一种刚性变截面装置的制作方法

本发明涉及流量测量领域，具体是一种应用于流量测量过程中以改变流体管道横截面积的刚性变截面装置。也可用于文丘里管掺混或除尘等领域以及流量调节阀等领域。

背景技术：

对于液体及气体的流量测量，通过在流体流经的管道上安装传感器，通过传感器测量电信号，通过该电信号能反映管道内部流体的压差，经过压差能计算出流体的流速，根据流体的密度ρ、流速v及横截面a与流量q的关系即:q＝ρ×v×a能获得流量；由于传感器测量的范围的限制，能够感知的压差δp在δpmin～δpmax之间，对于同一测量管道，流量的量程比等于

在实际使用场景中，有些流动过程的量程比很大，单个的常规流量计不能满足全量程测量的要求，现有技术通常采用多个流量测量装置并联，通过阀门切换或组合的方式进行全量程测量对不同过程的流量进行测量，这种方式需要针对不同的流动状态切换不同的阀门组合，一方面测量过程较为繁琐，控制程序复杂，也需要更多的执行元件配合才能完成测量装置的切换；另一方面使得测量成本提高了若干倍；最后多个测量装置需要更大的安装空间，对适用环境提出了更高的要求，相应也大大增加了安装、维护和检修成本。

技术实现要素：

本发明提供一种流体流量测量系统，用于克服现有技术中测量管路复杂、成本高、控制流程复杂、需要安装空间较大等缺陷，通过在测量过程中改变流体管道横截面积以提高流量测量的量程比，大大减少了测量装置的数量，简化测量控制程序，减少了安装空间，并降低了安装、维护和检修成本，提供了刚性检测管道变截面的可实现性，且动作灵活可靠，灵敏性高，易于操作。

为实现上述目的，本发明提供一种刚性变截面装置，包括：

检测管道，用于供待测流体通过，由刚性材料制成；

驱动部件，用于为执行部件提供驱动力；

所述执行部件，与驱动部件动力输出端传动连接，安装在所述检测管道的内壁上，包括至少一个能在驱动力作用下动作从而改变执行部件与安装壁面之间间隙的变形单元，通过变形单元使检测管道内部的横截面积产生变化。

本发明提供的刚性变截面装置，使用时，首先将检测管道安装在待测流体流经管路中，在测量过程中，可根据在流体流经检测管道内部的压差，通过驱动部件提供的驱动力，执行部件的变形单元动作并改变变形单元在检测管道内部与其对面的检测管道内壁之间的间隙，使检测管道内部的横截面积产生变化；在线动态改检测管道的横截面积，改变检测管道内部流体的流动状态，使得压差传感器的检测信号处于正常检测范围，从而扩展测量系统流量的量程比，满足流量测量系统在复杂流动状态下的测量需求，减少了检测管道及传感器的数量及测量控制系统的规模，同时大大缩小了安装空间，并降低安装、维护和检修成本；且变形单元通过机械结构实现，可靠性和灵敏性高，易于操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提出的刚性变截面装置的参考状态示意图一；

图2为本发明实施例一提出的刚性变截面装置的参考状态示意图二；

图3为本发明实施例一提出的刚性变截面装置的横截面示意图；

图4为本发明实施例二提出的刚性变截面装置的轴向截面示意图；

图5为本发明实施例二提出的刚性变截面装置的横截面示意图；

图6为本发明实施例三提出的刚性变截面装置的单侧变形单元变形在最小截面状态的示意图；

图7为本发明实施例三提出的刚性变截面装置的单侧变形单元变形在最大截面状态的示意图；

图8为本发明实施例三提出的刚性变截面装置的双侧变形单元的结构示意图；

图9为图8的背面结构示意图；

图10本发明实施例三提出的刚性变截面装置的四轴驱动示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

实施例一

如附图1所示，本发明实施例提供一种刚性变截面装置，包括检测管道1、驱动部件和执行部件，检测管道1用于供待测流体通过，由刚性材料制成；驱动部件用于为执行部件提供驱动力；所述执行部件与驱动部件动力输出端传动连接，安装在所述检测管道1的内壁上，包括至少一个能在驱动力作用下动作从而改变执行部件与安装壁面之间间隙的变形单元，通过变形单元使检测管道1内部的横截面积产生变化。

这里的检测管道1可以采用刚性材质制成(例如钢管)，管道的横截面可以采用通用的圆形或方形；

所述变形单元指的是能在驱动力的作用下自身发生形变的构件或组件，这种变形可以由构件自身的机械结构产生，也可以由材料自身在受到外力作用下产生。

对于检测管道1采用刚性材质时，这里的执行部件可设置在检测管道1的内壁，执行部件例如可以由三块面板顺次铰接形成，其中位于两端的两块面板端部分别铰接在检测管道1管壁上，通过驱动部件带动铰接轴转动使得执行部件在检测管道1内部动作，使得中间的面板在沿着检测管道1轴向移动的同时在径向上逐渐向靠近检测管道1中心轴线的位置移动，在此过程中中间面板与检测管道1之间的间隙随之减小，从而使得横截面减小。

优选地，所述变形单元包括第一内流道侧板31、内流道型面板33、第二内流道侧板32，内流道型面板33长度方向沿所述检测管道1的轴向或长度方向布置；第一内流道侧板31和第二内流道侧板32一端分别通过第一铰接轴31a和第二铰接轴32a铰接在所述检测管道1上；第一内流道侧板31和第二内流道侧板32另一端分别通过第三铰接轴31b和第四铰接轴32b与所述内流道型面板33两端铰接，所述内流道型面板33在驱动部件的作用下绕第一内流道侧板31的第一铰接轴31a以及第二内流道侧板32的第二铰接轴32a摆动以改变检测管道1横截面积；所述驱动部件安装在所述检测管道1外，用于驱动至少一个内流道侧板的铰接轴转动；即驱动部件可以单独驱动第一铰接轴31a或第二铰接轴32a，也可以同时驱动两者，但需要保持同步动作。

所述内流道型面板33的形状与其覆盖的检测管道1的管壁形状相适配，例如在检测管道为方管时，内流道型面板33为平面；在检测管道为圆管时，内流道型面板33为弧面。

优选地，所述检测管道1为方形管道，所述内流道侧板分别通过铰接轴安装在所述检测管道的相对的两个面上，所述内流道型面板33为平面，且与两个面之间的侧面平行。

参见图1、图2，所述检测管道1由刚性材料制成；且检测管道1的横截面为方形；第一铰接轴31a均铰接在所述检测管道1的其中两个平行的第一侧面11上，所述内流道型面板33在驱动部件的作用下绕与第一内流道侧板31的第一铰接轴31a和第二内流道侧板32的第二铰接轴32a摆动以改变检测管道1的横截面积大小；所述内流道型面板33为平面，且与位于该两平行的第一侧面11之间的第二侧面12平行。所述驱动部件安装在所述检测管道1外，用于驱动第一内流道侧板31与检测管道1连接的第一铰接轴31a和/或驱动第二内流道侧板32与检测管道1连接的第二铰接轴32a转动。

驱动部件带动第一内流道侧板31与检测管道1连接的第一铰接轴31a和/或驱动第二内流道侧板32与检测管道1连接的第二铰接轴32a转动时，第一内流道侧板31及第二内流道侧板32带动内流道型面板33绕与第一铰接轴31a和第二铰接轴32a摆动，内流道型面板33在两个第二侧面12之间移动，其中背离执行部件32的第二侧面12与内流道型面板33之间的间距被调整，进而改变了检测管道1内部的横截面积。图1的状态展示了第一内流道侧板31与第二侧面12之间夹角为90度的状态，此时检测管道1内部的横截面积最小；当第一内流道侧板31与第二侧面12之间的夹角为0度或180度时，检测管道1内部的横截面积最大；图2的状态展示了第一内流道侧板31与第二侧面之间夹角为30度的状态，此时横截面积位于上述两者之间。

优选地，继续参见图1、图2，所述检测管道1上安装所述内流道侧板铰接轴的两个面(第二侧面12)中，至少有一个面内壁设置有半圆形限位槽13，第一铰接轴31a和/或第二铰接轴32a的端部位于各自限位槽13内，并随着驱动部件的作用在所述限位槽13内滑动。限位槽13与铰接轴的配合能够限定内流道型面板33及第一内流道侧板31、第二内流道侧板32的动作，提高变形单元的稳定性，使输出的变截面积与实际横截面积更为契合。

参见图3，第一铰接轴31a穿过方形管的两第一侧面11，并通过轴承安装在第一侧面11上，第一铰接轴31a与第一内流道侧板31传动连接，驱动部件2(图未示)输出端与第一铰接轴31a传动连接，带动第一铰接轴31a转动，进而带动第一内流道侧板31转动，通过第三铰接轴31b带动内流道型面板33移动。

实施例二

作为上述实施例一的一种变形，参见图4，所述变形单元包括干涉层37和变形膜层38；干涉层37设置在所述检测管道1内壁；变形膜层38连接所述干涉层37边缘与所述检测管道1内壁，在驱动力作用下随着干涉层37在径向上靠近或远离检测管道1内壁而产生变形；所述干涉层37、变形膜层38及被所述干涉层37覆盖的检测管道1内壁共同围设呈一个密封腔30；所述检测管道1上设置有与所述密封腔30连通的通孔301，所述通孔301通过连接管连接驱动部件2；所述驱动部件2包括气源或液源以及用于根据所述控制装置的指令向密封腔输入或从密封腔排出气体或液体的输送装置。干涉层38与检测管道1内壁吻合。

所述变形膜层38由柔性材质制成或由折叠状刚性膜层形成。

在本发明一实施例中，所述检测管道1为圆管，所述刚性变截面装置还包括一变形单元；两变形单元分别安装在所述检测管道1内壁上且在周向上正对；两变形单元的所述干涉层37呈弧面状。

优选地，为提高变形单元对横截面积改变的有效性，所述干涉层38由刚性材质制成，且在弧度方向上具有弹性，并在驱动力作用下曲率半径变大均能与各自所覆盖的所述检测管道内壁相适配。

优选地，所述干涉层37自然状态下对应的圆心角为180度。

参见图4，所述执行部件3包括设置在所述检测管道1内壁的干涉层37，所述干涉层37为两半式结构，所述干涉层37边缘与所述检测管道1内壁通过变形膜层38连接，所述干涉层37、变形膜层38及被所述干涉层37覆盖的检测管道1内壁共同围设呈一个密封腔30；所述检测管道1上设置有与所述密封腔30连通的通孔301，所述通孔301通过连接管连接驱动部件31；所述驱动部件31包括气源或液源以及用于根据所述控制装置的指令向密封腔输入或从密封腔排出气体或液体的输送装置。

当需要减小横截面积时，通过驱动部件31经连接管及通孔301向密封腔30内通入气体，驱动干涉层37在径向上向检测管道1的中心轴线方向移动，从而减小检测管道1内部的横截面积；通过驱动部件31经连接管及通孔301从密封腔30内向外抽气，驱动干涉层37在径向上向检测管道1的管壁方向移动，从而增加检测管道1内部的横截面积。

在检测管道1横截面为圆形时，干涉层37可采用瓦片状结构，并且弧度大小能产生弹性变形，图5所示为横截面积最小的状态，干涉层37没有弹性变形，正好合并形成圆形；在密封腔30内部为真空状态时，干涉层37在弹性层38的作用下向外展开，弧度对应的圆心角变小，完全与检测管道1内壁贴合，此时横截面积与检测管道1未干涉状态近似相等。

在检测管道1横截面为方形时，干涉层37可采用刚性材质制成，布置在检测管道1的内侧壁或相对的两内侧壁。

实施例三

作为实施例一的另一种变形，参见图6-9，所述变形单元还包括：两整流板和两导向槽；每块整流板分别位于一内流道侧板的外侧，两整流板的一端与所述内流道型面板两端均铰接(通过内流道铰轴铰接)，两整流板的另一端分别安装有导向轴；两导向槽设置在所述检测管道的盖板上，并靠近相邻的侧边板，分别位于两内流道侧板及内流道型面板连接形成的整体的外侧；每个导向轴的一端位于一个导向槽内，并随内流道型面板的动作而在导向槽内移动；驱动部件包括电机，所述电机的输出轴通过蜗轮蜗杆传动机构带动变形单元中其中一个内流道侧板转动；蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆安装在所述检测管道盖板的背面，与所述蜗杆啮合的蜗轮传动安装在一内流道侧板与检测管道铰接的变截面驱动轴上。

本实施例中检测管道为方形管，导向槽沿着方形管的轴向设置，呈水平状，其中图6、图7为在检测管道1内部单侧设置变形单元的图示，图8、图9为在检测管道1内部双侧设置变形单元的图示；动作原理如下：在需要启动变截面装置动作时，电机输出轴传动连接蜗杆一端，蜗杆分别带动两蜗轮转动，蜗轮传动连接在变截面驱动轴伸出盖板的一端，以通过变截面驱动轴驱动与其连接的内流道侧板转动(此时两整流板随其动作通过导向轴与导向槽的配合而动作)，进而带动内流道型面动作以减小方形管道喉部截面积。

作为双侧设置变形单元技术方案的进一步的改进，参见图10，在检测管道内部的流体粘度较大或大压力流动状态时，需要四轴驱动时，电机输出轴传动连接在蜗杆的一端，蜗轮与蜗杆啮合，主齿轮与蜗轮同轴安装，与主齿轮分别外啮合的四个从齿轮(图10中标注为齿轮)分别安装在两变形单元的两变截面驱动轴(每个变形单元中两内流道侧板均与检测管道铰接的轴)输出盖板的一端；通过电机、蜗轮蜗杆机构和齿轮机构同时带动四根变截面驱动轴转动，每个变形单元内部均为双轴驱动，以提高驱动力。

优选地，为提高流量检测精度，将所述整流板均设计呈向外凸伸的弧形，和/或所述内流道型面板靠近所述整流板的两端呈曲面形，与所述整流板共同形成流线型过渡曲面。实施例一的结构，内流道侧板与侧边板之间容易的尖锐夹角型面在流体流经时，容易形成漩涡，在流量测量时会导致测量误差增大，上述结构，整流板与内流道型面板能够形成过渡曲面，缓解了上述漩涡的形成，有利于提高测量精度。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。