[发明专利]一种涡轮流量计用的组合式叶轮

说明书

本发明公开了一种涡轮流量计用的组合式叶轮，由一个叶轮零件和两个叶轮轴构成，两个叶轮轴分别安装在叶轮零件的中空轴内孔里且两个叶轮轴的轴尖均指向两端，叶轮零件由中空轴和叶片构成，中空轴是叶轮零件旋转运动的旋绕轴，所述中空轴内部中空，外圆与叶片相连；叶片是感受来流液体并将液体动能转化为叶轮零件旋转的部件，叶片底部与中空轴外圆为一体，叶轮轴为阶梯型，由叶轮轴轴套和叶轮轴轴尖构成，所述叶轮轴轴尖为细长圆柱体，细长圆柱体一端面为平面，另一端面为半球，叶轮轴轴尖的平面套接在叶轮轴轴套内。本发明采用组合式的叶轮，显著提高了涡轮流量计的使用寿命和可靠性，从而满足航天、航空等领域对元器件严格又苛刻的该方面需求。

技术领域

本发明涉及航空航天用流体流量测量领域，具体是一种涡轮流量计用的组合式叶轮。

背景技术

涡轮流量计是一种利用叶轮旋转角速度与经流的流体流速成比例关系，通过测量叶轮转速反应经流的流体瞬时流量大小。因涡轮流量计适应性强、对流量变化反应迅速、重复性好、抗干扰强、压力损失小等特点，在航空航天液压传动及伺服部件中得到重用。

涡轮流量计虽然应用优点突出，但对元器件的寿命和可靠性有着极高要求的航空航天领域，要求涡轮流量计产品性能稳定，可经受“应力突发、破坏性、高低温、霉菌、盐雾、振动、疲劳”等多项试验，特别是使用寿命要长达10-20年或MTBF(平均无故障时间)大于5000h，对涡轮流量计的产品可靠性设计提出了非常高的要求。

涡轮流量计通常追求测得流量下限，以便获得较大量程比，或提高测量精度。对于关于产品寿命考证，限于时间周期较长和市场对此要求不强烈，相关国家标准、产品技术说明和学术研究均无明显体现。

因涡轮流量计设计原理为通过获取叶轮转速反应经流流体流量，叶轮成为了涡轮流量计最核心部件。涡轮流量计的结构组成部分中除叶轮外，其他组成部分均为单件具有完全强度裕量的零部件。通过简单合理的设计，这些零部件可靠性和寿命均能得到充分满足。

经过多项实例和可见报道，涡轮流量计结构失效集中在叶轮上，特别是叶轮轴的疲劳断裂，这是因为叶轮轴结构上是阶梯状的整体细轴，在直径通常为几个毫米的阶梯轴的尖锐处，一方面加工难度增加，即便设计了倒角但也不易加工实现，另一方面限制于整体结构，整体式细轴的阶梯处是应力集中点，从而在振动和反复疲劳使用过程中最先失效，表达出的现象即为叶轮轴的断裂。

涡轮流量计中，针对涡轮流量计叶轮改进或提高涡轮流量计使用寿命的实施有以下方面：

(1)优化叶轮构成材料，或进行表面镀层，提高耐腐蚀性。

(2)改变叶轮结构形式，减小对前后直管段的要求，降低对经流介质污染的敏感度；

(3)改变叶轮组件的组合情况，改变叶轮组件与其他零件的接触磨损，提高使用寿命；

以上叶轮或叶轮组件的改进局限于针对各自产品和应用特点，不适合该发明所应用的技术领域。

现有专利申请号为201220037832.7，涡轮流量计的涡轮组件中介绍采用支撑轴、轴承、叶轮一体化结构，改变涡轮流量计垂直安装时，因叶轮组件在重力作用下沿着支撑轴延伸方向移动，从而导致轴承与导流架接触而磨损。专利中涡轮组件的组合形式是将轴承与叶轮组件固联，支撑轴与轴承相对旋转。即该专利中涡轮组件中的组成部分存在相互运动，不是固联的整体。

专利申请号为201220710729.4，新型涡轮流量计中介绍将磁轴镶嵌到叶轮，利用磁轴与中空磁性导流架所构成磁悬浮原理，提高低启动流量、高灵敏度目标，该专利中磁轴材料镶嵌到叶轮，不适用于一定压强和周围环境苛刻的下流体测量环境。

专利申请号为201320601280.2，一种涡轮及涡轮流量计中介绍将叶轮材料由金属变为塑料，并采用两段形式组合而成，仅涉及到叶轮零件自身变化，没有叶轮轴的参与。

发明内容