螺旋转子流量计的研制

　　目前现场使用中,容积式流量计中所占比例最大的是椭圆齿轮流量计[1、2]。但其缺点是加工复杂、成本高、齿轮容易磨损、瞬时角速度不均匀、发信不平稳、不宜于瞬时流量的测量。螺旋转子流量计作为最先进的容积式流量计已开始得到市场的认可,并开始替代椭圆齿轮流量计成为容积式流量计的主力军。

　　1　螺旋转子流量计的结构与工作原理

　　螺旋转子流量计计量部分主要由计量箱和一对设计独特的螺旋转子组成[3]。它们与计量箱组成若干个已知体积的空腔,形成流量计计量单位(见图1)。经过A、B、C、D、E五种状态,管道中的液体依靠进出口处的压差,通过转子旋转,不断地从出口流出。

　　经密封联轴器及传动系统将螺旋转子的转动传递给计数机构,可直接指示流经流量计的液体总量(见图2);同时可附加脉冲发信器[4],配以电显示仪表,指示出流经流量计液体的流量和瞬时量;还可连接到工控机上,更可实现各种装置的自动化控制。

　　2　齿廓曲线设计和排量计算

　　螺旋转子流量计的关键技术在于螺旋转子的设计

　　2·1　齿廓曲线设计^[5]

　　转子端面曲线由渐开线、摆线组成(见图3)。

　　渐开线为大家所熟悉,这里着重介绍摆线:

　　当动圆在定圆的外圆周上滚动时,动圆内/外一点的运动轨迹称为外摆线(见图4)。图中圆半径r,定圆半径为R,动圆以其外圆周在定圆外圆周上滚动。固定连于动圆上一点P的运动轨迹为摆线。

　　将相应的a、b参数带入方程式(1)和方程式(2),即可得到对应的摆线的x、y坐标。

　　以DN65为例,齿面曲线的x、y数如表1。

　2·2　排量计算^[5]

　　(1)转子的端面排量(S)

　　可用对曲线积分直接得出曲线端面排量(S)或根据表1的x、y坐标通过CAD软件绘出后用测量得出(S)。

　　(2)转子其它参数设计

　　设定转子的螺旋角θ后,即可得出相应的导程和转子的长度(L);

　　根据公式(1)中设定的a、b确定转子直径(R);

　　根据转子转动的最高线速度(<6m/s)来设定转子的最高转速(n)。

　　(3)转子每转排量(Q)

　　通过上述参数最终和计算出转子的每转排量:

　　Q=S·L/n

　　(4)再根据Q的大小,调整调速器部分速比，使得当转子转动传递到计数器时转速调整为1000L/转。

　　3　加工原理

　　螺旋齿轮面的特点是模数较大,且属于非标准模数。若采用齿轮滚刀加工,由于根切十分严重,必须采用特定的工艺方法才可生产出合格产品。螺旋齿轮端面是由特殊的曲线组合而成的,可以采用成形立铣刀加工,但成形刀具制造成本较高,所以在考虑经济性的前提下采球头铣刀逐点加工[5](见图5)。