專利名稱：柱塞式流量脈動(dòng)發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及管道內(nèi)流量控制領(lǐng)域，特別涉及在管道內(nèi)產(chǎn)生幅值和周期可調(diào) 節(jié)脈動(dòng)流量的柱塞式流量脈動(dòng)發(fā)生器。
技術(shù)背景在核反應(yīng)堆和鍋爐電廠中存在有大量的兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性現(xiàn)象，流動(dòng)不穩(wěn) 定性的現(xiàn)象之一就是流量脈動(dòng)。另外，人體心臟收縮也會(huì)產(chǎn)生動(dòng)脈血管中血 液流量有節(jié)奏的起伏。為了分析工業(yè)中兩相流動(dòng)不穩(wěn)定性所帶來(lái)的影響及醫(yī) 學(xué)研究中模擬心臟泵血，必須在實(shí)驗(yàn)管道中產(chǎn)生脈動(dòng)流量。常規(guī)的流量脈動(dòng) 產(chǎn)生方法一般是在管道主泵后加一個(gè)由變頻器控制的輔泵。主泵轉(zhuǎn)速恒定的 情況下，利用變頻器改變輔泵轉(zhuǎn)速，從而在主流量上疊加了脈動(dòng)流量。此種 脈動(dòng)產(chǎn)生方法容易實(shí)驗(yàn)和操作但得到的流量脈動(dòng)幅值有限， 一般不超過(guò)平 均流量的30%;脈動(dòng)曲線不夠規(guī)則；脈動(dòng)幅值不易改變；脈動(dòng)周期除受變頻器 控制外，還受輔泵轉(zhuǎn)速變化影響，不能產(chǎn)生高頻脈動(dòng)；且對(duì)輔泵運(yùn)行壽命有 很大影響。美國(guó)專利US4512514和US4267856描述了兩種被動(dòng)式流量脈動(dòng)發(fā)生裝置。 在固定流速下，兩種流量脈動(dòng)發(fā)生裝置產(chǎn)生的脈動(dòng)幅值和頻率都無(wú)法調(diào)節(jié)。日本專利2002-257032描述了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)活塞式脈沖泵?；钊淄?的前端分別由進(jìn)出口閥門(mén)與進(jìn)出管道連接，偏心輪驅(qū)動(dòng)活塞在活塞缸內(nèi)做往 復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生間歇脈動(dòng)流量。脈動(dòng)的頻率可以通過(guò)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。但活 塞缸筒直徑和活塞行程固定，因此脈動(dòng)幅值固定。此外，由于進(jìn)出管道分別由進(jìn)出閥門(mén)控制，吸入流體時(shí)，出口閥門(mén)會(huì)關(guān)閉，下游無(wú)流量。因此，該脈沖泵產(chǎn)生的是間歇型脈動(dòng)流動(dòng)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)不足，提供了一種可調(diào)節(jié)脈動(dòng)幅值 和脈動(dòng)周期的柱塞式流量脈動(dòng)發(fā)生器，該發(fā)生器使管道內(nèi)的瞬時(shí)流量曲線為 波動(dòng)的正弦曲線，并且流量脈動(dòng)的幅值和周期可以方便的進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而得 到脈動(dòng)幅值和周期可控的管道內(nèi)流量波動(dòng)。本發(fā)明利用軸承及滑塊相結(jié)合將推進(jìn)軸隨轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓周運(yùn)動(dòng)分解為軸 承的轉(zhuǎn)動(dòng)、推進(jìn)滑塊在推進(jìn)導(dǎo)軌上的上下滑動(dòng)及推進(jìn)導(dǎo)軌帶動(dòng)柱塞在缸筒內(nèi)的往復(fù)直線簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)；將缸筒出口接入流動(dòng)管道，利用柱塞在缸筒內(nèi)的往復(fù) 直線簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)將流體吸入或排出缸筒，在管道主流量上疊加一個(gè)脈動(dòng)；通過(guò) 變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量脈動(dòng)的周期；改變推進(jìn)軸在轉(zhuǎn)盤(pán)上的固定半徑， 以此改變柱塞的行程，或更換不同柱塞直徑的缸筒組件，從而改變每個(gè)固定 脈動(dòng)周期內(nèi)缸筒內(nèi)的抽吸量(等于總排出量)，進(jìn)行脈動(dòng)的幅值改變。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案本發(fā)明導(dǎo)向直線導(dǎo)軌固定在基座側(cè)壁，兩個(gè)導(dǎo)向直線導(dǎo)軌上分別設(shè)置導(dǎo) 向滑塊，推進(jìn)導(dǎo)軌基座與導(dǎo)向滑塊固定在一起，推進(jìn)導(dǎo)軌基座前端與柱塞末 端連接，柱塞前端連接缸筒和密封端蓋，缸筒和密封端蓋固定在基座前端壁 面上，推進(jìn)直線導(dǎo)軌固定在推進(jìn)導(dǎo)軌基座的導(dǎo)軌基面上，推進(jìn)直線導(dǎo)軌上的 推進(jìn)滑塊與帶有軸承槽的滑塊基座相連接，推進(jìn)軸一端通過(guò)軸承槽內(nèi)的軸承 與滑塊基座連接，另一端連接在轉(zhuǎn)盤(pán)不同半徑上的定位孔中，轉(zhuǎn)盤(pán)連接到帶 有軸套的提手上，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的減速器輸出軸連接提手的軸套。定位孔為分布在轉(zhuǎn)盤(pán)周向不同半徑處的六方孔，推進(jìn)軸與轉(zhuǎn)盤(pán)連接的一 端為相同尺寸的六方柱，推進(jìn)軸固定在不同轉(zhuǎn)盤(pán)徑向上的定位孔處，產(chǎn)生不 同的柱塞行程。缸筒端蓋采用斯特封密封柱塞，缸筒端蓋和缸筒由螺栓固定在基座前端， 柱塞的末端采用螺紋與豎直導(dǎo)軌基座連接。本發(fā)明通過(guò)柱塞在缸筒內(nèi)的往復(fù)直線簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)不斷的將主管道內(nèi)流體吸 入和排出缸筒，在平均主流量上疊加了一個(gè)正弦脈動(dòng)流量。該正弦脈動(dòng)的周 期和幅值可以通過(guò)主動(dòng)精確的改變抽吸的頻率及體積進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可以得 到各平均主流量下的不同脈動(dòng)周期和脈動(dòng)幅值的正弦流量波動(dòng)。


圖l(a)是本發(fā)明的流量脈動(dòng)發(fā)生器的等軸視圖；圖l(b)是流量脈動(dòng)發(fā)生器的正視圖，其中不包括減速器和電動(dòng)機(jī)； 圖l(C)是流量脈動(dòng)發(fā)生器的左視圖，其中不包括減速器和電動(dòng)機(jī)； 圖l(d)是流量脈動(dòng)發(fā)生器的俯視圖，其中不包括減速器和電動(dòng)機(jī)； 圖2是柱塞缸筒組件裝配圖； 圖3是各導(dǎo)軌組件裝配的軸視圖； 圖4是流量脈動(dòng)發(fā)生器速度分解示意圖； 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D1 (a)、圖1 (b)、圖1 (C)及圖1 (d)所示，導(dǎo)向直線導(dǎo)軌7、14固定在基座1側(cè)壁。推進(jìn)導(dǎo)軌基座9由螺釘與導(dǎo)向直線導(dǎo)軌7、 14上的導(dǎo)向滑塊8、 13固定在一起。推進(jìn)導(dǎo)軌基座9前端與柱塞4末端連接。柱塞4 前端配套的缸筒2和密封端蓋3固定在基座1前端。推進(jìn)直線導(dǎo)軌10固定在 推進(jìn)導(dǎo)軌基座9的導(dǎo)軌基面上。推進(jìn)直線導(dǎo)軌10上的推進(jìn)滑塊11與帶有軸 承槽的滑塊基座12相連接。推進(jìn)軸15 —端通過(guò)軸承槽內(nèi)的軸承19與推進(jìn)軸 15連接，另一端插入轉(zhuǎn)盤(pán)16不同半徑上的定位孔17中，并由螺母固定在轉(zhuǎn) 盤(pán)16上。轉(zhuǎn)盤(pán)16由螺釘及定位銷(xiāo)子連接到帶有軸套的提手18上。由電機(jī)6 驅(qū)動(dòng)的減速器5輸出軸連接提手18的軸套，帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)16旋轉(zhuǎn)。參照?qǐng)D2所示，缸筒2為帶有法蘭的不銹鋼圓筒，缸筒2前端為出口管 段。缸筒2后端插入密封端蓋3后，由螺釘將缸筒2及密封端蓋3固定在基 座1前端，兩者法蘭之間由O型密封圈20進(jìn)行密封。密封端蓋3為帶孔法蘭 結(jié)構(gòu)。密封端蓋3的柱塞4導(dǎo)向孔中依次布置格來(lái)圈21、斯特封22及防塵圈 23對(duì)柱塞4進(jìn)行導(dǎo)向、密封和防塵。柱塞4在缸筒2內(nèi)的活動(dòng)端為與缸筒2 相匹配的柱塞桿。另一端為螺栓結(jié)構(gòu)24，與豎直導(dǎo)軌基座9預(yù)留螺栓孔連接。 整套柱塞缸筒組件可以很方便地從基座1上取下，進(jìn)行檢修或更換不同柱塞 桿徑的缸筒組件。參照?qǐng)D3所示，推進(jìn)直線導(dǎo)軌10及推進(jìn)滑塊11、導(dǎo)向直線導(dǎo)軌7、 14及 其上滑塊8、 13為標(biāo)準(zhǔn)四排珠自潤(rùn)式線性滑軌組件。在導(dǎo)軌基面方向受拉壓 力條件下，滑塊可沿直線導(dǎo)軌的軸向做直線運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)向直線導(dǎo)軌7、 14固定 在基座1側(cè)壁水平方向，對(duì)豎直導(dǎo)軌基座9及柱塞4的水平運(yùn)動(dòng)進(jìn)行導(dǎo)向。 推進(jìn)導(dǎo)軌基座9側(cè)面上下各有一個(gè)滑塊連接基面，由螺釘將推進(jìn)導(dǎo)軌基座9 連接到導(dǎo)向直線導(dǎo)軌7、 14的滑塊8、 13上。推進(jìn)導(dǎo)軌基座9正面為推進(jìn)直 線導(dǎo)軌10的固定基面，推進(jìn)直線導(dǎo)軌10由螺釘固定在推進(jìn)導(dǎo)軌基座9基面上。推進(jìn)導(dǎo)軌基座9另一側(cè)為與柱塞4末端螺栓24相匹配的螺栓孔，與柱塞 4相連接。推進(jìn)導(dǎo)軌10上的推進(jìn)滑塊11連接帶有軸承槽的滑塊基座12。推 進(jìn)軸15 —端為軸承桿，中段是與轉(zhuǎn)盤(pán)16上六方定位孔17相匹配的六方柱， 末端為螺栓桿。推進(jìn)軸15的軸承桿段通過(guò)軸承19連接到滑塊基座12上。轉(zhuǎn)盤(pán)和提手的具體裝配參照?qǐng)D1 (b)所示轉(zhuǎn)盤(pán)16為開(kāi)有定位孔17的 圓盤(pán)。定位孔17與推進(jìn)軸15六方柱相匹配的六角孔，沿周向分布在轉(zhuǎn)盤(pán)16 不同半徑處。與滑塊基座12相連的推進(jìn)軸15插入某一半徑處的定位孔17后， 由螺母將其固定在轉(zhuǎn)盤(pán)16上，隨轉(zhuǎn)盤(pán)16做圓周運(yùn)動(dòng)。提手18為中心帶有與 減速器5輸出軸匹配軸套的U型鋼板。提手18兩端由螺釘及定位銷(xiāo)子固定至 轉(zhuǎn)盤(pán)16最外側(cè)的螺釘及定位銷(xiāo)子孔處。參照?qǐng)Dl(a)具體描述脈動(dòng)發(fā)生器的運(yùn)行由電機(jī)6帶動(dòng)的減速器5的輸出 軸連接提手18的軸套，通過(guò)提手18驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)16旋轉(zhuǎn)。推進(jìn)軸15可隨轉(zhuǎn)盤(pán) 16在各定位孔17半徑上做圓周運(yùn)動(dòng)。軸承19和滑塊11將推進(jìn)軸15的圓周 運(yùn)動(dòng)分解為軸承19的轉(zhuǎn)動(dòng)、推進(jìn)滑塊11在推進(jìn)導(dǎo)軌10上的上下滑動(dòng)及推進(jìn) 導(dǎo)軌10帶動(dòng)柱塞4的往復(fù)直線簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。柱塞4的運(yùn)動(dòng)可參照?qǐng)D4速度分解示意圖進(jìn)行分析推進(jìn)滑塊11隨推進(jìn) 軸15做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為轉(zhuǎn)盤(pán)16上定位孔17處的半徑r，轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率 為電機(jī)6通過(guò)減速器5驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)16轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率/。推進(jìn)滑塊11在推進(jìn)導(dǎo)軌10 上上下滑動(dòng)的同時(shí)，帶動(dòng)推進(jìn)導(dǎo)軌10在水平方向做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。此水平往 復(fù)運(yùn)動(dòng)即為推進(jìn)滑塊11勻速圓周運(yùn)動(dòng)在水平方向的分解，其水平瞬時(shí)速度 "產(chǎn)2;^/sin(2;r/0為標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線。因此推進(jìn)導(dǎo)軌10前端連接的柱塞4在缸 筒2中抽吸推擠液體形成缸筒2出口處的流量脈動(dòng)曲線也是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線。流量脈動(dòng)的周期由電機(jī)6轉(zhuǎn)速?zèng)Q定。脈動(dòng)的幅值可以通過(guò)改變推進(jìn)軸 15定位半徑改變柱塞4行程或更換不同桿徑的柱塞缸筒套件進(jìn)行調(diào)節(jié)。推進(jìn) 軸15和轉(zhuǎn)盤(pán)16間，滑塊基座12和推進(jìn)滑塊11間都是螺栓連接，可以方便 拆卸，以調(diào)節(jié)推進(jìn)軸15在轉(zhuǎn)盤(pán)16上的半徑，從而調(diào)節(jié)柱塞4在缸筒2內(nèi)的 行程。該流量脈動(dòng)發(fā)生器由三通接頭與主管道止回閥下游管道并聯(lián)。通過(guò)柱塞4 在缸筒2內(nèi)的往復(fù)直線簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)不斷的將主管道內(nèi)流體吸入和排出缸筒2，從而在主管路止回閥下游的平均流量上疊加一個(gè)正弦的脈動(dòng)，形成脈動(dòng)幅值和 周期固定的脈動(dòng)流動(dòng)。脈動(dòng)的幅值可以方便的通過(guò)改變柱塞4在缸筒2內(nèi)的 行程進(jìn)行調(diào)節(jié)，脈動(dòng)的周期可以通過(guò)變頻器改變電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
權(quán)利要求
1.柱塞式流量脈動(dòng)發(fā)生器，包括基座(1)，其特征在于，導(dǎo)向直線導(dǎo)軌(7、14)固定在基座(1)側(cè)壁，導(dǎo)向直線導(dǎo)軌(7、14)上分別設(shè)置導(dǎo)向滑塊(8、13)，推進(jìn)導(dǎo)軌基座(9)與導(dǎo)向滑塊(8、13)固定在一起，推進(jìn)導(dǎo)軌基座(9)前端與柱塞(4)末端連接，柱塞(4)前端連接缸筒(2)和密封端蓋(3)，缸筒(2)和密封端蓋(3)固定在基座(1)前端壁面上，推進(jìn)直線導(dǎo)軌(10)固定在推進(jìn)導(dǎo)軌基座(9)的導(dǎo)軌基面上，推進(jìn)直線導(dǎo)軌(10)上的推進(jìn)滑塊(11)與帶有軸承槽的滑塊基座(12)相連接，推進(jìn)軸(15)一端通過(guò)軸承槽內(nèi)的軸承(19)與滑塊基座(12)連接，另一端連接在轉(zhuǎn)盤(pán)(16)不同半徑上的定位孔(17)中，轉(zhuǎn)盤(pán)(16)連接到帶有軸套的提手(18)上，由電機(jī)(6)驅(qū)動(dòng)的減速器(5)輸出軸連接提手(18)的軸套。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱塞式流量脈動(dòng)發(fā)生器，其特征在于，定位孔 (17)為分布在轉(zhuǎn)盤(pán)周向不同半徑處的六方孔，推進(jìn)軸(15)與轉(zhuǎn)盤(pán)(16)連接的一端為相同尺寸的六方柱，推進(jìn)軸(15)固定在不同轉(zhuǎn)盤(pán)(16)徑向 上的定位孔(17)處，產(chǎn)生不同的柱塞行程。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的柱塞式流量脈動(dòng)發(fā)生器，其特征在于缸筒端 蓋(3)采用斯特封(22)密封柱塞(4),缸筒端蓋和缸筒由螺栓固定在基座 前端，柱塞(4)的末端采用螺紋與豎直導(dǎo)軌基座連接。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種柱塞式流量脈動(dòng)發(fā)生器，帶有定位孔的轉(zhuǎn)盤(pán)、推進(jìn)軸、推進(jìn)直線導(dǎo)軌組、導(dǎo)向直線導(dǎo)軌組、柱塞、缸筒、密封端蓋、電機(jī)、減速器及變頻器等組成。電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，固定在轉(zhuǎn)盤(pán)上的推進(jìn)軸和推進(jìn)直線導(dǎo)軌組將圓周運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為柱塞在缸筒內(nèi)的往復(fù)直線簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。柱塞缸筒由三通接入流動(dòng)管路，將一定量的主管路流體吸入或壓出缸筒，在主流量上疊加一個(gè)正弦脈動(dòng)。由變頻器改變步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，可以調(diào)節(jié)脈動(dòng)的周期。調(diào)節(jié)推進(jìn)軸固定在轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，以此改變柱塞的行程，此外不同直徑柱塞套件還可以進(jìn)行更換，以上述兩種方式結(jié)合，來(lái)改變柱塞缸的抽吸容量，從而得到不同幅值的脈動(dòng)。此柱塞式流量脈動(dòng)發(fā)生器能夠產(chǎn)生不同精確脈動(dòng)幅值及連續(xù)變化周期的標(biāo)準(zhǔn)正弦流量輸出。
文檔編號(hào)F04B9/02GK101403406SQ20081023221
公開(kāi)日2009年4月8日 申請(qǐng)日期2008年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月11日
發(fā)明者張友佳, 王章立, 秋穗正, 蘇光輝, 趙大衛(wèi) 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)