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一种低漏流容积式流量计结构设计
点击次数:837 发布时间:2019-08-22

在科技的迅猛发展的今天,常用的流量计所存在的问题是很难实 现测量。勒洛三角形原理流量计采用容积法测量流量,利用勒洛三 角形在正方形约束下转动时两者之间的空隙周期性的变化,由单向阀门 控制的流体在空隙变化时进出流量计。它具有测量,漏流少,压降 低的特点。本文就对其机械实现进行探索。 1 流量计原理 流量计的正方形内腔 (设正方形边长为 1,对应正三角形边长也为 1) 被勒洛三角形分成四个区域,四角放置阀门。当转子随着流体的流 入转动时,正方形的每一条边始终有一个且只有一个点与转子接触,这 样就把流量计内腔平面分成四个相互隔开的独立部分,且每一独部分立 面积的大小随着转子的转动而发生变化。在阀门的控制下,流体随面积 减小离开流量计,随面积增大进入流量计。转子每个周期变化量将超过 1.828 个面积单位。 2 圆角结构 勒洛三角形在正方形约束下的运动在转角处的轨迹是椭圆的一部 分,如图 1所示。 图 1 勒洛三角形转角处运动轨迹和其几何中心轨迹 经计算,该轨迹的参数方程为 (1) 式和 (2) 式。 如图 1所示,勒洛三角形几何中心运动轨迹是由四个对称的部分 椭圆形成的公共区域轮廓,每个椭圆的参数方程为 (3) 式和 (4) 式。 设计中,可将上盖设计为能够包络住三角形几何中心轨迹的圆。 上盖圆的大直径应略小于 ( );此时上盖的制作可节省较多 材料。 3 流量进出系统 图 2 流量进出系统 进过计算可以知道,中心转轴每经过 45°,就会对应一次流量进 出变化。如图 2 所示圆板,黑色部分表示凸起,以此来控制进出口开关 的压下与弹起。当开关处于压下状态时,流量计出口与出水管相连,同 时流量计对应部分面积逐渐减小,流体流出流量计。转过 45°之后, 开关处于弹起状态时,流量计与入水口相连,流量计对应部分面积逐渐 增大,流体流出流量计。 4 流量计转子设计 转子强度低,转子尖角处摩擦多,寿命短。因此考虑利用 滚子结构来进行优化,将尖角处转化为纯滚动运动。容积式流量计大 的误差来源就是漏流,材料选取会影响摩擦力,压降也随之变化,进而 影响漏流。设计采用圆角结构解决尖角应力集中问题,并采用特殊材料 涂层 (如石墨烯等具有耐摩擦,耐腐蚀性的材料) 和弹性转子结合解决 密封和摩擦的问题。 作者简介:金莹,1979 年生,沈阳化工大学能源与动力工程学院 力学教研室教师,主要从事机械设计,力学分析等方面的研究。

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