專利名稱：沃爾特曼流量計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種沃爾特曼流量計(jì)，該流量計(jì)帶有一葉輪，該葉輪由葉輪輪體和安裝在葉輪輪體上的葉片構(gòu)成，該葉輪可旋轉(zhuǎn)并可滑移地設(shè)置在位于葉輪入口側(cè)的固定輪套和位于葉輪出口側(cè)的固定輪套之間，其中固定輪套的面向葉輪端的外徑大于葉輪輪體的面向固定輪套端的外徑，并且軸流式葉輪的作用于流向的軸向力通過(guò)在葉輪輪體兩個(gè)端面上的靜壓差得以補(bǔ)償。
液體流過(guò)沃爾特曼流量計(jì)并帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)。流體介質(zhì)流產(chǎn)生的作用于流向的液動(dòng)軸向力同時(shí)在葉輪上，該軸向力使位于出口側(cè)的葉輪端軸承承受破壞性的載荷，該載荷將對(duì)軸承產(chǎn)生不利的影響。同時(shí)測(cè)量精度也將因此受損。
已知有許多可以消除或減輕此缺點(diǎn)的解決方案，采用這些方案可以實(shí)現(xiàn)或?qū)?shí)現(xiàn)對(duì)液流產(chǎn)生的作用于葉輪的軸向力的補(bǔ)償。
在US-PS 4449410中，描述了一種沃爾特曼流量計(jì)，在該流量計(jì)中，一個(gè)由輪體和安裝在輪體上的葉片構(gòu)成的葉輪被可旋轉(zhuǎn)并可軸向滑移地支撐在一管形穿流件中。為此，在葉輪入口和出口側(cè)分別設(shè)有一個(gè)固定輪套，在輪套中葉輪軸安裝在端軸承上。
在待測(cè)流體的流路上，輪套和輪體的直徑有梯度變化，即固定輪套面向葉輪端的外徑大于葉輪輪體面向固定輪套端的外徑。此外，固定輪套面向葉輪端的內(nèi)徑也大于葉輪輪體面向固定輪套端的外徑。因此為提供葉輪相應(yīng)的軸向活動(dòng)余量，葉輪輪體可留有余量地貫穿固定輪套。固定輪套的內(nèi)壁在比貫穿長(zhǎng)度或超過(guò)比長(zhǎng)度呈圓柱形，因而在葉輪輪體浸入端與該呈空心圓柱形的內(nèi)壁區(qū)之間分別形成截面相同的徑向環(huán)狀間隙。此外，葉輪輪體出口端的直徑大于該輪體其它部分的直徑。因此，位于出口側(cè)的固定輪套面向葉輪端的直徑當(dāng)然也大于位于入口側(cè)的固定輪套的直徑。
在所述沃爾特曼流量計(jì)中，采用下述方式實(shí)現(xiàn)對(duì)葉輪軸向力的補(bǔ)償由于位于入口側(cè)的輪套和葉輪輪體外徑間的突變，因而在此處形成一流譜，該流譜在葉輪的所有軸向位置上，在入口側(cè)輪套的腔室內(nèi)導(dǎo)致產(chǎn)生一接近均勻的負(fù)壓。在葉輪輪體的出口端，由于其外徑增大，并由于位于出口側(cè)的輪套的直徑增大，因而形成一較大的攔截截面，該截面明顯地突入葉輪-軸向流中并導(dǎo)致在葉輪的所有軸向位置上液流急劇轉(zhuǎn)向。所產(chǎn)生的升壓和隨之的過(guò)壓，通過(guò)上述徑向環(huán)形間隙被傳遞到葉輪輪體的面向出口側(cè)。該過(guò)壓將在葉輪的所有位置上產(chǎn)生一逆流向的軸向力。
在上述沃爾特曼流量計(jì)中，對(duì)應(yīng)于已有技術(shù)采用較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)手段實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸向力的補(bǔ)償。但其缺點(diǎn)是，由于攔截截面明顯地形成在軸向流中，因而將造成壓力損耗和不利的穿流條件，致使葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)定。
為此，本發(fā)明的任務(wù)在于，提出一種沃爾特曼流量計(jì)，在該流量計(jì)中采用極其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液流作用于葉輪的軸向力的補(bǔ)償，由于壓力損耗很小，故從流體技術(shù)考慮這是較為有利的，而且還實(shí)現(xiàn)了葉輪的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。
依照本發(fā)明，采用本說(shuō)明書(shū)開(kāi)始時(shí)所述方式的沃爾特曼流量計(jì)通過(guò)如下方式解決了上述的任務(wù)，葉輪輪體具有一小于固定輪套面向葉輪端約4％至8％的外徑，在輪體的整個(gè)寬度上外徑保持不變。
結(jié)果突出地表明，僅僅采用使葉輪輪體外徑小于位于入口側(cè)或出口側(cè)的固定輪套的外徑方法，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸向力有效自動(dòng)的補(bǔ)償，而且也不會(huì)出現(xiàn)公知已有技術(shù)的缺點(diǎn)。
在依照本發(fā)明實(shí)施的沃爾特曼流量計(jì)中，自動(dòng)對(duì)軸向力補(bǔ)償?shù)墓ぷ髟砣缦庐?dāng)液體穿流沃爾特曼流量計(jì)時(shí)，緊鄰入口側(cè)的輪套后的截面突變使軸向速度或軸向流速發(fā)生變化，其中受入口側(cè)輪套上形成的邊界的影響(但與截面變化幅度無(wú)關(guān))，產(chǎn)生邊界層分離現(xiàn)象。因而，在直徑突變后(入口側(cè)輪套/葉輪輪體)就形成一死水區(qū)。此時(shí)，在入口側(cè)輪套與葉輪間構(gòu)成的軸向間隙區(qū)內(nèi)的靜壓力并不升高。
上述間隙構(gòu)成通向入口側(cè)輪套腔室中液體的暢通的通路。這樣由工作狀態(tài)決定的軸向間隙的寬度將對(duì)死水區(qū)產(chǎn)生影響，這是因?yàn)?，位于輪套腔室?nèi)液體的附加動(dòng)能可以到達(dá)死水區(qū)。因而，隨著間隙寬度的增大，死水區(qū)的軸向長(zhǎng)度變短，并且液流在葉輪附近又重新貼近葉輪輪體。故死水區(qū)是通過(guò)葉輪的軸向位置控制的。
葉輪與出口側(cè)輪套間的軸向間隙對(duì)于實(shí)現(xiàn)對(duì)軸向力的自動(dòng)補(bǔ)償是起著決定作用的。當(dāng)葉輪離出口側(cè)輪套很近時(shí)(小軸間間隙)。緊鄰出口側(cè)輪套上的直徑突變前就會(huì)產(chǎn)生一增壓區(qū)，這是因?yàn)檩d流線又重新貼近葉輪輪體之故。由此引起的在出口側(cè)軸向間隙區(qū)內(nèi)的升壓將產(chǎn)生一軸向力，該軸向力將促使葉輪逆流向軸向滑移。
隨著出口側(cè)的軸向間隙逐漸增大，升壓效應(yīng)逐漸減弱。入口側(cè)死水區(qū)伸入葉輪輪體區(qū)越多，入口側(cè)的軸向間隙就越小。故軸流隨著入口側(cè)軸向間隙逐漸變小，被葉輪輪體壁的死水區(qū)所偏轉(zhuǎn)。由于在貼靠壁的流線和出口側(cè)固定輪套腔室內(nèi)的液體之間的剪切應(yīng)力，將為出口側(cè)軸向間隙區(qū)內(nèi)產(chǎn)生噴射效應(yīng)并在此處形成負(fù)壓，該負(fù)壓將促使葉輪順流向軸向滑移。因而，軸向力的作用方向就會(huì)出現(xiàn)反轉(zhuǎn)-軸向力作用于流向。
通過(guò)入口側(cè)軸向間隙處的死水區(qū)和由間隙決定的過(guò)壓/負(fù)壓作用(截流作用與噴射效應(yīng)交替變換)的配合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)軸向力的全自動(dòng)補(bǔ)償。只要流態(tài)穩(wěn)定，葉輪的每個(gè)軸向位置所承受的液壓都會(huì)被減載。
下面根據(jù)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。附圖中示出

圖1是沃爾特曼流量計(jì)縱剖面示意圖。
圖2和圖3是圖1中的沃爾特曼流量計(jì)對(duì)軸向力自動(dòng)補(bǔ)償工作原理的說(shuō)明。
在附圖中未示出其它的沃爾特曼流量計(jì)通用的屬于已有技術(shù)的，即對(duì)本發(fā)明不重要的構(gòu)件。
圖中，管形件1，待測(cè)量的流體接箭頭2方向穿流此管形件。葉輪3可旋轉(zhuǎn)并可軸向滑移地支撐在管形件1中，該葉輪由葉輪軸4、輪體5和安裝在輪體上的葉片6構(gòu)成。
在葉輪3入口側(cè)設(shè)置有輪套7，在葉輪3出口側(cè)設(shè)置有輪套8，在輪套7、8面向葉輪3端和葉輪3由軸向面端間留有軸向間隙9、10。
輪套7、8通過(guò)徑向伸展的腹板11或12與管形件1連接在一起，即固定支撐在管形件1上。
葉輪軸4伸展，進(jìn)入輪套8、7的腔室18、19中并且在其面端具有鉆孔13。樞軸14插在該鉆孔13內(nèi)并固定，且不可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在輪套7、8的頂點(diǎn)。樞軸14的長(zhǎng)度和鉆孔13的深度相互適配，因而葉輪3利用在輪套7面向出口端與輪套8面向入口端間的余量可以軸向滑移。樞軸14-鉆孔13對(duì)是一個(gè)由液體潤(rùn)滑的橫向移動(dòng)軸承，除軸向移動(dòng)外，該軸承同時(shí)可以保證葉輪3的旋轉(zhuǎn)。上述葉輪3的設(shè)置方式在沃爾曼流量計(jì)中是很普遍的。
葉片6的軸向范圍與葉輪輪體5的寬度相一致。從圖1中可見(jiàn)，葉輪輪體5在其整個(gè)寬度范圍的外徑D1都是不變的。此外還可見(jiàn)，該外徑D1稍小于輪套7、8面向葉輪3端的外徑D2和D3。依照本發(fā)明，D1約小于D2或D34％至8％，其中D1與D2間的百分偏差不必非得與D1與D3間的百分偏差完全相同。
由于輪套7面向出口端與葉輪輪體5間存在著銳減的直徑梯度，所以緊靠輪套7的該端后面形成一死水區(qū)15，該死水區(qū)15經(jīng)軸向間隙9一直伸展到葉輪輪體5的壁上。死水區(qū)15在葉輪輪體5的壁上軸向伸展越長(zhǎng)，軸向間隙9就越小。當(dāng)葉輪3緊靠輪套7(圖2)時(shí)，即在小軸向間隙9時(shí)，死水區(qū)15的伸展較大地進(jìn)入葉輪3。貼壁的軸向流16這時(shí)被死水區(qū)15偏轉(zhuǎn)，離開(kāi)葉輪輪體5。因此，該軸向流撞不到由于直徑突變D1/D3在輪套8的面向入口端上形成的小的截流邊緣17，或撞在該截流邊緣的可能性非常之少。
由于在貼壁軸向流16與輪套8腔室18內(nèi)的流體間存在的液流決定的剪切應(yīng)力，這時(shí)在軸向間隙10區(qū)內(nèi)就會(huì)產(chǎn)生噴射，該噴射造成此處的負(fù)壓。由此產(chǎn)生的力Fa×2與液流作用于葉輪3的軸向力作用方向相同，將造成葉輪3被由此產(chǎn)生的力作順流向滑移。因而，軸向間隙10變小并隨之死水區(qū)15在葉輪輪體5壁上的伸展長(zhǎng)度也變短(圖3)。
由于此滑移，因而死水區(qū)15伸展進(jìn)入葉輪3的幅度也大大變小。由于軸向間隙9增大，來(lái)自輪套7腔室19中流體的動(dòng)能也附加到該死水區(qū)15，因而死水區(qū)不僅僅是相對(duì)地(參照葉輪3的軸向位置)而且也是絕對(duì)地被縮短。
在葉輪3順流向軸向移動(dòng)的同時(shí)，貼壁軸向流16由于死水區(qū)15軸向長(zhǎng)度變短并隨之使偏轉(zhuǎn)的減輕，軸向流16將會(huì)逐漸貼向葉輪輪體5的壁。
當(dāng)葉輪3貼近輪套8(小軸向間隙同10)時(shí)，在緊鄰直徑突變D1/D2前面在輪套8附賓就會(huì)出現(xiàn)一升壓區(qū)，這是因?yàn)橛种匦沦N向葉輪輪體5的貼壁軸向流16撞在節(jié)硫邊緣17之故。由此在軸向間隙10區(qū)中所引起的升壓產(chǎn)生一個(gè)軸向力Fa×1，該軸向力造成葉輪3逆流向軸向滑移。
通過(guò)上述作用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)液流作用于葉輪3的軸向力的自動(dòng)補(bǔ)償。軸承13、14得到了保護(hù)并改善了測(cè)量精度。
權(quán)利要求
一種沃爾特曼流量計(jì)，該流量計(jì)具有一由葉輪輪體(5)和安裝在該葉輪輪體上的葉片(6)構(gòu)成的葉輪(3)，該葉輪可旋轉(zhuǎn)并可軸向滑移地設(shè)置在位于葉輪入口側(cè)的固定輪套(7)與位于葉輪出口側(cè)的固定輪套(8)之間，其中固定輪套(7，8)的面向葉輪端的外徑(D1，D3)大于葉輪輪體(5)面向固定輪套(7，8)的外徑，并且軸流式葉輪(3)的作用于流向的軸向力通過(guò)在葉輪輪體兩個(gè)端面上的靜壓差而得到補(bǔ)償，其特征在于，葉輪輪體(5)在其寬度(B)上具有保持不變的外徑(D1)，該外徑小于固定輪套(7，8)面向葉輪(3)端的外徑(D1，D3)4％至8％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有軸向力補(bǔ)償功能的沃爾特曼流量計(jì)。該補(bǔ)償應(yīng)在壓力損耗小且葉輪運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定的情況下，采用極其簡(jiǎn)單的手段加以實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)該任務(wù)的方案如下，葉輪輪體(5)在其寬度(B)上具有保持不變的外徑(D
文檔編號(hào)G01F1/10GK1149710SQ9512050
公開(kāi)日1997年5月14日 申請(qǐng)日期1995年10月27日 優(yōu)先權(quán)日1995年10月27日
發(fā)明者H·布雷默 申請(qǐng)人:H·邁內(nèi)克有限公司