專(zhuān)利名稱(chēng)：一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器及其工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)械式流量傳感器及其工作方法，特別是一種適合于集中 供熱收費(fèi)計(jì)量用熱量表應(yīng)用場(chǎng)合的雙旋翼機(jī)械式流量傳感器及其工作方法。
(二) 技術(shù)背景
隨我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對(duì)資源的需求越來(lái)越大，尤其凸出的是水資 源和石油資源。我國(guó)水資源的人均占有量只有2710立方米，約為世界人均占有 量的1/4，居世界第88位。國(guó)外一些國(guó)家工業(yè)用水早已采取循環(huán)用水措施，水 的重復(fù)利用率高達(dá)70% 90%左右，而中國(guó)多數(shù)城市還停留在20% 50%的水平 上。由于工藝技術(shù)落后，工業(yè)用水定額也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)外先進(jìn)水平。中國(guó)占世界 石油儲(chǔ)量的1. 5%，產(chǎn)量占世界總量的4. 5%，但消費(fèi)量卻占世界總量的8. 2%。 經(jīng)歷了世界性的金融危機(jī)以來(lái)，為了保證我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，節(jié)約能 源早已提到議事日程上來(lái)，國(guó)家加大了節(jié)能力度，出臺(tái)了相應(yīng)的法律法規(guī)，計(jì) 量收費(fèi)供水和供熱勢(shì)在必行，因此，本發(fā)明在當(dāng)前形勢(shì)下有著極其廣闊的應(yīng)用 前景。
我國(guó)供熱、供水計(jì)量收費(fèi)儀表——流量傳感器(流量計(jì))中，機(jī)械式流量 傳感器(流量計(jì))市場(chǎng)占有量高達(dá)80%以上，而且均為單旋翼流量計(jì)(或稱(chēng)為 旋翼式流量計(jì))。嚴(yán)格定義，中小流量使用單個(gè)直翼的旋翼式流量計(jì)，大流量使 用螺翼式流量計(jì)(其旋翼為空間曲面)。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，和 綜合國(guó)力的不斷增強(qiáng)，新型流量計(jì)的應(yīng)用也不斷增加，如超聲流量計(jì)，某些 場(chǎng)合也有引導(dǎo)使用超聲流量計(jì)的輿論和指令。按照我國(guó)國(guó)情，供熱水質(zhì)問(wèn)題， 不僅使機(jī)械式流量計(jì)失效，同樣也使超聲流量計(jì)失效，不是有否機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件 的問(wèn)題，而是水質(zhì)使機(jī)械流量計(jì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)故障，同樣也使超聲流量計(jì)出現(xiàn)發(fā)射
和接收故障，極端時(shí)候出現(xiàn)超聲發(fā)射后，根本無(wú)法到達(dá)接收器上。另，從歐 洲近百年的集中供熱收費(fèi)計(jì)量的經(jīng)驗(yàn)證明，雖然有超聲流量計(jì)，但機(jī)械式流量
計(jì)在歐洲的市場(chǎng)保有量和使用量的兩大指標(biāo)均占80%以上。而且超聲流量計(jì)的 制造成本是機(jī)械式流量計(jì)的數(shù)倍，雖然由于電子技術(shù)的進(jìn)步，使超聲技術(shù)應(yīng)用 更加便捷，但其成本遠(yuǎn)高于機(jī)械式流量計(jì)，因此機(jī)械式流量傳感器(流量計(jì)) 的技術(shù)創(chuàng)新和推廣應(yīng)用才是符合我國(guó)國(guó)情最好途徑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器及其工作方法，它能 夠解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，有效的提高了流量傳感器的計(jì)量精度和穩(wěn)定性。
本發(fā)明的技術(shù)方案 一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，包括流量計(jì)進(jìn)水口、 流量計(jì)殼體、流量計(jì)上蓋、計(jì)量室頂部的空腔、流量計(jì)壓蓋、葉輪、計(jì)量室、 下支撐盤(pán)及出水口；所說(shuō)的下支撐盤(pán)固定在流量計(jì)殼體底部；所說(shuō)的葉輪軸下 端裝在下支撐盤(pán)軸套中；所說(shuō)的流量計(jì)上蓋裝在流量計(jì)殼體內(nèi)的計(jì)量室上部； 所說(shuō)的葉輪軸上端裝在流量計(jì)上蓋的軸套中；所說(shuō)的流量計(jì)壓蓋依螺紋裝在流 量計(jì)殼體頂部的螺紋孔中；其特征在于所說(shuō)的葉輪為雙旋翼葉輪，它由主旋翼、 副旋翼、葉輪體、葉輪軸及傳感元件構(gòu)成；所說(shuō)的葉輪體上有主旋翼和副旋翼； 所說(shuō)的葉輪軸位于葉輪體中心；所說(shuō)的傳感元件嵌在葉輪體內(nèi)；所說(shuō)的主旋翼 在副旋翼下方；所說(shuō)的主旋翼和副旋翼均至少為3個(gè)。
上述所說(shuō)的主旋翼為直旋翼，即輪廓包絡(luò)母線(xiàn)平行于葉輪軸軸線(xiàn)形成的幾 何形體；或?yàn)槁菀恚淙~片翼形為空間曲面。
上述所說(shuō)的主旋翼與葉輪體為一體。
上述所說(shuō)的副旋翼為螺翼，即為空間螺旋面。
上述所說(shuō)的副旋翼的旋向產(chǎn)生一沿軸向且指向計(jì)量室頂部的分力，該分力 作用在流體上。
上述所說(shuō)的副旋翼與葉輪體為一體；或與葉輪體為分體。 上述所說(shuō)的傳感元件為磁體、齒輪或感應(yīng)板。
上述所說(shuō)的磁體為磁環(huán)；所說(shuō)的齒輪為濕式流量傳感器；所說(shuō)的感應(yīng)板為 無(wú)磁流量傳感器。
上述所說(shuō)的流量計(jì)殼體材料為H59-l黃銅;流量計(jì)上蓋材料為PPS工程塑 料；雙旋翼葉輪材料為高溫PP工程塑料；流量計(jì)壓蓋材料為H59-l黃銅；下支 撐盤(pán)材料為PPS工程塑料。
一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟
(1) 流體從流量計(jì)進(jìn)水口進(jìn)入計(jì)量室后，推動(dòng)雙旋翼葉輪旋轉(zhuǎn)；
(2) 主旋翼將通過(guò)計(jì)量室流體瞬時(shí)流速轉(zhuǎn)變?nèi)~輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；其轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn) 速為通過(guò)計(jì)量室流體瞬時(shí)流速的函數(shù)；
(3) 副旋翼在流體軸向力的作用下，產(chǎn)生向下推動(dòng)軸向力，使雙旋翼葉輪 軸向位置穩(wěn)定運(yùn)行在計(jì)量室下部，雙旋翼葉輪軸下端靠近下支撐盤(pán)軸套底部；(4) 雙旋翼葉輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也反作用于流體一個(gè)向上指向計(jì)量室頂部空腔 的反力，使一部分流體擠壓和排出計(jì)量室頂部殘留的空氣，這樣形成了有利于 流體計(jì)量的紊流條件，消除了計(jì)量室頂部殘留的空氣的不利影響，穩(wěn)定了葉輪 的工作時(shí)的相對(duì)位置；
(5) 流體通過(guò)計(jì)量室從出水口流出，完成計(jì)量工作。 本發(fā)明的工作原理副旋翼與主旋翼同步旋轉(zhuǎn)，其作用在流體上的力，是
垂直于副旋翼翼面方向即旋翼曲面的法線(xiàn)方向，同時(shí)該力可以分解成沿旋翼 轉(zhuǎn)動(dòng)回轉(zhuǎn)圓的切線(xiàn)方向和沿旋翼的軸線(xiàn)方向；沿切線(xiàn)方向的力和主旋翼一樣在 流經(jīng)計(jì)量室的流體推動(dòng)下使葉輪旋轉(zhuǎn)；沿旋翼的軸線(xiàn)方向的力使一部分流體流 向計(jì)量室的頂部，擠壓和排出計(jì)量室頂部殘留的空氣，消除計(jì)量室頂部由于存 在殘留空氣對(duì)計(jì)量精度的擾動(dòng)和影響；推動(dòng)和擠壓流體向計(jì)量室頂部運(yùn)動(dòng)時(shí)， 這部分流體在排空殘存氣體時(shí)，受到計(jì)量室頂部結(jié)構(gòu)的反作用力，使流經(jīng)計(jì)量 室頂部的部分流體產(chǎn)生上下擾動(dòng)的湍流，也使推動(dòng)主旋翼旋轉(zhuǎn)的流體流束疊加 了上下擾動(dòng)并且上下基本平衡的流束分量，在該分量的作用下使葉輪瞬時(shí)轉(zhuǎn)速 更為真實(shí)地對(duì)應(yīng)于流經(jīng)計(jì)量室的流體瞬時(shí)流速，使表征流量計(jì)的流量特性函數(shù) 減少震蕩和奇點(diǎn)。
本發(fā)明的優(yōu)越性1、在計(jì)量室的頂部形成的沿葉輪軸線(xiàn)方向的流體擾動(dòng)， 可以排空計(jì)量室頂部的空氣，產(chǎn)生有利于流量特性的湍流，從而改善了流量計(jì) 的流量特性，提高了流量計(jì)量精度、重復(fù)性、再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，消除普通旋翼 式流量計(jì)的隨機(jī)突變計(jì)量精度誤差；2、本發(fā)明由于使用了雙旋翼技術(shù)，副旋翼 在流體軸向力的作用下，有一個(gè)向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，使葉輪基本在最低軸向位置 工作，這樣減小了葉輪工作時(shí)的軸向位置變化和擺動(dòng)，對(duì)流量檢測(cè)數(shù)值的影響 和擾動(dòng)也大幅度減小，進(jìn)一步改善了流量計(jì)流量特性，提高了計(jì)量精度和計(jì)量 的準(zhǔn)確性、真實(shí)性及穩(wěn)定性；3、本發(fā)明的流量特性曲線(xiàn)得到了較大的改善，從 分界流量qt到最大流量9,的絕對(duì)誤差帶由原來(lái)的《±3%，減小至《±2%;最 小流量^到分界流量"的絕對(duì)誤差帶由原來(lái)的《±5%，減小至《±3%; 4、本 發(fā)明對(duì)提高集中供水和供熱計(jì)量的法定儀表計(jì)量精度和改善流量特性有著極其 重要的作用，也有著廣闊的推廣應(yīng)用前景。

圖1為本發(fā)明所涉一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明所涉一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器的雙旋翼葉輪的立體圖；圖3為本發(fā)明所涉一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器的雙旋翼葉輪的投影圖 (其中，圖3-a為主視圖，圖3-b為左視圖，圖3-c為俯視圖)；
圖4為本發(fā)明所涉一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器的外形圖。
其中l(wèi)為流量計(jì)進(jìn)水口， 2為流量計(jì)殼體，3為流量計(jì)上蓋，4為計(jì) 量室頂部空腔，5為流量計(jì)壓蓋，6為雙旋翼葉輪，6-l為主旋翼，6-2為副 旋翼，6-3為葉輪體，6-4為葉輪軸，6-5為傳感元件，7為計(jì)量室，8為下 支撐盤(pán)，9為出水口。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例 一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器(見(jiàn)圖1-4)，包括流量計(jì)進(jìn)水口 1、 流量計(jì)殼體2、流量計(jì)上蓋3、計(jì)量室頂部空腔4、流量計(jì)壓蓋5、葉輪、計(jì)量 室7、下支撐盤(pán)8及出水口9;所說(shuō)的下支撐盤(pán)8固定在流量計(jì)殼體2底部；所 說(shuō)的葉輪軸下端裝在下支撐盤(pán)8軸套中；所說(shuō)的流量計(jì)上蓋3裝在流量計(jì)殼體 2內(nèi)的計(jì)量室7上部；所說(shuō)的葉輪軸上端裝在流量計(jì)上蓋3的軸套中；所說(shuō)的 流量計(jì)壓蓋5依螺紋裝在流量計(jì)殼體2頂部的螺紋孔中；其特征在于所說(shuō)的葉
輪為雙旋翼葉輪6，它由主旋翼6-l、副旋翼6-2、葉輪體6-3、葉輪軸6-4及
傳感元件6-5構(gòu)成；所說(shuō)的葉輪體6-3上有主旋翼6-1和副旋翼6-2;所說(shuō)的
葉輪軸6-4位于葉輪體6-3中心；所說(shuō)的傳感元件6-5嵌在葉輪體6-3內(nèi)；所
說(shuō)的主旋翼6-1在副旋翼6-2下方；所說(shuō)的主旋翼6-1為7個(gè)，副旋翼6-2為4 個(gè)。
上述所說(shuō)的主旋翼6-1為直旋翼，即輪廓包絡(luò)母線(xiàn)平行于葉輪軸6-4軸線(xiàn)
形成的幾何形體。(見(jiàn)圖l-3)
上述所說(shuō)的主旋翼6-1與葉輪體6-3為一體。(見(jiàn)圖1-3) 上述所說(shuō)的副旋翼6-2為螺翼，即為空間螺旋面。(見(jiàn)圖1-3) 上述所說(shuō)的副旋翼6-2的旋向產(chǎn)生一沿軸向且指向計(jì)量室7頂部的分力，
該分力作用在流體上。(見(jiàn)圖l-3)
上述所說(shuō)的副旋翼6-2與葉輪體6-3為一體。(見(jiàn)圖1-3) 上述所說(shuō)的傳感元件6-5為磁體，磁體為磁環(huán)。
上述所說(shuō)的流量計(jì)殼體2材料為H59-1黃銅；流量計(jì)上蓋3材料為PPS工 程塑料；雙旋翼葉輪6材料為高溫PP工程塑料；流量計(jì)壓蓋5材料為H59-l 黃銅；下支撐盤(pán)8材料為PPS工程塑料。
一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(1) 流體從流量計(jì)進(jìn)水口 l進(jìn)入計(jì)量室后，推動(dòng)雙旋翼葉輪6旋轉(zhuǎn)；
(2) 主旋翼6-1將通過(guò)計(jì)量室7流體瞬時(shí)流速轉(zhuǎn)變?nèi)~輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；其轉(zhuǎn)動(dòng)的
瞬時(shí)轉(zhuǎn)速為通過(guò)計(jì)量室流體瞬時(shí)流速的函數(shù)；
(3) 副旋翼6-2在流體軸向力的作用下，產(chǎn)生向下推動(dòng)軸向力，使雙旋翼 葉輪軸向位置穩(wěn)定運(yùn)行在計(jì)量室7下部，雙旋翼葉輪軸6-4下端靠近下支撐盤(pán) 8軸套底部；
(4) 雙旋翼葉輪6旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也反作用于流體一個(gè)向上指向計(jì)量室頂部空 腔4的反力，使一部分流體擠壓和排出計(jì)量室7頂部殘留的空氣，這樣形成了 有利于流體計(jì)量的紊流條件，消除了計(jì)量室7頂部殘留的空氣的不利影響，穩(wěn)
定了葉輪工作時(shí)的相對(duì)位置；
(5) 流體通過(guò)計(jì)量室7從出水口 9流出，完成計(jì)量工作。
權(quán)利要求
1、一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，包括流量計(jì)進(jìn)水口、流量計(jì)殼體、流量計(jì)上蓋、計(jì)量室頂部的空腔、流量計(jì)壓蓋、葉輪、計(jì)量室、下支撐盤(pán)及出水口；所說(shuō)的下支撐盤(pán)固定在流量計(jì)殼體底部；所說(shuō)的葉輪軸下端裝在下支撐盤(pán)軸套中；所說(shuō)的流量計(jì)上蓋裝在流量計(jì)殼體內(nèi)的計(jì)量室上部；所說(shuō)的葉輪軸上端裝在流量計(jì)上蓋的軸套中；所說(shuō)的流量計(jì)壓蓋依螺紋裝在流量計(jì)殼體頂部的螺紋孔中；其特征在于所說(shuō)的葉輪為雙旋翼葉輪，它由主旋翼、副旋翼、葉輪體、葉輪軸及傳感元件構(gòu)成；所說(shuō)的葉輪體上有主旋翼和副旋翼；所說(shuō)的葉輪軸位于葉輪體中心；所說(shuō)的傳感元件嵌在葉輪體內(nèi)；所說(shuō)的主旋翼在副旋翼下方；所說(shuō)的主旋翼和副旋翼均至少為3個(gè)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于所說(shuō)的主旋翼為直旋翼，即輪廓包絡(luò)母線(xiàn)平行于葉輪軸軸線(xiàn)形成的幾何形體；或?yàn)槁菀恚淙~片翼形為空間曲面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所說(shuō)的一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于所說(shuō)的主旋翼與葉輪體為一體。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于所說(shuō)的副旋翼為螺翼，即為空間螺旋面。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所說(shuō)的一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于所說(shuō)的副旋翼的旋向產(chǎn)生一沿軸向且指向計(jì)量室頂部的分力，該分力作用在流體上。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所說(shuō)的一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于述所說(shuō)的副旋翼與葉輪體為一體；或與葉輪體為分體。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于所說(shuō)的傳感元件為磁體、齒輪或感應(yīng)板。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所說(shuō)的一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于所說(shuō)的磁體為磁環(huán)；所說(shuō)的齒輪為濕式流量傳感器；所說(shuō)的感應(yīng)板為無(wú)磁流量傳感器。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于所說(shuō)的流量計(jì)殼體材料為H59-1黃銅；所說(shuō)的流量計(jì)上蓋材料為PPS工程塑料；所說(shuō)的雙旋翼葉輪材料為高溫PP工程塑料；所說(shuō)的流量計(jì)壓蓋材料為H59-l黃銅；所說(shuō)的下支撐盤(pán)材料為PPS工程塑料。
10、 一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器的工作方法，其特征在于它包括以下步驟(1) 流體從流量計(jì)進(jìn)水口進(jìn)入計(jì)量室后，推動(dòng)雙旋翼葉輪旋轉(zhuǎn)；(2) 主旋翼將通過(guò)計(jì)量室流體瞬時(shí)流速轉(zhuǎn)變?nèi)~輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；其轉(zhuǎn)動(dòng)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速為通過(guò)計(jì)量室流體瞬時(shí)流速的函數(shù)；(3) 副旋翼在流體軸向力的作用下，產(chǎn)生向下推動(dòng)軸向力，使雙旋翼葉輪軸向位置穩(wěn)定運(yùn)行在計(jì)量室下部，雙旋翼葉輪軸下端靠近下支撐盤(pán)軸套底部；(4) 雙旋翼葉輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也反作用于流體一個(gè)向上指向計(jì)量室頂部空腔的反力，使一部分流體擠壓和排出計(jì)量室頂部殘留的空氣，這樣形成了有利于流體計(jì)量的紊流條件，消除了計(jì)量室頂部殘留的空氣的不利影響，穩(wěn)定了葉輪的工作時(shí)的相對(duì)位置；(5) 流體通過(guò)計(jì)量室從出水口流出，完成計(jì)量工作。
全文摘要
一種雙旋翼機(jī)械式流量傳感器，其特征在于其葉輪為雙旋翼葉輪，它由主旋翼、副旋翼、葉輪體、葉輪軸及傳感元件構(gòu)成；工作方法為流體推動(dòng)雙旋翼葉輪旋轉(zhuǎn)；主旋翼將通過(guò)計(jì)量室流體瞬時(shí)流速轉(zhuǎn)變?nèi)~輪的轉(zhuǎn)動(dòng)；副旋翼在流體軸向力的作用下，產(chǎn)生向下推動(dòng)軸向力；雙旋翼葉輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也反作用于流體一個(gè)向上指向計(jì)量室頂部空腔的反力，使一部分流體擠壓和排出計(jì)量室頂部殘留的空氣；流體通過(guò)計(jì)量室從出水口流出，完成計(jì)量工作。優(yōu)越性可以排空計(jì)量室頂部的空氣，產(chǎn)生有利于流量特性的湍流，從而改善了流量計(jì)的流量特性；由于使用了雙旋翼技術(shù)，副旋翼在流體軸向力的作用下，有一個(gè)向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，使葉輪基本在最低軸向位置工作。
文檔編號(hào)G01F1/28GK101672668SQ20091007058
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者李康生, 沛 陳 申請(qǐng)人:李康生;陳 沛