旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)是一種容積式流量計(jì)，其計(jì)量室的進(jìn)出口腔的隔絕密封問題是關(guān)系到能否保證計(jì)量的準(zhǔn)確、穩(wěn)定的重要環(huán)節(jié)。該密封是由旋轉(zhuǎn)活塞與內(nèi)外圓筒及隔板的接觸形成，而與隔板接觸的、供活塞擺移的頂面缺口廓形設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，工作時(shí)，該廓形既要保證活塞按正確軌跡運(yùn)動(dòng)不受干涉, 又要保證缺口輪廓與隔板保持接觸, 使進(jìn)出腔隔絕, 形成可靠的密封。

旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)計(jì)量室的結(jié)構(gòu)及其工作原理

如圖 1 所示，頂面開有運(yùn)動(dòng)時(shí)能容納隔板位置缺口的活塞 7 位于外圓筒 1 的內(nèi)壁及內(nèi)圓筒 6 的外壁構(gòu)成的環(huán)形區(qū)域內(nèi), 活塞的內(nèi)外壁分別與內(nèi)外圓筒的外、內(nèi)壁接觸, 使活塞中心o‘對(duì)于內(nèi)外圓筒中心 o 有一偏距 e, 不難看出, 旋轉(zhuǎn)活塞的外內(nèi)半徑 r 1, r 2, 與外內(nèi)圓筒的內(nèi)外半徑 R , r 3 有下列關(guān)系：

活塞壁厚 δ= r 1- r 2偏距 e= R - r 1活塞外半徑 r 1= ( R + r 3+ δ) / 2內(nèi)外圓筒間有沿徑向隔板將環(huán)形區(qū)隔斷。

環(huán)形區(qū)的徑向尺寸 I= R - r 3隔板在 R 以內(nèi)長度 l 1 略大于 l隔板厚度為 b隔板到 o 點(diǎn)距離 l 2= R - l 1

這樣, 環(huán)形區(qū)被活塞壁和隔板劃成兩個(gè)月牙形內(nèi)外腔計(jì)量室, 在入口液體壓力作用下, 活塞中心 o’繞 o 沿箭頭做逆時(shí)針旋轉(zhuǎn), 活塞其余部分在環(huán)形區(qū)內(nèi)擺移, 其內(nèi)外圓柱面依次和內(nèi)外圓筒接觸, 計(jì)量腔不斷作圓周移動(dòng), 輸送流體。活塞中心 o‘繞 o 旋轉(zhuǎn)一周, 內(nèi)外計(jì)量腔同時(shí)旋轉(zhuǎn)一周, 各輸送排出一次液體。月牙形內(nèi)外計(jì)量腔的容積和即為活塞中心旋轉(zhuǎn)一周輸送排出的液體體積流量, 它是一個(gè)可計(jì)量的常量為:

其中, h—計(jì)量室的高度

根據(jù)活塞的轉(zhuǎn)數(shù) n 就能測(cè)出 n 轉(zhuǎn)數(shù)下所流過的液體量:

流量計(jì)計(jì)量室的密封問題分析

1、密封原理

由上述對(duì)流量計(jì)結(jié)構(gòu)及工作原理分析可知, 活塞工作時(shí), 活塞外圓面、外圓筒內(nèi)圓面及其相互接觸, 隔板和圓筒上下面構(gòu)成外計(jì)量室; 而活塞內(nèi)圓面、內(nèi)圓筒外圓面及其相互接觸, 隔板和圓筒上下面組成內(nèi)計(jì)量室。活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)要求其頂面與隔板接觸處開有缺口, 以保證運(yùn)動(dòng)不受干涉, 更重要的是該缺口廓形還要保證始終與隔板的近中心的 k 處接觸, 以保證內(nèi)計(jì)量室的密封; 否則, 以壓力從入口輸入的液體將不通過計(jì)量腔的輸送, 而直接經(jīng)缺口竄入出口流出, 輕則導(dǎo)致計(jì)量不準(zhǔn), 重則導(dǎo)致流量計(jì)不能工作。

2、活塞頂面缺口廓形方程的分析和設(shè)計(jì)計(jì)算

1) 如圖 2 所示旋轉(zhuǎn)活塞工作時(shí)其中心 o’繞o 逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng), 設(shè) oo‘連線與初始位置夾角為 α, 以α 為參數(shù)，推導(dǎo)頂面缺口廓形的極坐標(biāo)參數(shù)方程。為設(shè)計(jì)、加工方便，將極坐標(biāo)系固結(jié)在活塞頂面上。設(shè)坐標(biāo)系原點(diǎn)為 o’，極軸的初始位置為缺口廓形的對(duì)稱線o‘B，順時(shí)針方向?yàn)橄辔唤钦颚铡?/p>

當(dāng) 0° ≤ α ≤ 180°時(shí)缺口的右半廓形方程經(jīng)過推導(dǎo)為:

其中 e、b、l 2、r 1 如前所述, 均為已知。

2)當(dāng) 180°≤α≤ 360°時(shí)因?qū)ΨQ關(guān)系, 將- α, - φ代替( 1)式中的α , φ即可得到 180°≤α≤ 360°時(shí)的極坐標(biāo)方程:

3、實(shí)例計(jì)算

原始數(shù)據(jù): R = 27 mm, r 1= 23 m m, r 2= 21 mm, r 3= 17 mm, l 1= 11 mm, b= 2 mm

經(jīng)計(jì)算 e = R - r 1= 4 mm, l 3= 16 mm參數(shù) α從小到大順序取值到r 和 φ的對(duì)應(yīng)值見表 1。

廓形的加工

將( 1) 、( 2) 式轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)方程, 如圖 3 轉(zhuǎn)換式如下:

( 3)式仍然是 α的參數(shù)方程, 直接獲得 y 和x 的函數(shù)關(guān)系y = f ( x )比較困難, 可根據(jù)給出的 α值獲得x, y 的相應(yīng)值(見上表) , 將其對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn), 利用牛頓等差插值或樣條插值建立分段的 y = f ( x )的方程; 以該方程為基礎(chǔ), 可編制程序, 方便地在 NCN 線切割機(jī)上完成加工。

提高密封可靠性的其他措施

1)液體在活塞頂面缺口處的泄漏主要發(fā)生在內(nèi)計(jì)量室, 盡量縮短內(nèi)計(jì)量腔與入口的相通時(shí)間, 以便減少壓力作用的時(shí)間過程, 設(shè)計(jì)入口形狀和位置時(shí), 盡可能使入口接近外圓筒的內(nèi)圓柱面。

2) 同理, 液體出口的形狀位置的布置應(yīng)盡早與計(jì)量腔相通。

結(jié)語

1、旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)計(jì)量室的動(dòng)密封除了要認(rèn)真考慮圓筒半徑, 活塞半徑偏心距的尺寸關(guān)系, 使活塞的內(nèi)外柱面分別與內(nèi)、外圓筒圓柱面接觸相切外, 還應(yīng)認(rèn)真考慮活塞頂面缺口與隔板的接觸密封即缺口的廓形設(shè)計(jì)。

2、活塞頂面缺口廓形設(shè)計(jì)既要滿足自己的正常運(yùn)動(dòng)不受干涉, 更要考慮該處的動(dòng)密封問題, 因此, 缺口形狀不是隨意的, 而是精心設(shè)計(jì)的見圖 3。

3、活塞頂面缺口廓形可按( 1) 、( 2) 公式設(shè)計(jì)計(jì)算。

4、廓形可通過( 1)、( 2)、( 3)參數(shù)方程獲得節(jié)點(diǎn)擬合插值方程, 在數(shù)控線切割機(jī)上完成加工。

5、本流量計(jì)為上海康匯生產(chǎn)的, 供司駕人員用于燃油流量檢測(cè)驗(yàn)證的便攜裝置。