计量机构.pdf

本发明是一种利用“旋涡计量原理”设计而成的流体计量变送器，可广泛地应用于气体、液体在不同场合的计量。其主要特点是转动部件不用高精度的轴承支承，或不用刚性轴承，其计量精度几乎完全不依赖于轴承精度及其磨损程度。它是利用了流体柱涡的自动对中效应将转动部件自动对中，从而可靠地保证了转动部件长期高精度地运行于无磨损或微磨损的状态。现有的高精度流量计，一般为涡轮式流量计，它的转动部件由高精度的刚性轴承支承，由于它处于主流道中，轴承将承受很大的动量力，从而使轴承的磨损较快。而这种方式的流量计其计量精度完全取决于其轴承的精度，故它对轴承的制造、安装和运行精度要求很高，但其精度寿命却很低。这个问题当今在世界上仍为难题，虽然使用了昂贵的宝石轴承，但仍未尽人意。“旋涡计量机构”从根本上消除了上述地致命缺点，它的计量精度几乎完全与轴承的精度无关。它的转动部件处于非主流道的流体柱涡中，在流体柱涡的对中效应作用下，作稳定的自动对中的高精度运转，根本不需要刚性支承的高精度保证。如采用刚性支承，由于转动部件不受流体动量力的轴向作用，故其支承受力尽是转子的自重与其浮力之差，即受力很小，即使是廉价的普通轴承材料，也将极大地减轻磨损。更何况该方式的流量计精度不依赖于轴承精度。故可使精度寿命得以很大的提高。当采用端面磁悬浮轴承时，更体现了该计量机构的优越性，这时将成为永不磨损的流量计。由于流体柱涡的自动对中效应，转子根本不用刚性支承定位，即在转子转动计量时它将完全悬浮于流体旋涡之中，它将与流体旋涡作几乎同步的转动。这一点将使计量灵敏度和精度得以极大的提高。它可以容易地做到很小的通径和计量微小流量。又由于该流量计的转动部件几乎不用刚性支承，故可方便地应用于有较大震动的场合。如作为交通车辆使用的流量计，可使现在的经验性操作和管理科学化，体现节能效果。总之，由旋涡计量机构设计制造的流量计可容易地取代现有价格昂贵的涡轮流量计和功能相近的其它种类的流量计。同时该流量计的制造成本将低得多。
    附图（1）、附图（2）的说明：

    （1）出流孔、（2）本体、（3）出流整流器、（4）中心轴、（5）转子、（6）磁性材料部位、（7）、（8）接触或非接触端面轴承、（9）底盖、（10）磁电传感器、（11）进流孔、（12）紧定螺钉、（13）校正进流管、（14）压紧接头、（15）进流整流器、（16）旋涡区、（17）校正进流管安装孔。

    旋涡计量机构的基本原理性结构如下：该机构由旋涡形成机构、用于磁电转换的转子机构和校正微调机构三部分组成。其中旋涡形成机构一般由本体（2）、校正进流管（13）、压紧接头（14）、进流整流器（15）、出流整流器（3）和止转用紧定螺钉（12）组成，在本体（2）上有安装校正进流管（13）的圆柱孔（17）、旋涡区（16）、出流孔（1）和紧定螺钉孔。其中校正进流管（13）上的进流孔（11）的横截面形状一般是圆形，但也可以是其他的几何形状。当校正进流管（13）与本体（2）上的安装孔（17）装配后，其上的进流孔（11）的几何中心线，在图（2）所示的平面内与旋涡区（16）的中心线之间存在一个偏心距e，该偏心距e的大小可通过转动校正进流管（13）而改变。其中，本体（2）上的校正进流管安装孔（17）的中心线在图（2）平面内与旋涡区（16）的中心线之间也可以存在偏心距，它与校正进流管（13）上的进流孔（11）共同作用下产生一个可调的偏心距e。也可以不用校正进流管（13）而直接将安装孔（17）作为进流孔，此时该进流孔的横截面形状一般为圆形，但也可以是其他的几何形状。由此方式则可形成不可调偏心距的旋涡形成机构。当流体流经可调或不可调旋涡形成机构时，将在本体（2）上的旋涡区（16）内形成一个流体旋涡，其转速的大小与进流孔（11）中的平均流速成一定的函数关系。在该旋涡的带动下，处于其中的转子（5）也将跟随旋转，在磁电传感器（10）的配合下将输出转速信号，以作为计量用的信号源。

    用于磁电信号转换的转子机构一般由中心轴（4）、转子（5）、转子边缘上的磁性材料部位（6）、接触或非接触端面轴承（7）、（8）、底盖（9）及磁电传感器（10）等组成。其中，接触性端面轴承可用一般的低摩擦力的材料制造;非接触轴承用磁悬浮形式，在工作时，转子（5）在流体旋涡的带动及自对中作用下作跟随自对中旋转，一般情况下不与中心轴（4）接触，故其运转较稳定，与磁电传感器配合可输出高灵敏和高精度的计量用电信号。对于转子（5）的具体结构形式是多种多样的，可以是图示的叶片形也可以是圆柱形。对于外圆表面间隔均布的磁性材料的数量或叶片数量也可多、可少，这由实际产品需要而定。

    用与校正的微调机构一般由校正进流管（13）、本体（2）上的校正进流管安装孔（17）和紧钉螺钉（12）等组成。用此机构可方便地改变偏心距e的大小，以消除或减小由制造误差而引起的计量精度偏离。当校正进流管（13）与本体（2）的安装孔（17）装配后，进流孔（11）的几何中心线与旋涡区（16）的中心线之间的偏心距e，可由校正进流管（13）在其安装孔（17）中的相对周向位置来确定。校正后的位置用紧定螺钉（12）予以紧定。

    另外，进流整流器（15）用于将计量前管路中形成的干扰旋涡消除，以减小偶然计量误差。出流整流器（3）用于减小能量损失，对于不同的应用场合，该整流器可有、可无。

    旋涡计量机构的基本工作原理简述如下：

    当流体流动时，在旋涡形成机构的作用下，将在本体（2）的旋涡区（16）内形成一个旋涡，该旋涡的旋转速度与进流孔（11）中的平均流速成一定的函数关系，处于该柱涡中的转子（5）将被带动几乎作与流体旋涡角速度同步的自对中转动，将此转动用磁电传感器取出其转速信号，配以适当的计量显示装置，即可成为流量计。

    以“旋涡计量机构”为变送器而设计制造的流量计耐震动、耐冲击、灵敏度比现有的高得多，计量精度可与现有的高精度涡轮流量计匹敌，但其精度寿命却长得多。由于制造要求不高，故其成本很低。另外，由于它独具的耐震和高灵敏度的特性，可方便地作为车辆实际耗油流量计，从而使现行的经验性操作和管理科学化、定量化，从而也体现了节能性。