旋轉(zhuǎn)活塞流量計計量室的結(jié)構(gòu)及其工作原理

旋轉(zhuǎn)活塞流量計是一種容積式流量計，其計量室的進(jìn)出口腔的隔絕密封問題是關(guān)系到能否保證計量的準(zhǔn)確、穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。該密封是由旋轉(zhuǎn)活塞與內(nèi)外圓筒及隔板的接觸形成，而與隔板接觸的、供活塞擺移的頂面缺口廓形設(shè)計尤為關(guān)鍵，工作時，該廓形既要保證活塞按正確軌跡運(yùn)動不受干涉, 又要保證缺口輪廓與隔板保持接觸, 使進(jìn)出腔隔絕, 形成可靠的密封。

旋轉(zhuǎn)活塞流量計計量室的結(jié)構(gòu)及其工作原理

如圖 1 所示，頂面開有運(yùn)動時能容納隔板位置缺口的活塞 7 位于外圓筒 1 的內(nèi)壁及內(nèi)圓筒 6 的外壁構(gòu)成的環(huán)形區(qū)域內(nèi), 活塞的內(nèi)外壁分別與內(nèi)外圓筒的外、內(nèi)壁接觸, 使活塞中心o‘對于內(nèi)外圓筒中心 o 有一偏距 e, 不難看出, 旋轉(zhuǎn)活塞的外內(nèi)半徑 r 1, r 2, 與外內(nèi)圓筒的內(nèi)外半徑 R , r 3 有下列關(guān)系：

活塞壁厚 δ= r 1- r 2偏距 e= R - r 1活塞外半徑 r 1= ( R + r 3+ δ) / 2內(nèi)外圓筒間有沿徑向隔板將環(huán)形區(qū)隔斷。

環(huán)形區(qū)的徑向尺寸 I= R - r 3隔板在 R 以內(nèi)長度 l 1 略大于 l隔板厚度為 b隔板到 o 點距離 l 2= R - l 1

這樣, 環(huán)形區(qū)被活塞壁和隔板劃成兩個月牙形內(nèi)外腔計量室, 在入口液體壓力作用下, 活塞中心 o’繞 o 沿箭頭做逆時針旋轉(zhuǎn), 活塞其余部分在環(huán)形區(qū)內(nèi)擺移, 其內(nèi)外圓柱面依次和內(nèi)外圓筒接觸, 計量腔不斷作圓周移動, 輸送流體?；钊行?o‘繞 o 旋轉(zhuǎn)一周, 內(nèi)外計量腔同時旋轉(zhuǎn)一周, 各輸送排出一次液體。月牙形內(nèi)外計量腔的容積和即為活塞中心旋轉(zhuǎn)一周輸送排出的液體體積流量, 它是一個可計量的常量為:

其中, h—計量室的高度

根據(jù)活塞的轉(zhuǎn)數(shù) n 就能測出 n 轉(zhuǎn)數(shù)下所流過的液體量:

流量計計量室的密封問題分析

1、密封原理

由上述對流量計結(jié)構(gòu)及工作原理分析可知, 活塞工作時, 活塞外圓面、外圓筒內(nèi)圓面及其相互接觸, 隔板和圓筒上下面構(gòu)成外計量室; 而活塞內(nèi)圓面、內(nèi)圓筒外圓面及其相互接觸, 隔板和圓筒上下面組成內(nèi)計量室。活塞運(yùn)動時要求其頂面與隔板接觸處開有缺口, 以保證運(yùn)動不受干涉, 更重要的是該缺口廓形還要保證始終與隔板的近中心的 k 處接觸, 以保證內(nèi)計量室的密封; 否則, 以壓力從入口輸入的液體將不通過計量腔的輸送, 而直接經(jīng)缺口竄入出口流出, 輕則導(dǎo)致計量不準(zhǔn), 重則導(dǎo)致流量計不能工作。

2、活塞頂面缺口廓形方程的分析和設(shè)計計算

1) 如圖 2 所示旋轉(zhuǎn)活塞工作時其中心 o’繞o 逆時針轉(zhuǎn)動, 設(shè) oo‘連線與初始位置夾角為 α, 以α 為參數(shù)，推導(dǎo)頂面缺口廓形的極坐標(biāo)參數(shù)方程。為設(shè)計、加工方便，將極坐標(biāo)系固結(jié)在活塞頂面上。設(shè)坐標(biāo)系原點為 o’，極軸的初始位置為缺口廓形的對稱線o‘B，順時針方向為相位角正向φ。

當(dāng) 0° ≤ α ≤ 180°時缺口的右半廓形方程經(jīng)過推導(dǎo)為:

其中 e、b、l 2、r 1 如前所述, 均為已知。

2)當(dāng) 180°≤α≤ 360°時因?qū)ΨQ關(guān)系, 將- α, - φ代替( 1)式中的α , φ即可得到 180°≤α≤ 360°時的極坐標(biāo)方程:

3、實例計算

原始數(shù)據(jù): R = 27 mm, r 1= 23 m m, r 2= 21 mm, r 3= 17 mm, l 1= 11 mm, b= 2 mm

經(jīng)計算 e = R - r 1= 4 mm, l 3= 16 mm參數(shù) α從小到大順序取值到r 和 φ的對應(yīng)值見表 1。

廓形的加工

將( 1) 、( 2) 式轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)方程, 如圖 3 轉(zhuǎn)換式如下:

( 3)式仍然是 α的參數(shù)方程, 直接獲得 y 和x 的函數(shù)關(guān)系y = f ( x )比較困難, 可根據(jù)給出的 α值獲得x, y 的相應(yīng)值(見上表) , 將其對應(yīng)的坐標(biāo)點作為節(jié)點, 利用牛頓等差插值或樣條插值建立分段的 y = f ( x )的方程; 以該方程為基礎(chǔ), 可編制程序, 方便地在 NCN 線切割機(jī)上完成加工。

提高密封可靠性的其他措施

1)液體在活塞頂面缺口處的泄漏主要發(fā)生在內(nèi)計量室, 盡量縮短內(nèi)計量腔與入口的相通時間, 以便減少壓力作用的時間過程, 設(shè)計入口形狀和位置時, 盡可能使入口接近外圓筒的內(nèi)圓柱面。

2) 同理, 液體出口的形狀位置的布置應(yīng)盡早與計量腔相通。

結(jié)語

1、旋轉(zhuǎn)活塞流量計計量室的動密封除了要認(rèn)真考慮圓筒半徑, 活塞半徑偏心距的尺寸關(guān)系, 使活塞的內(nèi)外柱面分別與內(nèi)、外圓筒圓柱面接觸相切外, 還應(yīng)認(rèn)真考慮活塞頂面缺口與隔板的接觸密封即缺口的廓形設(shè)計。

2、活塞頂面缺口廓形設(shè)計既要滿足自己的正常運(yùn)動不受干涉, 更要考慮該處的動密封問題, 因此, 缺口形狀不是隨意的, 而是精心設(shè)計的見圖 3。

3、活塞頂面缺口廓形可按( 1) 、( 2) 公式設(shè)計計算。

4、廓形可通過( 1)、( 2)、( 3)參數(shù)方程獲得節(jié)點擬合插值方程, 在數(shù)控線切割機(jī)上完成加工。

5、本流量計為上?？祬R生產(chǎn)的, 供司駕人員用于燃油流量檢測驗證的便攜裝置。