專利名稱：流體流量計的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及流體流量計，例如軸向流動機械流體流量計。
背景技術(shù)：
術(shù)語“機械”所表達的含義是指具有移動部分的流量計，其移動部分的移動被用來測量流量。移動部分可以是轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動與通過儀表的流體流速或流量成比例。本發(fā)明尤其涉及采用轉(zhuǎn)子移動的感應感測的精確地測量裝置。本發(fā)明還涉及轉(zhuǎn)子的特性，例如浮力或浮置特性。

發(fā)明內(nèi)容
流動調(diào)節(jié)環(huán)根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種流體流量計，包括用于限定流體流動路徑的裝置； 轉(zhuǎn)子，具有至少一個葉片，所述轉(zhuǎn)子定位在所述流體流動路徑中；和環(huán)，所述環(huán)定位在所述轉(zhuǎn)子的上游并鄰近所述轉(zhuǎn)子，其中所述環(huán)適于在操作條件的范圍上調(diào)節(jié)在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處的流體流。與沒有環(huán)的相同的儀表的流量測量范圍相比，通過設置環(huán)，可以改善精確度和流量測量范圍。優(yōu)選地，操作條件的所述范圍是流速或流量的范圍。優(yōu)選地，流速的所述范圍小于流體流量計的額定范圍，但是優(yōu)選大于所述額定范圍的25%或33%或50%或75%。優(yōu)選地，與沒有環(huán)的情況相比，在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處的流動狀況被改善。優(yōu)選地，在操作條件的所述范圍下，與在轉(zhuǎn)子葉片的上游沒有設置環(huán)的情形對比， 流動狀況被改善。優(yōu)選地，在操作條件的所述范圍下，例如通過破壞從環(huán)的上游流出的較大渦旋 (例如與涉及紊流流動的較小渦流相比)，環(huán)適于使得流動平滑或平穩(wěn)。優(yōu)選地，在操作條件的所述范圍的至少部分下，所述環(huán)適于在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處引起基本上紊流的流。優(yōu)選地，優(yōu)化所述環(huán)的半徑以便對轉(zhuǎn)子葉片的前緣處流動狀況的改善最大化。優(yōu)選地，所述環(huán)的半徑大于轉(zhuǎn)子轂的半徑。更優(yōu)選地，所述環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大轉(zhuǎn)子的轂至葉片的末端的距離的40%至60%之間，優(yōu)選是所述環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大轉(zhuǎn)子的轂至葉片的末端的距離的45%至55%之間，更優(yōu)選所述環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大轉(zhuǎn)子的轂至葉片的末端的距離的53%。優(yōu)選地，環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大從轉(zhuǎn)子轂至限定流動路徑的裝置的距離的 35%至55%之間，優(yōu)選環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大從轉(zhuǎn)子轂至限定流動路徑的裝置的距離的40%至50%之間，更優(yōu)選環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大從轉(zhuǎn)子轂至限定流動路徑的裝置的距離的45%。優(yōu)選地，限定流動路徑的裝置的形狀是基本上圓柱形的。更優(yōu)選地，所述環(huán)的半徑是圓柱形的、限定流動路徑的裝置的半徑的65%至85%之間，優(yōu)選70%至80%之間，更優(yōu)選半徑的75%。優(yōu)選地，所述環(huán)定位在所述流體流動路徑內(nèi)中心或中央。優(yōu)選地，所述環(huán)離轉(zhuǎn)子轂的軸向距離被優(yōu)化以使對轉(zhuǎn)子葉片的前緣處流動狀況的改善最大化。優(yōu)選地，所述環(huán)離轉(zhuǎn)子轂的軸向距離是所述環(huán)的弦長度的10%至30%之間，優(yōu)選為15%至25%之間，更優(yōu)選為20%。優(yōu)選地，所述環(huán)離所述轉(zhuǎn)子轂的軸向距離在1. Omm至3. Omm之間，優(yōu)選在1. 5mm至 2. 5mm之間，更優(yōu)選是2. 0mm。優(yōu)選地，所述環(huán)的前緣比所述環(huán)的后緣薄。優(yōu)選地，所述環(huán)的前緣是錐形的。更優(yōu)選地，所述環(huán)的前緣是尖銳的。優(yōu)選地，所述環(huán)的后緣是鈍的。更優(yōu)選地，所述環(huán)的后緣是方形的或直角的。優(yōu)選地，所述環(huán)的形狀是可模制的。優(yōu)選地，所述環(huán)還適于對在轉(zhuǎn)子葉片處的流體流進行節(jié)流。優(yōu)選地，所述環(huán)還適于在所述轉(zhuǎn)子的下游處引起紊流流動。更優(yōu)選地，在流量計的出口處引起紊流流。通過引起紊流可以減小跨過流量計的壓力和壓頭損失(head loss)優(yōu)選地，所述環(huán)還適于至少部分減緩作用到所述轉(zhuǎn)子上的推力載荷。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種基本上優(yōu)化流體流量計的流量范圍和精確度的方法，包括將環(huán)定位在流體流動路徑內(nèi)轉(zhuǎn)子的上游并使環(huán)鄰近所述轉(zhuǎn)子；和調(diào)節(jié)所述環(huán)的特性和位置以便基本上優(yōu)化流量范圍和精確度。優(yōu)選地，所述特性包括下列中的至少一個環(huán)半徑、環(huán)厚度、環(huán)的弦長度以及環(huán)的橫截面形狀。優(yōu)選地，所述位置至少包括距離所述轉(zhuǎn)子的軸向距離。傳感器組件根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種流體流量計，包括用于限定流體流動路徑的裝置；定位在所述流體流動路徑內(nèi)的轉(zhuǎn)子；在所述轉(zhuǎn)子的軸上的至少一個感應目標；以及至少一個感應傳感器；其中所述至少一個傳感器定位在所述至少一個感應目標的附近。通過采用感應傳感器，減小對轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的阻力，并因此延長流量計的壽命，因為其使用了比常規(guī)儀表少的功率。優(yōu)選地，流量計包括至少兩個、優(yōu)選3個感應傳感器。更優(yōu)選地，圍繞所述軸彼此等角度地定位所述傳感器。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子被布置使得至少一個目標不會產(chǎn)生任何不平衡，并且使得可以通過等角度地和/或等距離地設置多個目標實現(xiàn)，或其他配重目標來實現(xiàn)。優(yōu)選地，目標設置在軸端面。浮力或浮置平衡轉(zhuǎn)子(包括制造浮力平衡轉(zhuǎn)子的方法)根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供一種用于流體流量計的轉(zhuǎn)子，其關(guān)于轉(zhuǎn)子軸的軸線被平衡和/或懸浮。優(yōu)選地，所述轉(zhuǎn)子被浮力平衡。正如這里所使用的，平衡浮力優(yōu)選包含當目標被放置在流體中時其在任何方位被保持靜態(tài)的狀態(tài)。通過提供浮力平衡轉(zhuǎn)子流量計在低速條件下的精確度被改善。在尤其優(yōu)選的實施例中，轉(zhuǎn)子被平衡使得當其被放置在流體中時其保持任何方位。轉(zhuǎn)子可以具有在與所述轉(zhuǎn)子相關(guān)的全部六個自由度的平衡浮力。
優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子是靜平衡的。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子是動平衡的(優(yōu)選當轉(zhuǎn)子在流體中的時候)。本發(fā)明延伸至并入如上所述的轉(zhuǎn)子的流體流量計。根據(jù)本發(fā)明的還一方面，提供用于制造用于流體流量計的平衡浮力轉(zhuǎn)子的方法， 包括轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，優(yōu)選轉(zhuǎn)動流體內(nèi)的轉(zhuǎn)子；確定正確的、增加質(zhì)量或移去質(zhì)量的位置；以及由此增加或移去質(zhì)量。優(yōu)選地，轉(zhuǎn)子是動平衡的。本發(fā)明延伸至并入上述方法制造的轉(zhuǎn)子的流體流量計。具有多個感應目標的感應目標輪根據(jù)本發(fā)明還一方面，提供一種用于流體流量計的傳感器組件，包括具有多個感應目標的感應目標輪，感應目標輪適于測量流體流量。優(yōu)選地，傳感器組件還包括多個感應傳感器，其布置使得所述多個感應目標在傳感器中引入信號。優(yōu)選地，目標輪的感應目標的數(shù)量不是感應傳感器的數(shù)量的倍數(shù)。優(yōu)選地，目標輪上的感應目標的數(shù)量是4、8、12或更多。優(yōu)選地，感應傳感器的數(shù)量3。本發(fā)明延伸至包括上述傳感器組件的流體流量計。設備和方法的特征可以適當?shù)亟粨Q，并且可以彼此獨立地設置或提供。在本發(fā)明一個方面的任何特征可以以任何合適的結(jié)合方式應用于本發(fā)明的其他方面。具體地，方法方面可以應用于設備方面，反之亦然。


參照附圖僅以示例的方式描述本發(fā)明，在附圖中圖1是流量計的透視剖面圖；圖2是流量計的平面圖，其示出在圖3、4和5中詳細示出的多個截面部分，圖3是流量計沿A-A處的截面圖；圖4是流量計沿B-B處的截面圖；圖5是流量計沿C-C處的截面圖；圖6是圖4中示出的在點E處寄存器連接的詳細視圖；圖7是圖4中示出的在點D處傳感器組件的部分的詳細視圖；圖8是傳感器組件的詳細視圖；圖9是示出具有和不具有流動環(huán)的儀表的性能曲線；圖10是示出具有不同流動環(huán)直徑的儀表的性能；圖11是通過流量計的液體流動的CFD表示；圖12是通過使用蝸桿傳動以輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動的流量計的截面圖；圖13是通過使用感應傳感器以輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動的流量計的截面圖；圖14是不同的轉(zhuǎn)子目標；和圖15示出使用具有多個感應目標的感應目標的流量計的剖視圖。
具體實施例方式參照圖1，流量計的剖面圖示出包括流量計100的多個特征。在整個說明書中使用相同的附圖標記表示相同部件。流量計100包括外部殼體102，其具有帶凸緣的入口連接部104和帶凸緣的出口連接部106。在外部殼體102內(nèi)部容納儀表測量組件插入件108。儀表測量組件插入件108 包括轉(zhuǎn)子110、傳感器組件112、流動調(diào)節(jié)環(huán)114、用于使用軸承(例如，滾針軸承)安置轉(zhuǎn)子的第一端部件(鼻)116和第二端部件(尾部)118，以及用于將第一和第二端部件保持在測量組件108內(nèi)的多個肋119。通過肋保持第一和第二端部件使得轉(zhuǎn)子軸線和流量計軸線是一致的。轉(zhuǎn)子包括軸、轉(zhuǎn)子轂以及轉(zhuǎn)子葉片。轉(zhuǎn)子轂的直徑與端部件的直徑基本上相等。外部殼體102由鑄鐵或其他類似的材料制成，設置在標準尺寸40、50、65、80、100、 125、150、200、250以及300mm范圍(等于連接管道尺寸)。然而，插入件108僅以三種不同尺寸設置。為了使插入件可以在上述整個尺寸范圍都能夠使用，外部殼體的入口和出口從發(fā)散/會聚部分(如圖1所示)變化為會聚/發(fā)散部分。在某些情形中，一定比例的流體流可以旁通測量元件。傳感器組件112包括馬蹄鐵形的主體，其以大約120°的間隔圍繞轉(zhuǎn)子軸定位三個感應傳感器。用以在將傳感器信號發(fā)送至寄存器之前調(diào)節(jié)傳感器信號的ASIC (專用集成電路)定位在靠近傳感器的鄰近。ASIC定位在靠近傳感器的鄰近使得來自傳感器的信號的衰減被最小化，并因此減小功率要求。ASIC還包括用于傳感器組件的校準數(shù)據(jù)，因而例如如果寄存器損壞，寄存器可以在任何點進行改變。替換地，傳感器組件包括兩組三個感應傳感器，沿轉(zhuǎn)子的軸線每一組偏離其他組。 這有效地減小從120°至60°的傳感器之間的角分離，因而提高整個傳感器組件的敏感性。作為另一替換，每一組感應傳感器可以包括1、2或多個傳感器。來自ASIC的信號線延伸通過傳感器組件的主體，并通過傳感器組件112的頂部離開儀表；信號線埋入或罐裝(potted)在傳感器組件的頂部中以提供密封。傳感器組件112 的頂部凸出通過壓力板120并使用諸如ο形環(huán)等的徑向密封而密封。圍繞傳感器組件的頂部布置法蘭或凸緣或者隔膜，使得壓力板將傳感器組件安置在合適的位置，并使得殼體內(nèi)的流體壓力作用在該法蘭或凸緣/隔膜上以在壓力板和傳感器組件之間保持密封。轉(zhuǎn)子110具有感應目標，感應目標包括圍繞轉(zhuǎn)子軸的120°至220°定位金屬箔片帶126。為了平衡轉(zhuǎn)子，另一金屬箔片帶1 被定位在轉(zhuǎn)子的相對側(cè)的轉(zhuǎn)軸軸上并且位于軸的相對側(cè)上。通過使用三個感應傳感器和圍繞軸120°至220°定位的帶，可以確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度和方向。與機械或磁性裝置用于確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度相比，使用感應傳感器提高流量計的精確度和操作流量范圍。精確度和操作流量范圍被提高，而作為損失的主要部分是由于反電動勢(EMF)，這與使用機械或磁性裝置確定轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度的相同的儀表中的損失相比，是非常低的。金屬箔片帶位于轉(zhuǎn)子的軸上，與轉(zhuǎn)子主體的端面相對，因為傳感器和金屬箔片之間的距離對于穩(wěn)定的感測和由此的精確度是至關(guān)重要的。轉(zhuǎn)子在軸承(例如滾針軸承)上轉(zhuǎn)動并因此具有軸端浮動或軸向游動(end float)；因此，在轉(zhuǎn)子的端面使用金屬箔片將在傳感器和金屬箔片之間導致可變的距離。為了減小與流體動力學阻力相關(guān)的任何損失，在制造期間金屬箔片帶被模制入轉(zhuǎn)子。這通過首先模制轉(zhuǎn)子軸的內(nèi)部芯部、然后將兩個金屬箔片帶放置在合適位置以及最后將該芯部與帶模制在聚丙烯轉(zhuǎn)子或其他材料上來完成。替換地，可以采用諸如蝸桿傳動的機械系統(tǒng)測量轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動。在這種情形中，感應、磁性或機械耦合被用于將蝸桿傳動的輸出連接至寄存器。測量組件和壓力板被布置成可移動的插入件，其能夠被安裝至已有的制造中，例如以替代已有的機械測量組件。寄存器IM設置在壓力板120上面以記錄轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動并因此記錄流量，并且通過覆蓋物或遮蔽物與外部環(huán)境隔離。轉(zhuǎn)子布置為當其在測量的流體(例如水)中的時候被懸浮(neutrally buoyant)， 并且進一步地，沿全部六個自由度具有平衡的浮力。轉(zhuǎn)子被布置成具有靜平衡和優(yōu)選的動平衡；靜平衡是當轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動的時候即轉(zhuǎn)子被放置在測量的流體中時將保持在任何位置上，動平衡是當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時即當轉(zhuǎn)動時在恒定的流動條件下施加在轉(zhuǎn)子軸承上的力是恒定的。這使得儀表能夠在整個范圍上具有合適的精確度的情況下在非常寬的流速范圍上(例如，從相當于1.5rpm至4000rpm上)操作。轉(zhuǎn)子芯部的幾何形狀被設計成實現(xiàn)中性浮置， 并且芯部由與轉(zhuǎn)子材料不同的材料形成。在低流速的條件下期望中性浮置和平衡的浮力以使得倘若轉(zhuǎn)子是動平衡的則轉(zhuǎn)子能夠以一致的速度轉(zhuǎn)動，并且期望在高流速的條件使得減小磨損。為了補償在模制過程中的任何缺陷，在制造之后平衡轉(zhuǎn)子。該過程涉及轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子， 以及確定正確位置以便增加質(zhì)量，例如小的鋼插針(熱鉚合至轉(zhuǎn)子轂)，或移去材料，例如在空隙存在的位置以便保持基本上相等的密度。圖2示出流量計100的平面圖并示出三個截面圖A-A、B_B以及C_C。下面將詳細地參照附圖描述每一個示出的截面圖。參照示出截面A-A的圖3(與圖1中示出的類似的截面圖)，可以看到附加的細節(jié)。 如上所述，可以看到徑向密封300將壓力板和傳感器組件的頂部密封。此外，可以看到ο形環(huán)或類似物302在凸緣/隔膜304和壓力板之間提供附加密封。此外，ο形環(huán)或類似物306 用以將壓力板密封至外部殼體。最后，墊圈308和310用以將外部殼體連接至外部管道。使用螺栓312，壓力板和測量組件被連接在一起以形成插入件。這使得容易將單元插入至外部殼體內(nèi)。連接器314用以將傳感器組件連接至寄存器，使得可以記錄ASIC的輸出。參照示出截面B-B的圖4，可以看到垂直于圖1和2中示出的截面圖。此外，示出兩個詳細視圖D和E，并且這些詳細的視圖在圖5、6和7中分別詳細示出。除了覆蓋寄存器顯示器的遮蔽物400，還示出寄存器124。此外，還示出固定寄存器至壓力板的螺栓402。如上所述，傳感器組件112是馬蹄鐵的形式，并且圍繞轉(zhuǎn)子軸設置。這使得傳感器組件能夠在制造期間圍繞轉(zhuǎn)子軸容易地被插入，并且如果需要，當儀表在原位時(即假如儀表被損壞時)，傳感器組件能夠容易地被插入。因為流動調(diào)節(jié)環(huán)優(yōu)選需要圍繞流動路徑的整個外周延伸，傳感器組件殼體容納環(huán)的一部分，并因此在被插入至測量組件108時容納全部(complete)環(huán)。替換地，傳感器組件是圍繞轉(zhuǎn)子軸設置的環(huán)形環(huán)的形式，并且該替換的形式提供附加的空間以安置多個或多種傳感器。例如，在相對小的儀表中可能要求這種設置。
可以詳細看到上述的流動調(diào)節(jié)環(huán)114。該流動調(diào)節(jié)環(huán)通過多個肋404設置在合適位置處。作用在環(huán)上的流體力可以很大，因此需要多個肋。除了設置環(huán)，肋(或輻條)用以使得流體流變直。環(huán)用以在流接觸轉(zhuǎn)子上之前調(diào)節(jié)流體流。此外，環(huán)用以在高流速期間通過在轉(zhuǎn)子前面形成低壓區(qū)域而減小作用在轉(zhuǎn)子上的推力載荷。從較薄的前緣至較厚的后緣對環(huán)倒角，這有助于減小推理載荷。環(huán)的外側(cè)與流動路徑平行。環(huán)被定位成使得其僅設置在轉(zhuǎn)子的上游，并且具有大于轉(zhuǎn)子轂的半徑的半徑。為了適當?shù)卣{(diào)節(jié)流動，理想地，環(huán)被設置在從轉(zhuǎn)子的轂至葉片的末端的距離的40%至60%之間(因為轉(zhuǎn)子葉片的尺寸形成為僅配合在測量元件的孔內(nèi)，因此使用元件孔的半徑也可以限定流動環(huán)的位置，并且將得出相同的比值)，優(yōu)選在45%至55%之間，更優(yōu)選為53%。在軸向上，環(huán)被設置成離轉(zhuǎn)子葉片1.0mm至3. Omm之間，優(yōu)選在1.5m至2. 5mm之間，更優(yōu)選為2. 0mm。這提供最佳的流動調(diào)節(jié)的同時，允許任何小的碎片通過儀表。環(huán)的弦長度(相對于流動方向)大致為10至20mm，或10或12至15mm。太窄的環(huán)不能提供充分的流動調(diào)節(jié)，并且難以制造，同時太寬的環(huán)也不會提供充分地調(diào)節(jié)流動。通常，環(huán)被設計成優(yōu)化流動條件，并因此相對于沒有流動調(diào)節(jié)環(huán)的流量計使性能最大化的改善。如果沒有適當?shù)卣{(diào)節(jié)，渦旋從外部殼體的偏離入口部分流出，這降低儀表的精確度。環(huán)用以破壞渦旋并因此提供用以在整個有效的流速范圍上在整個轉(zhuǎn)子葉片上提供基本上一致的流動的裝置。通過在轉(zhuǎn)子葉片上形成基本上一致的流動，流動條件被改善，使得精確度和精度方面的性能得以改善。操作條件的范圍，具體地是在環(huán)用以破壞/打斷渦旋的情況下的流速或流量的范圍，小于流量計的流速或流量額定范圍，但是大于額定范圍的25%或33%或50%或75%。附加地，或替換地，在操作條件范圍的至少部分的條件下(其中該范圍可以與打斷渦旋流出的范圍重疊或可以不重疊)，環(huán)可以將層流流體切斷為紊流流體流動，因而由此在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處提供基本上均勻或一致的流。因而，環(huán)可以被優(yōu)化以使得未校正的傳感器輸出-流速曲線“變平”。通過使得該曲線“變平”，線性化過程更容易，因而在較寬的流速或流量范圍上提供精確的測量。參照詳細示出圖4中的D的圖5，可以看到徑向密封300。陰影表示的部件500用以將從傳感器組件ASIC的連接器502和到寄存器的連接器504密封至傳感器組件的頂部內(nèi)部。參照詳細示出圖4中的E的圖6和7，螺栓402和墊圈600用以將寄存器連接至壓力板。也可以使用刺狀(bayonet)配合裝置700將寄存器連接至壓力板。可以使用其他形式的寄存器，例如提供遙測或其他遠距離讀取的裝置，代替本地顯示器或本地顯示器，或機械的而不是電子顯示器。也可以為過程控制應用提供瞬時流量輸出而不是總的流量輸出(求和的)。圖8示出傳感器組件112的示例。圖中示出連接至傳感器組件的流動環(huán)802的部分和馬蹄鐵布置800。圖中示出三個感應傳感器804，其圍繞馬蹄鐵傳感器組件以120°定位。圖9和10示出在流動路徑內(nèi)包括流動環(huán)的效果。如圖9所示，儀表的精確度在操
10作包絡線(用方框虛線指示)的整個主要部分上得以改善。圖10示出用于50mm儀表的流動環(huán)直徑的優(yōu)化過程。如圖所示，50mm儀表的較好的環(huán)直徑大致為轉(zhuǎn)子轂直徑的111%。圖11示出通過具有和不具有流動環(huán)的流量計的液體流動的CFD表示。如圖中區(qū)域 A看到的，通過環(huán)已經(jīng)對在轉(zhuǎn)子處的流體流進行節(jié)流，這在圖中被示出為在該區(qū)域內(nèi)流動速度的減小。此外，在這個轉(zhuǎn)子葉片上的速度變化曲線更加一致或更加均勻。如圖區(qū)域B中看到的，速度變化曲線基本上是平的，這是紊流流動的證明；在該區(qū)域內(nèi)引起的紊流流動將減小跨過流量計的總的損失(壓力損失和壓頭損失)。圖12示出使用蝸桿傳動以輸出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動速度的流量計。測量元件1200容納轉(zhuǎn)子1202，其通過上游轉(zhuǎn)子支撐1204和下游轉(zhuǎn)子支撐1206安置。主軸或紡錘組件適于使用蝸桿傳動經(jīng)由隔膜插頭1210輸出轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動速度至儀表的干燥側(cè)，并通過ο形環(huán)1212密封。 校準葉片由1214表示。如上所述，流動環(huán)1216適于改善流量計的精確度。圖13示出使用感應傳感器測量轉(zhuǎn)子1300的轉(zhuǎn)動速度的流量計的替換視圖。轉(zhuǎn)子 1300設置在轉(zhuǎn)子支撐1302的上游。圖14示出感應目標輪1400的變體，每一個輪具有多個感應目標。感應目標與感應傳感器組件一起可以用以改進機械流量計以便實現(xiàn)電子輸出。圖15中示出這種流量計的一個示例，其中感應寄存器單元1500替換傳統(tǒng)的機械寄存器單元。目標輪1400具有多個感應目標，其通過感應傳感器1502感測，圍繞感應目標有三個感應傳感器1502以120° 間隔定位。在傳統(tǒng)技術(shù)中，使用單個感應目標，但是這限制了輸出的分辨率。通過設置多個感應目標，分辨率與所使用的目標的數(shù)量成比例增加。然而，所使用的感應目標的數(shù)量受到目標輪的直徑的限制，因為每個感應目標必須足夠大以便在感應傳感器中提供一致的信號。此外，當使用3個感應傳感器，目標的數(shù)量不必是3的倍數(shù)，因為在這目標的數(shù)量條件下目標輪的方向不確定。通過大量減小齒輪系，由于減小齒輪系中的阻力，增加感應目標的數(shù)量還提高儀表的低流速性能。目標輪可以在最初的位置安裝在流量計上，并因此任何已有的具有主軸或紡錘 (spindle)輸出的儀表都可以改善或提高感應輸出。在本說明書中公開的和/或在附圖中示出的每一個特征(其中，包括權(quán)利要求) 可以不依賴于其他所公開和/或示出的特征而并入本發(fā)明。具體地但不限制地，尤其獨立權(quán)利要求的從屬權(quán)利要求中的任一項的特征可以以任何結(jié)合的形式引入至獨立權(quán)利要求中。應該理解，本發(fā)明不限制于僅通過示例的方式描述的上述實施例的具體內(nèi)容，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以實施這些具體內(nèi)容的修改。
權(quán)利要求
1.一種流體流量計，包括用于限定流體流動路徑的裝置；轉(zhuǎn)子，具有至少一個葉片， 所述轉(zhuǎn)子定位在所述流體流動路徑中；和環(huán)，所述環(huán)定位在所述轉(zhuǎn)子的上游并鄰近所述轉(zhuǎn)子，其中，所述環(huán)適于在操作條件的范圍上調(diào)節(jié)在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處的流體流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流量計，其中，所述環(huán)適于在操作條件的范圍上改善在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處的流動狀況。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的流體流量計，其中，操作條件的所述范圍是流速或流量的范圍。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體流量計，其中，流速或流量的所述范圍小于流體流量計的流速或流量的額定范圍，但優(yōu)選大于所述額定范圍的25%或33%或50%或75%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2、引用權(quán)利要求2時的3或4所述的流體流量計，在操作條件的所述范圍下，與在轉(zhuǎn)子葉片的上游沒有設置環(huán)的情形對比，流動狀況被改善。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，在操作條件的所述范圍下，環(huán)適于使得流動平滑或平穩(wěn)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，在操作條件的所述范圍的至少部分下，所述環(huán)適于在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處引起基本上紊流的流。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，優(yōu)化所述環(huán)的半徑以便對轉(zhuǎn)子葉片的前緣處流動狀況的改善最大化。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的半徑大于轉(zhuǎn)子轂的半徑。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大轉(zhuǎn)子的轂至葉片的末端的距離的40%至60%之間，優(yōu)選轉(zhuǎn)子的轂至葉片的末端的距離的45%至 55%之間，更優(yōu)選轉(zhuǎn)子的轂至葉片的末端的距離的53%。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大從轉(zhuǎn)子轂至限定流動路徑的裝置的距離的35%至55%之間，優(yōu)選環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大從轉(zhuǎn)子轂至限定流動路徑的裝置的距離的40%至50%之間，更優(yōu)選環(huán)的半徑比轉(zhuǎn)子轂的半徑大從轉(zhuǎn)子轂至限定流動路徑的裝置的距離的45%。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流體流量計，其中，限定流動路徑的裝置的形狀是基本上圓柱形的。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的半徑是圓柱形的、限定流動路徑的裝置的半徑的65 %至85 %之間，優(yōu)選70 %至80 %之間，更優(yōu)選75 %。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)定位在所述流體流動路徑內(nèi)中心或中央。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)離轉(zhuǎn)子轂的軸向距離被優(yōu)化以使對轉(zhuǎn)子葉片的前緣處流動狀況的改善最大化。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的流體流量計，其中，所述環(huán)離轉(zhuǎn)子轂的軸向距離是所述環(huán)的弦長度的10%至30%之間，較優(yōu)選15%至25%之間，更優(yōu)選20%。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的流體流量計，其中，所述環(huán)離所述轉(zhuǎn)子轂的軸向距離在1. Omm至3. Omm之間，較優(yōu)選在1. 5mm至2. 5mm之間，更優(yōu)選是2. 0mm。
18.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的前緣比所述環(huán)的后緣薄。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的前緣是錐形的。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的前緣是尖銳的。
21.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的后緣是鈍的。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的后緣是方形的或直角的。
23.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)的形狀是可模制的。
24.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)還適于對在轉(zhuǎn)子葉片處的流體流進行節(jié)流。
25.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)還適于在所述轉(zhuǎn)子的下游處引起紊流的流。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的流體流量計，其中，在所述流量計的出口處引起紊流的流。
27.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的流體流量計，其中，所述環(huán)還適于至少部分減緩作用到所述轉(zhuǎn)子上的推力載荷。
28.—種基本上優(yōu)化流體流量計的流量范圍和精確度的方法，包括將環(huán)定位在流體流動路徑內(nèi)轉(zhuǎn)子的上游并使環(huán)鄰近所述轉(zhuǎn)子；和調(diào)節(jié)所述環(huán)的特性和位置以便基本上優(yōu)化流量范圍和精確度。
29.根據(jù)權(quán)利要求觀所述的方法，其中，所述特性包括下列中的至少一個環(huán)半徑、環(huán)厚度、環(huán)的弦長度以及環(huán)的橫截面形狀。
30.根據(jù)權(quán)利要求觀或四所述的方法，其中，所述位置至少包括距離所述轉(zhuǎn)子的軸向距離。
31.一種流體流量計，包括用于限定流體流動路徑的裝置；定位在所述流體流動路徑內(nèi)的轉(zhuǎn)子；在所述轉(zhuǎn)子的軸上的至少一個感應目標；以及至少一個感應傳感器；其中所述至少一個傳感器定位在所述至少一個感應目標的附近。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的流體流量計，還包括至少兩個、優(yōu)選三個感應傳感器。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的流體流量計，其中，圍繞所述軸彼此等角度地定位所述傳感器。
34.根據(jù)權(quán)利要求31、32或33任一項所述的流體流量計，其中，轉(zhuǎn)子被布置使得至少一個目標不會在轉(zhuǎn)子中產(chǎn)生任何不平衡。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的流體流量計，包括多個所述目標，其中，圍繞所述軸等角度地設置所述目標。
36.根據(jù)權(quán)利要求34所述的流體流量計，包括多個所述目標，其中，圍繞所述軸等距離地設置所述目標。
37.根據(jù)權(quán)利要求34、35或36任一項所述的流體流量計，還包括適于平衡所述至少一個目標的重量的配重。
38.根據(jù)權(quán)利要求31-33中任一項所述的流體流量計，其中，所述至少一個目標設置在軸端面。
39.一種用于流體流量計的轉(zhuǎn)子，其相對于轉(zhuǎn)子軸的軸線被平衡和/或懸浮。
40.根據(jù)權(quán)利要求39所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子被浮力平衡。
41.根據(jù)權(quán)利要求39或40所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子被平衡使得其在被放置在流體中時其保持任何方位。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子具有在與所述轉(zhuǎn)子相關(guān)的全部六個自由度的平衡浮力。
43.根據(jù)權(quán)利要求39-42中任一項所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子是靜平衡的。
44.根據(jù)權(quán)利要求39-43中任一項所述的轉(zhuǎn)子，其中，所述轉(zhuǎn)子是動平衡的，優(yōu)選當其在流體內(nèi)時是動平衡的。
45.一種流體流量計，其包括根據(jù)權(quán)利要求39-44中任一項所述的轉(zhuǎn)子。
46.一種制造用于流體流量計的平衡浮力轉(zhuǎn)子的方法，包括轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子，優(yōu)選為轉(zhuǎn)動流體內(nèi)的轉(zhuǎn)子；確定正確的、增加質(zhì)量或移去質(zhì)量的位置；以及由此增加或移去質(zhì)量。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)子是動平衡的。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中，所述轉(zhuǎn)子是根據(jù)權(quán)利要求39-44中任一項所述的轉(zhuǎn)子。
49.一種流體流量計，其包括根據(jù)權(quán)利要求46、47或48任一項所制造的轉(zhuǎn)子。
50.一種用于流體流量計的傳感器組件，包括具有多個感應目標的感應目標輪，感應目標輪的轉(zhuǎn)動適于測量流體流量。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的傳感器組件，其中，傳感器組件還包括多個感應傳感器，其布置使得所述多個感應目標在所述傳感器中弓I起信號。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的傳感器組件，其中，目標輪的感應目標的數(shù)量不是感應傳感器的數(shù)量的倍數(shù)。
53.根據(jù)權(quán)利要求51或52所述的傳感器組件，其中，目標輪上的感應目標的數(shù)量是4、 8,12或更多。
54.根據(jù)權(quán)利要求51、52或53所述的傳感器組件，其中，感應傳感器的數(shù)量是3。
55.一種流體流量計，其包括根據(jù)權(quán)利要求50-54中任一項所述的傳感器組件。
56.一種基本上根據(jù)參照圖1-13或圖14和15所述的流體流量計。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流體流量計，包括用于限定流體流動路徑的裝置；轉(zhuǎn)子，具有至少一個葉片，所述轉(zhuǎn)子定位在所述流體流動路徑中；和環(huán)，所述環(huán)定位在所述轉(zhuǎn)子的上游并鄰近所述轉(zhuǎn)子，其中所述環(huán)適于在操作條件的范圍上調(diào)節(jié)在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處的流體流。通過設置環(huán)可以改善精確度和流量測量范圍。
文檔編號G01F1/115GK102460080SQ201080027916
公開日2012年5月16日 申請日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月23日
發(fā)明者威廉·戴維·斯托克爾, 羅斯·杰姆斯·博達, 羅納德·德斯蒙德·克拉里奇, 艾弗·托馬斯·羅杰斯, 道格拉斯·理查德·萊特, 阿拉姆·拉希德 申請人:埃爾斯特計量有限公司