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涡轮流量计叶轮的构造原理

来源:www.jsowyb.com 发布时间:2013-04-22 09:09:40

  智能涡轮流量计其机械部分原理是:当流量流入流量计时,在导流体的作用下得到调整并加速,由于叶轮与流体流向成一定角度,此时涡轮产生转动力矩,在克服摩擦力矩和流体阻力矩后,涡轮开始旋转。
  涡轮流量计的结构紧凑,其中叶轮是流量计的关键件,是传感器的检测元件。叶轮由高导磁性材料硬铝2A12制成,与表体同轴,叶片数常用12~24片,叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响,叶片的旋转角度与导程的精确程度,直接关系到涡轮流量计的精度,即检测线性度的值。型号为150的叶轮的结构尺寸如图1。

 图1 型号为150的叶轮结构尺寸图
  此种零件在公司为首次加工,。如按一般工艺,在铣加工中心加工最好,但这样势必会使加工成本增加好几倍。考虑到流量计还在研发试制阶段,要做到既节约成本,又不影响尺寸精度,因此我们针对车间现有设备的加工能力情况,决定在普通卧铣上加工。
 叶轮的加工难点有:
(1)叶轮材料为2A12,零件精度要求高,在机加过程中容易变形;
(2)叶轮的叶片壁厚薄,其壁厚只有1~2mm,加工过程中,其直径越大,加工时零件颤动越严重,从而对尺寸精度产生很大影响,直接影响气体的流速及检测线性度的值;
(3)中心小孔与外圆直径差大,同轴度要求0.015mm。
 针对以上加工难点,我们制定出相应的措施。
 制定的两套工艺方案
 我们综合考虑各方面的因素,制定出以下两条工艺方案:
(1)方案一。车外圆,几件为一体—铣削螺旋叶片—钳工去除毛刺—车断为单件,镗沉孔及外圆—铣槽—叶轮做动平衡—表面氧化处理。对方案一试加工一件,其结果不甚理想,因铣削后的叶片厚度只有1mm,用它来作为定位基准镗孔,很容易使叶片变形,且内外圆的同轴度难以保证,由此得出改进方案二。
(2)改进方案二。粗车(各面均留量1mm,左端凸台加长15mm,给铣加工预留夹头)—热处理(材料具有热处理强化能力,因此在零件粗加工后安排一次热处理工序,以消除加工应力)—精车(孔与外圆一刀下,调头上软爪,这样来保证同轴度)——铣(挂轮,借助工装铣削等速螺旋叶片)—钳(去除所有毛刺)—铣(铣槽,去夹头)—叶轮做动平衡—表面氧化处理。
专用的工装夹具
 在铣削叶片过程中,为了排除零件颤动,我们做了一套工装夹具(如图2)。

图2 专用工装夹具
  工装为两块夹板,工装1右端呈凹心状,左端车A2顶尖孔,这样可以保证夹板外端受力,有效的减少了振动,降低了表面粗糙度,而且也摆脱了原来加工必须要小切削量,每次切削量不到0.5mm,耗时(型号150的铣削需16h)的烦恼,现在加工此零件,效率提高了2~3倍,每次切削量可到1~1.5mm。
  在装夹零件时,以往采用三爪夹盘夹紧,而三爪夹盘自身精度较低,这样加工的零件在做动平衡后的数值偏差较大,增加做动平衡的难度,后来我们采取了在工装上的改进措施。
   把工装2的基准孔与零件配合,用M8顶丝顶住,这样使加工精度提高到0.01~0.02mm,动平衡有了较大的改善。
其他的工艺措施
  为了减少工件在旋转过程中所产生的阻力,我们采用车床所用的活顶尖,使转动更加顺利。
  在铣削过程中,由于铣刀在工件的右侧,而螺旋线为右旋,在旋转过程中,产生一向上的作用力。而普通铣刀底面有凹坑,不能切削,而使铣刀受到一向上的力,使铣削过程变得很困难,造成铣刀折断。我们采用底齿过中心的铣刀,使底齿也产生切削,使旋转产生向上的力转化为切削力。
  采用上述工艺对工件加工后,经多次检测,达到了使用要求,降低了加工成本,同时也保证了螺旋叶片对传感器精度的影响最小,即检测线性度值小于1.5%。
检测的改进
  在选择加工叶轮的螺旋导程时,应根据检测情况加以改进。叶轮的精度,直接影响流量计的精度。当螺旋角过大时,造成螺旋叶片安装角β增大,即叶片重叠度增大,从而增加了轴承的工作负荷,使轴承阻力矩增大,减少了使用寿命,同时也使叶轮本身受较大的作用力,使其变形而失去作用;当螺旋角过小时,造成一部分气流从叶片间的空隙中流失,不能产生使叶轮转动的力量,从而使流量计的线性度升高。
 气体涡轮流量计的仪表常数K应为

   其中,

    β为叶片安装角;

    g为气体留量;

    Z为叶片数;

    θ为流体出口角,理想状态下,无阻力矩存在,则θ为0;

    A为进口处的气体流通面积。

    加工的流量计在检测精度过程中,发现如下问题:

    (1)示值误差(δm)i过大;

    (2)重复性(Er)i不理想,正常值是小于0.5%;

    (3)线性度超出正常值范围(小于1.5%)。

    我们针对所产生的问题,对叶轮的螺旋角重新进行计算,缩小了导程,使叶片重叠度增加,即叶轮所造成的气体流通空间更加封闭。

关键词:涡街流量计 电磁流量计 涡轮流量计

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