一種低漏流容積式流量計結(jié)構(gòu)設(shè)計

在科技的迅猛發(fā)展的今天，常用的流量計所存在的問題是很難實 現(xiàn)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(zhuǎn)動時兩者之間的空隙周期性的變化，由單向閥門 控制的流體在空隙變化時進(jìn)出流量計。它具有測量，漏流少，壓降 低的特點。本文就對其機(jī)械實現(xiàn)進(jìn)行探索。 1 流量計原理 流量計的正方形內(nèi)腔 （設(shè)正方形邊長為 1，對應(yīng)正三角形邊長也為 1） 被勒洛三角形分成四個區(qū)域，四角放置閥門。當(dāng)轉(zhuǎn)子隨著流體的流 入轉(zhuǎn)動時，正方形的每一條邊始終有一個且只有一個點與轉(zhuǎn)子接觸，這 樣就把流量計內(nèi)腔平面分成四個相互隔開的獨立部分，且每一獨部分立 面積的大小隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化。在閥門的控制下，流體隨面積 減小離開流量計，隨面積增大進(jìn)入流量計。轉(zhuǎn)子每個周期變化量將超過 1.828 個面積單位。 2 圓角結(jié)構(gòu) 勒洛三角形在正方形約束下的運動在轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角處運動軌跡和其幾何中心軌跡 經(jīng)計算，該軌跡的參數(shù)方程為 （1） 式和 （2） 式。 如圖 1所示，勒洛三角形幾何中心運動軌跡是由四個對稱的部分 橢圓形成的公共區(qū)域輪廓，每個橢圓的參數(shù)方程為 （3） 式和 （4） 式。 設(shè)計中，可將上蓋設(shè)計為能夠包絡(luò)住三角形幾何中心軌跡的圓。 上蓋圓的大直徑應(yīng)略小于 （ ）；此時上蓋的制作可節(jié)省較多 材料。 3 流量進(jìn)出系統(tǒng) 圖 2 流量進(jìn)出系統(tǒng) 進(jìn)過計算可以知道，中心轉(zhuǎn)軸每經(jīng)過 45°，就會對應(yīng)一次流量進(jìn) 出變化。如圖 2 所示圓板，黑色部分表示凸起，以此來控制進(jìn)出口開關(guān) 的壓下與彈起。當(dāng)開關(guān)處于壓下狀態(tài)時，流量計出口與出水管相連，同 時流量計對應(yīng)部分面積逐漸減小，流體流出流量計。轉(zhuǎn)過 45°之后， 開關(guān)處于彈起狀態(tài)時，流量計與入水口相連，流量計對應(yīng)部分面積逐漸 增大，流體流出流量計。 4 流量計轉(zhuǎn)子設(shè)計 轉(zhuǎn)子強(qiáng)度低，轉(zhuǎn)子尖角處摩擦多，壽命短。因此考慮利用 滾子結(jié)構(gòu)來進(jìn)行優(yōu)化，將尖角處轉(zhuǎn)化為純滾動運動。容積式流量計大 的誤差來源就是漏流，材料選取會影響摩擦力，壓降也隨之變化，進(jìn)而 影響漏流。設(shè)計采用圓角結(jié)構(gòu)解決尖角應(yīng)力集中問題，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(zhuǎn)子結(jié)合解決 密封和摩擦的問題。 作者簡介：金瑩，1979 年生，沈陽化工大學(xué)能源與動力工程學(xué)院 力學(xué)教研室教師，主要從事機(jī)械設(shè)計，力學(xué)分析等方面的研究。