改进旋转方式的液体流量计的制作方法

专利名称：改进旋转方式的液体流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种液体流量计，它包括一个测量室，室中的涡轮受驱动围绕一个轴转动并且依靠与所述轴排成一直线的支撑件至少对于较小液体流量都可旋转。
大家都知道一些这类流量计，比如在专利文献说明书GB 437637及FR2336666中所描述的那些流体流量计。
在这些流量计中涡轮沿垂直轴的转动通常都是利用与支撑件相连接的很尖的圆锥尖顶来实现的如专利GB 437 637所述的那样，或者是利用与涡轮轴相连接的很尖的锥顶来实现的，如专利FR 2336666中所描述的那样，而且它要与连接涡轮的平面或凹面相接触(GB 437 637)或者与连接到支撑件的平面或凹面相接触(FR 2336666)。
锥顶与平面或凹面间的接触是一种近似的点接触，当涡轮沿着其支撑件旋转时可减少机械摩擦，因而就使液体流量计有较高的灵敏度。
在专利文献FR 2336666中所描述的那种水表流量计中，是这样设计的涡轮从一定的流量开始就自行略微地抬起一些，其作用是使锥顶与平面或凹面分开一些因而也就减少了圆锥尖端被磨损的危险。
实际上，当圆锥尖顶与接触面相离开的同时也防止了点接变成面接触，当旋转时就造成了摩擦力的增加。
因而要找到一种对锥顶磨损问题的解决办法，尤其是当锥顶与平表面或凹面接触导致时间过长时的磨损问题。
本发明的目的就是提出一种设计简单而又非常有效的解决方案来克服这种磨损问题。
因此本发明的内容就是有关一种液体流量计，它包括一个测量室，该室中的涡轮受驱动绕轴转动并且依靠与所述轴成一直线排列的支撑件至少可对较小的液体流量产生旋转，该流量计的特征在于旋转运动是利用在两个凹面间自由转动的滚珠来实现的，这两个凹面的曲率半径要精确地大于滚珠半径。
在滚珠与每个凹面间的滚动实现点接触的情况下可确保在接触过程中不是同一些点发生接触，因而也就保证了滚珠的磨损比现有技术的圆锥尖顶的磨损大大减少了。
同样，在涡轮依靠其支撑件的旋转工作状态延长以后还可保持点接触，这就可确保流量计的初始灵敏度。
而且，滚珠与两个凹面的下凹面和上凹面的接触保证了滚珠的自动定位找正，这就可以使涡轮相对其支撑件重新对准因而也就避免了涡轮偏离中心时的侧向摩擦。
例如，当流量计采用水平安装时，其轴是垂直的。根据本发明的另一种特征，凹面的曲率半径上限由液体中涡轮的重量来确定，使得液体中涡轮的重量越高曲率半径就越大。
实际上滚珠的自动定位对准与液体中涡轮的重量有关，而且也与凹面的曲率半径有关。
根据一种特征，其中一个凹面与涡轮相连接而另一个凹面与支撑件连成一体。
比如两个凹面都是差不多为球面形、抛物面形或椭圆形。
甚至也可以考虑为两个凹面的形状都不是同一类型的。
例如其中一个凹面可以是球面形的而另一个凹面是椭圆形的。
各种类型的组合都是可以由本技术领域的专业人员来加以考虑的。
为了简便起见，最好对于每个凹面都选择同一的曲率半径，但是这不是必要技术特征。
根据涡轮的平均密度大于还是小于液体的密度来确定滚珠放在涡轮的下面或在涡轮的上面。
在上面所考虑的这种或那种情况下，可在涡轮中设计一个轴向凹槽用来容纳由滚珠和轴向支承轴所构成的支撑件，在此支承轴深入到上述凹槽中的一端安置一个凹形面用于与滚珠相接触，而另一个凹形面安置在上述涡轮轴向凹槽的底部。
在上面所考虑的这种或那种情况下，作为一种变型实施例来说，可以进行这样的设计与涡轮连成一体的轴向轴深入到轴向凹槽中，其底部安置有一个凹形面，上述的轴向轴在其插入的一端安装有另一个凹形面，滚珠就安装在上述凹槽中这两个凹面之间。
本发明的其它一些特征和优点可在后面的说明中显示出来，这种说明只是作为一种非限定性的实例并参照一些附图而给出的，图中有

图1是本发明的一个水表流量计的测量室纵剖面示意图，图2a是本发明部分的放大示意图，图2b是现有技术积垢以后锥形尖顶与一个凹面相接触时的放大示意图，图2c是本发明的一种变型实施例的放大示意图，图3表示出的是在小流量下所进行的疲劳测试之前(曲线A)以及在疲劳测试之后(曲线B)，本发明的水流量计随流量而变化的误差曲线。
图1所示的液体流量计10，比如是水流量计，包括一个流量计机壳12，此壳体内安装一个测量室14，该测量室又配备一个带垂直轴ZZ′的涡轮16。进水管18和排水管20从流量计机壳两边与机壳12相连接并且与测量室14相通以便分别把水流注入到上述测量室中，目的是使涡轮转动并且使所述水流在通过该测量室中以后再流出去。
注入水管18和排水管20在图1中都没有用剖面图表示而且只是用背景图形式表示的，因为这两个管路都是偏离测量室中心部位的。
注入管比如内径是80mm，后边的半径稍小约为46mm。
排水管20的内径比如可以是80mm。测量室底部有一个用螺钉24，26固定到机壳12底部的下表板22而且它至少开两个孔28、30，这可以从该板的两侧进行压力平衡，比如当发生压力猛烈增加(水击)时就需要进行压力平衡。
在压力板22上例如可安装4个彼此成90°的径向配置的多个折流板32。
在测量室上部，还要在上板34的下表面上配备其它4个折流板33。
涡轮16带有几个叶片35，比如是7个，它们都与中心轴套36连成一体。
在中心轴套内设计成显然是圆柱形的内腔而且在所述内腔中沿所述轴套的整个高度上安置一些轴向肋38。在该轴套的下部中套装一个可成为轴承座的部件39。轴套36的下面中间部位36a在水平面P之外朝压力板22的方向延伸，此水平面形成为叶片35的下部。
中心轴套36还包括显然是中空圆柱形的部件40它围绕在轴套下面中间部分36a并且设计上一个处在P平面内的环形底座。
涡轮16的轴套36的顶部穿过板34并且利用轴41导引转动，此轴41咬合在沟槽42中，此沟槽开在防护罩形的部件43中，该防护罩安在上部盘形件44的中间，此盘形件支承在机壳12及板34上。在涡轮上升的过程中，轴的上部可以支承的方式达到部件43中槽42的底。
磁耦合系统的部件45安装在部件44旁边的轴套36的上端，该系统的另一部分安置在此部件44的另一侧。磁耦合系统用于把涡轮的转动传送到机械部分，此机械部分与流量计的加法计数器相连并处在部件44的另一侧。图1中未表示出计数器。
涡轮16安装在轴向支承件46上，此支承件为纵向形，在其下端46a安装一个螺丝可牢固地固定在机壳12底中的螺丝孔中。
轴向支承件46的上部46b带有一个显然是圆柱形的光滑支承，插入到轴承座39中并且它在截面变小以后朝着所述支承件上端方向变细。
轴承座39的内部形状模仿了支承件的外形轮廓因而其截面也是向着所述轴承座底的方向而减小的。
轴向支承件46的上端有一个朝上的凹面46c(图2a)是专为容纳滚珠46d而设计的。
比如凹形面是球形凹面(图2a)，其曲率半径是R1，它大于滚珠的曲率半径R2。
在轴承座39的底部，有一个例如是用碳化钨作成的部件48，安在槽50中而且它有一个凹面48a用来容纳滚珠46d。
凹形面比如是球形凹面，其曲率半径R3大于滚珠半径R2。
例如滚珠半径R2为1.5mm，是用不锈钢作成的。为了使滚珠与每个凹面46c、48a成点接触。因此为了保证流量计的灵敏度较高，就必需是这些凹面的曲率半径R1和R3值与滚珠半径R2的值有相当的差值。R1、R3值与R2值之间的最小差额是不能定量推算的，因为它与R2值有关而且R2值越大它也越大。
R1和R3值的选择都是经过反复试验而进行的，选择R1和R3的值要比R2的值越来越大而且要注意观察每次疲劳试验之后流量计的灵敏度。
由于滚珠46d可在两个凹面间自由转动，这就可以实现滚动式的两个点接触，也就是说接触点可随时变化，因而滚珠的磨损比现有技术的尖点磨损大大地减小了。
涡轮16在支承件46上长时间旋转以后，滚珠与凹面间的下面接触及上面接触总是点接触，这就可以长时间地保持流量计的灵敏度。
在该实施例中，涡轮16的平均密度大于水的密度。
涡轮在水中的重量例如等于4克，R1和R3的值比如相等，为2.1mm，滚珠半径R2为1.5mm。
如果涡轮比较重，R1和R3的值也随着大大增加。
R1和R3的半径值实际上是根据涡轮在水中的重量来确定的，目的是为了保证滚珠在两个凹面之间的自动对准定位。
如果选择R1及R3的半径值时不考虑涡轮的重量，就会出现涡轮在水中的重量很小却把其半径值选的很大，这样，在旋转过程中，滚珠就可能偏离开其初始位置。那时涡轮16的轴承座39就会与支承件46b部分的主干部件相接触，这就能产生不可忽略的摩擦力因而也就减小了流量计在所考虑的流量情况下的灵敏度。
可以看出，如果与滚珠的接触面是平面而不是凹面，则不管涡轮在水中的重量如何都不存在自动定位找正，滚珠将顶靠轴承座39的内表面并会出现比初始设计的两个点接触又增加了的额外接触，因此而产生一些附加摩擦力。在这种情况下，这些摩擦力使由涡轮16的轴承座39与支承件46的46b部分之间的接触所产生的摩擦力增加了。
相反地，如果凹形面的曲率半径与滚珠的曲率半径差不多相同也不会形成上的点接触和下面的点接触而且可能会被上部及下部的面接触甚至是侧面接所代替，这也会引起较大的摩擦力因而也就降低了流量计的灵敏度。
可以看出，不是在轴承座39端部设置插入部件48，而是可以在所述轴承座底中加工成或模铸出一个表面48a。
现有的流量计在运输过程中，它们都会受到反复多次的不适时宜的碰撞，而且当发生这类撞击时，涡轮就会伤及支承件的极细的尖顶点，其影响就是引起支承件尖顶的磨伤。甚至在使用时让涡轮旋转之前就出现了尖点的磨损，因此流量计的灵敏度一开始就受到了损坏。
采用本发明后，流量计灵敏度受损害的危险性就大大地减少了，这是由于不再使用一个相当脆弱的尖顶物而是用滚珠，更重要的原因是将会受磨伤的滚珠触点可能不是后来在涡轮旋转时将要利用的那个触点。
另一方面，当水流量计与含有大量的矿物颗粒的水一起使用时，这些矿物颗粒就会沉积在流量计的一些较小的隐蔽角落处，比如可沉积在涡轮旋转的部位。
图2b是表示出现有流量计中涡轮旋转部位积垢影响的简化放大示意图。因为细尖顶52与凹面54之间的触点相对涡轮轴承座是固定的，所以颗粒都聚集在凹面上所述尖顶的周围，在含矿物颗粒水的情况下工作很多个小时之后就形成了一个积垢层56，这会增加与支承尖顶的摩擦力因而也就影响了流量计的灵敏度。
采用本发明，滚珠46d可在凹面46c和48a之间自由转动，它就会在这两个凹面之间，在各种不同的振动和/或在涡轮的稍微抬起和/或在涡轮径向移位的作用下有轻微的移动因而滚珠的移动可以说阻止了水所携带的矿物颗粒粘挂在所述凹面上。
如图2c上所示，根据一种变型实施例，部件58相对于测量室底形成了凸出部分，其外形基本上是圆柱形的，它有一个圆柱形槽座60，凹面58a就设置在其底部以便作滚珠62的支撑。
涡轮63，图中只表示出其局部情况，它有一个旋转轴向的轴64，此轴与涡轮的转动轴ZZ′成一直线排列而且牢固地固定在上述涡轮上。
轴64有一部分插入到槽座60中并靠在滚珠62上，该滚珠与凹面58a一起构成了涡轮旋转的支承件。轴64在其与滚珠相接触的下部64a有一个凹面64b。
两个凹面都具有上面参照附图1和2a所表述的那些特征。
应该看到，当涡轮的平均密度小于水的密度时，在图2a和2c的实施例中所指出的配置都按照与各自图上所指出的相反顺序安装在涡轮的上面，也就是说，对于图2a的配置来说，凹面48a将处在滚珠46d的下面而该滚珠将安装在延伸部件46a，b的下面。
本发明的效果可由图3来描述，该图中的两条误差曲线A和B分别表示出了针对水流量计所测量的流量Q而得到的百分比误差E，该流量计的标称流量为20m3/h(米3/小时)，如同在图1上进行825小时流量为3m3/h的疲劳试验前、后所表示的那样。
该疲劳试验主要就是加速支承轴的磨损。
因此，两条曲线几乎差不多是相同的，这表明，不管流量如何，本发明的流量计在涡轮16沿支承件46长时间旋转之后还保持着其良好的灵敏度。
曲线A还对应采用水流量计进行疲劳试验之前所得到的误差曲线，如图1所表示的那样，该图中实现旋转不再是用滚珠而是利用了与凹面相接触的细尖顶(现有技术)。
第三条误差曲线C表示的是按照现有水流量计所测量的流量所得到的误差，当然是在进行了上述疲劳试验以后所达到的误差并且表示出了该流量计非常明显的灵敏度降低。
值得注意的是，参照图2a所描述的水流量计是以欧洲专利No.170 564中所指出的方式而工作的，也就是说从一定的流量值开始涡轮稍微抬起而且在那种情况下凹面48a就不再与滚珠接触了。
对于通常的流量计来说，这可避免涡轮靠在高速转动下的圆锥细尖顶上，因而可以限制所述尖顶的磨损，这样就可在流量较大时保持良好的灵敏度。
采用这种类型的流量计，涡轮的轴向位移应足够大，以便当所述涡轮处在较高位置时，其轴向振动不会引起在其凹面与支承件锥形细尖顶之间反复多次的碰撞，这可能会降低流量计的性能。
本发明可大大地降低这类影响，涡轮的轴向位移也可减小。这种特征有显著优势。
实际上，当涡轮从一定的流量值开始抬高到某一值时，针对所测量的流量达到的误差曲线可在发生抬起的流量值附近出现一个水平段，其值越大涡轮抬起行程也越大。根据该水平段，在曲线上，“抬起流量”之前所达到的误差及在该流量之后所达到的误差可显示出较大的差距，其结论是，从流量计的误差曲线来看可能存在一些不可接受的误差，这是考虑到针对流量计量程中某些流量值所认定的那些应用而说的。
减小涡轮的轴向行程可以适当地减少曲线上“抬起流量”前、后所达到的误差之间的差距，因而也就可以改善流量计的计量学特征。
本发明可应用到各种垂直轴涡轮液体流量计上，尤其是应用到Woltann型的液体流量计，在此流量计中液流使涡轮转动，液流从所述涡轮下方流入测量室而又从涡轮上面流出所述测量室。
液体流量计可以是单射流型、多射流型或Woltann型的，本发明既能应用到在涡轮与计数器之间有机械驱动的情况，也可应用到利用磁铁进行传动的情况中。
本发明可应用到所有类型的液体流量计，比如水流量计、工业或饮食液体流量计等。
权利要求
1.一种液体流量计(10)，它包括一个测量室(14)，在该测量室中有一个涡轮(16)，至少可受很小液体流量驱动沿着支承件(46a-d)绕轴(ZZ′)周围转动和旋转，支承件与上述轴排成一直线，该流量计的特征在于旋转运动是利用在两个凹形面(46c，48a)之间可自由转动的滚珠(46d)而实现的，这两个凹面的曲率半径要严格地大于滚珠的半径。
2.根据权利要求1所述的液体流量计，其中两个凹面(46c，48a)的曲率半径上限是由涡轮(16)在液体中的重量所确定的，涡轮在液体中的重量越重该曲率半径就越大。
3.根据权利要求1或2所述的液体流量计，其中一个凹面(48a)与涡轮(16)相连接而另一个凹面(46c)与支承件(46a-d)连成一体。
4.根据上述权利要求中任一权利要求所述的液体流量计，其中两个凹面(46c，48a)明显都为球面形。
5.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的液体流量计，其中两个凹面大致都是抛物面形。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的液体流量计，其中两个凹面大致都是椭圆形。
7.根据上述任一权利要求所述的液体流量计，其中两个凹面(46c，48a)的曲率半径是相同的。
8.根据上述任一权利要求所述的液体流量计，其中当涡轮的平均密度大于液体密度时滚珠(46d)就放在涡轮(16)的下面。
9.根据权利要求1至7中任一权利要求所述的液体流量计，其中当涡轮的平均密度小于液体密度时滚珠(46d)放在涡轮(16)的上面。
10.根据权利要求3以及权利要求8或9所述的液体流量计，其中有一个轴向槽座(39)设计在涡轮(16)中用来容纳由滚珠(46d)和轴向枢轴(46a-c)所构成的支承件，在该轴向枢轴插入到上述槽座中的那一端设计成用于与滚珠相接触的凹形面(46c)，另一个凹形面(48a)安置在上述轴向槽座的底部。
11.根据权利要求3及权利要求8或9所述的液体流量计，其中与涡轮(63)连成一体的轴向轴(64)插入到轴向槽座(60)中，在槽的底部深处安置两个凹面中的一个凹面(58a)，所述轴向轴在其插入的那一端安置另一个凹形面(64b)，滚珠(62)安放在所述槽座中这两个凹面之间。
全文摘要
一种液体流量计(10),它包括一个测量室(14),室中涡轮(16)受驱动围绕轴(ZZ′)转动并且依靠与上述轴成直线排列的支撑件(46a－d)可至少针对较小的液体流量而转动,该流量计的特征在于:旋转运动是利用在两个凹面(46c,48a)之间可自由转动的滚珠(46d)来实现的,这两个凹面的曲率半径要很精确地大于滚珠半径。
文档编号G01F1/08GK1240509SQ9718056
公开日2000年1月5日 申请日期1997年12月17日 优先权日1996年12月19日
发明者卢多维克·杜卡特, 丹尼尔·凯瑟琳 申请人:施蓝姆伯格工业公司