采用勒洛三角形原理的流量计设计

采用勒洛三角形原理的流量计设计
作者：李超群张博伟崔志伟仲笑君金莹
来源：《科技视界》2014年第12期
【摘要】勒洛三角形原理流量计采用容积法测量流量。

利用勒洛三角形在正方形约束下转动时两者之间的空隙周期性的变化，由单向阀门控制的流体在空隙变化时进出流量计。

由于空隙是周期性变化的，所以可以利用每经过一个周期进出的流量与勒洛三角形的转动圈数关系来进行测量。

由于该装置直接测量流体体积，避免了高粘度、湍流等管路条件的影响，从而达到精确计量的目的。

脉动问题也很大程度上得以改善。

【关键词】流量计；勒洛三角形；正方形约束；转动；容积法；脉动
0 引言
在工业生产、科学研究和日常生活中常使用流量计测量流量，现有流量计多是通过扇叶传递流速情况，进而计算流量的。

存在下列的问题：一是在小、微流量情况下，扇叶及齿轮系统启动需要克服较大的阻力；二是在大流量的情况下，扇叶及齿轮系统的旋转偏快。

这就造成计量不准确的情况。

典型的例子有：水龙头开得很小的时候，会有水流出，但水表不会转；水龙头在巨大流量的情况下迅速关闭，水表还是会跑很多圈才会停止。

其它类型的流量计大多也存在着湍流测量不准确等问题。

难以实现精确测量。

1 背景技术
目前勒洛三角形主要的应用于发动机转子、滚轴、特殊钻头（方孔钻头、六角形钻头等），应用于流体工程领域只有少数研究开展。

由于勒洛三角形在正方形的约束下，每旋转一周其中心会有4次符合椭圆曲线的跳动，因此存在中心不稳的情况，这就限制了勒洛三角形在流体工程领域的应用。

但是以往的研究表明，在单向阀门辅助下，勒洛三角形仅可以应用于流量计量不准确情况下的流体动力系统，且实现原理较为复杂。

2 背景与基本思路
随着科学技术的不断发展，各个领域对于实验数据的要求也越来越严格，仪器的精密度要求也随之提升。

传统的流量计难以满足发展需要。

为提高流量计的精密度，我们提出采用勒洛三角形原理的流量计。

2.1 技术发明内容
针对一般流量计在计量大流量及小微流量情况下的计量不准确的情况，设计出一种新型的流量计，计量方法采用容积法，以进入流体推动流量计转子转动；以转子转动推动流体流出。

保证任意时刻进水量与出水量相同。

以转子转动圈数计量流体，实现精确测量。

2.2 技术原理
图1是本发明的主体结构的视图。

图2、图3、图4、图5是本发明的工作原理示意图。

图例以一个边长为1的正三角形的三个顶点为圆心，边长为半径所画出的勒洛三角形转子，装在内腔为1的正方形的流量计外壳中，四角为单向进出液孔。

由于流量计内壳的正方形正好是勒洛三角形转子的等宽支撑线，所以当转子随着流体的进入转动时，正方形的每一条边始终有一个而且只有一个点和转子接触，这样就把流量计内腔平面分成四个相互隔开的独立部分，且每一独部分立面积的大小随着转子的转动而发生变化。

参照图2、3、4、5、6，用一个独立面积s的变化，说明本发明的工作原理。

前述5图所标B点为转子的一个顶点。

当转子处于图2所示位置时，面积s最大。

当转子顺时针转到图4所示位置时，面积s最小。

由几何关系可以算出此时的面积变量为（■-1-■）个单位。

图三示出了面积s一个从最大到最小的变化过程。

当转自从图4顺时针转到图6所示位置时，面积s 从最小变到最大。

显然此时的面积变化量依然为（■-1-■）个单位。

图5示出面积s从最小变到最大的一个中间过程。

对照图2和图6，B点位置的变化跟转子回转一圈前述面积s的变化将重复3次。

这样四个独立面积的总变化量将超过1.828个面积单位。

3 项目前景
容积式流量计与压差式流量计、浮子流量计并列为三类使用量最大的流量计，常应用于昂贵介质（油品、天然气等）的总量测量。

工业发达国家近年容积式流量计（不包括家用煤气表和家用水表）的销售金额占流量仪表的13%～23%；中国约占20%。

而普通容积式流量计脉动问题严重，本设计能够很好的减弱脉动带来的影响。

因此该产品拥有广阔的市场前景。

创新点：
（1）设计出一种全新的流量计量原理；
（2）克服已有流量计量设备在小微流量和巨大流量时计量不准确的缺点；
（3）充分挖掘勒洛三角形的机械原理和数学原理；
（4）开辟勒洛三角形的全新应用领域；
（5）充分利用勒洛三角形转动与流量方向的对应关系。

【参考文献】
[1]高俊.三角形滑块双定子轴向马达的分析[J].燕山大学，2011.
[2]陆雅言，丁以山.关于等宽曲线的讨论[J].中国科学技术大学学报，1983（04）.
[3]徐晓俊，何俊生，高业田，等.竞曲线的数学原理与等宽凸轮的机构设计[J].东北重型机械学院学报，1989（03）.
[责任编辑：刘帅]。