一種低漏流容積式流量計結構設計

在科技的迅猛發(fā)展的今天，常用的流量計所存在的問(wèn)題是很難實(shí)現精確測量。勒洛三角形原理流量計采用容積法測量流量，利用勒洛三角形在正方形約束下轉動(dòng)時(shí)兩者之間的空隙周期性的變化，由單向閥門(mén)控制的流體在空隙變化時(shí)進(jìn)出流量計。它具有測量精確，漏流少，壓降低的特點(diǎn)。本文就對其機械實(shí)現進(jìn)行探索。

1 流量計原理

流量計的正方形內腔（設正方形邊長(cháng)為1，對應正三角形邊長(cháng)也為1）被勒洛三角形分成四個(gè)區域，四角放置閥門(mén)。當轉子隨著(zhù)流體的流入轉動(dòng)時(shí)，正方形的每一條邊始終有一個(gè)且只有一個(gè)點(diǎn)與轉子接觸，這樣就把流量計內腔平面分成四個(gè)相互隔開(kāi)的獨立部分，且每一獨部分立面積的大小隨著(zhù)轉子的轉動(dòng)而發(fā)生變化。在閥門(mén)的控制下，流體隨面積減小離開(kāi)流量計，隨面積增大進(jìn)入流量計。轉子每個(gè)周期變化量將超過(guò)1.828個(gè)面積單位。

2 圓角結構

勒洛三角形在正方形約束下的運動(dòng)在轉角處的軌跡是橢圓的一部分，如圖1所示。

圖1 勒洛三角形轉角處運動(dòng)軌跡和其幾何中心軌跡

經(jīng)計算，該軌跡的參數方程為（1）式和（2）式。

如圖1所示，勒洛三角形幾何中心運動(dòng)軌跡是由四個(gè)對稱(chēng)的部分橢圓形成的公共區域輪廓，每個(gè)橢圓的參數方程為（3）式和（4）式。

設計中，可將上蓋設計為能夠包絡(luò )住三角形幾何中心軌跡的圓。上蓋圓的最大直徑應略小于（           ）；此時(shí)上蓋的制作可節省較多材料。

3 流量進(jìn)出系統

圖2 流量進(jìn)出系統

進(jìn)過(guò)計算可以知道，中心轉軸每經(jīng)過(guò)45°，就會(huì )對應一次流量進(jìn)出變化。如圖2所示圓板，黑色部分表示凸起，以此來(lái)控制進(jìn)出口開(kāi)關(guān)的壓下與彈起。當開(kāi)關(guān)處于壓下?tīng)顟B(tài)時(shí)，流量計出口與出水管相連，同時(shí)流量計對應部分面積逐漸減小，流體流出流量計。轉過(guò)45°之后，開(kāi)關(guān)處于彈起狀態(tài)時(shí)，流量計與入水口相連，流量計對應部分面積逐漸增大，流體流出流量計。

4 流量計轉子設計

轉子強度最低，轉子尖角處摩擦最多，壽命最短。因此考慮利用滾子結構來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，將尖角處轉化為純滾動(dòng)運動(dòng)。容積式流量計最大的誤差來(lái)源就是漏流，材料選取會(huì )影響摩擦力，壓降也隨之變化，進(jìn)而影響漏流。設計采用圓角結構解決尖角應力集中問(wèn)題，并采用特殊材料涂層（如石墨烯等具有耐摩擦，耐腐蝕性的材料）和彈性轉子結合解決密封和摩擦的問(wèn)題。