一種流量動態分配裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開一種流量動態分配裝置。該裝置包括進口筒、分流筒、分流盤、出口管、驅動齒輪、變頻機和電機。電機帶動驅動齒輪以一定的角速度轉動，從而帶動帶有外齒輪的分流盤轉動。進口筒與分流筒相連，流體經進口筒進入分流筒，分流筒的底部是帶有一定形狀的開孔，與轉動的分流盤相連。同時，分流盤設置一對扇形孔，呈直徑方向分布。分流盤下連出口管，通過改變分流筒的開孔形狀，分流筒與分流盤配合使用，控制分流盤缺口處的流量變化，實現出口管流體流量動態變化，例如三角形變化、正弦曲線和拋物型變化等。本發明結構新穎、簡單實用，克服了現有技術中的控制程序部件，加工成本低，可靠性高，可高效快速實現工程流體流量和流速動態調節。
【專利說明】
一種流量動態分配裝置
技術領域
[0001] 本發明涉及一種分流技術，更具體地，涉及一種液體流量動態分配的方法及系統， 屬于工程機械領域。
【背景技術】
[0002] 目前，一般流量分配系統包括轉速測量系統、控制器及流量控制單元。轉速測量裝 置用于測量發動機的轉速;控制器與轉速測量裝置相連接，用于根據轉速-電流對應關系確 定與發動機的轉速相匹配的電流信號;流量控制單元與控制器相連接，用于根據電流信號 對栗的流量進行調節分配。但是，這種方式存在如下缺陷：
[0003] 第一，分配結構復雜，設計成本高；
[0004] 第二，通過控制程序來完成轉速與電流信號傳遞，從而控制流量分配，存在響應時 間快慢的問題；
[0005] 第三，栗流量輸出與實際工況有嚴重滯后；
[0006] 第四，分配的精度不高，依賴于轉速測量系統，控制程序的設計精度，不易調節，維 修繁瑣，穩定性不高；
[0007] 第五，流量分配系統輸出形式單一，一般為直線變化。

【發明內容】

[0008] 針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種新型的分流裝置，其目 的在于實現水流量按預設變化曲線進行的動態分流，解決現有技術存在的結構復雜，設計 成本高，嚴重滯后，輸出形式單一、調節不便和調節精度低等問題。
[0009] 為實現上述目的，本發明一種流量動態分配裝置，包括進口筒、分流筒、分流盤、出 口管、驅動齒輪、變頻器和電機;其中：
[0010] 所述進口筒為圓管，是流體的入口，所述出口筒一端為圓形，用于和分流盤同軸相 連，另一端分成兩個出口，用于分流后的流體通過；
[0011] 所述的分流盤為圓齒輪形，其外齒與驅動齒輪嚙合，由驅動齒輪帶動其轉動;分流 盤上設有兩個以分流盤軸心為圓心的扇形孔，各扇形孔形狀和面積相等，各扇形孔的圓心 角不大于10° ;通過改變通過分流盤上扇形孔面積，能控制出口管的流量；
[0012] 所述分流筒一端為圓管，用于和進口筒相連;另一端與分流盤可轉動相連，該端面 開有與流量要求相對應的通孔，分流筒的流體經該通孔進入分流盤；
[0013] 所述進口筒、分流筒和分流盤共軸設置;進口筒的入口截面積等于出口管出口截 面積總和;所述出口管擺放位置以扇形孔的圓心為中心，其一端分成兩個半圓形通孔，另一 端是兩個圓管形出口；
[0014] 所述進口筒、分流筒、分流盤、出口管各相互連接部位，設有密封裝置;所述電機在 變頻器控制下工作，用于帶動驅動齒輪按設定轉速轉動。
[0015] 進一步的，所述分流筒與分流盤相連端的通孔包絡形狀由下式確定：
[0018]上式基于分流筒底部圓心為原點的X0Y直角坐標系，r為通孔形狀曲線上的點與原 點的距離，R是所述扇形孔的半徑，e為扇形孔轉動時其角平分線與X軸正向的夾角，以逆時 針為正;所述X軸，指穿過圓心且將通孔形狀分為對稱兩半的直線，X軸與通孔曲線長軸重 合，f (e)是所要得到的出口管流量隨e變化的解析式;fi(e)為扇形孔轉動角度0到180°內時 所對應的出口管1流量解析式，f 2(e)為扇形孔轉動角度180°到360°內時所對應的出口管2 流量解析式，f(e)及fi(e)和f2(e)根據分流需要確定；180°為兩解析式扇形孔轉動角度e的 分界點。
[0019] 進一步的，所述fi(e)和f2(e)變化形式包括但不限于:直線型變化:a*e+b，a和b為 常數;拋物線型變化:a*e2+b*e+c，a，b和c為常數；正弦型變化:a*sin(e)+b或a*cos(e)+b，a 和b為常數。
[0020] 進一步的，所述fKeMPfde)變化形式相同，即兩者同為直線型變化、拋物線型變 化或者正弦型變化，只是相差180°相位。
[0021 ]進一步的，通過調節變頻機，能使分流盤的轉速發生變化。
[0022] 本發明中，流體由進口筒進入分流筒，變頻器和電機帶動驅動齒輪轉動，進而驅動 分流盤以一定的角速度進行轉動。流體進入分流筒后分成兩股流體進入分流盤和出口管。 由于分流筒底部有通孔的形狀，分流盤在轉動時流通面積是變化的，從而實現流體流量的 動態變化。
[0023] 本發明根據質量守恒定律，在保證入口流量不變的情況下，改變流通截面變化來 控制出口管流量變化，出口管的流量與流通面積呈正比關系，故基于此原理，時刻改變流通 面積來控制出口管流量瞬時變化。本發明流通面積變化由扇形面積變化來控制的，由此位 于分流筒底部的通孔形狀根據實際流量變化需求來確認。
[0024] 本發明是基于連續性方程而設計的，本發明依據流體流量和流速的變化形式，確 定分流筒的出口截面缺口具體形狀，從而保證通過分流盤扇形缺口處的流量呈曲線變化， 進而出口管的截面一定，根據質量守恒定律，可推理出出口管的流體的流速也在此段時間 內呈同樣曲線變化。故通過改變分流筒截面缺口形狀，本發明可得到多種不同變化曲線的 流體流量和流速動態變化。
[0025] 本發明的工作過程:流體(液體）以恒定的流速進入進口筒，繼而流經分流筒，待流 速穩定后到達分流筒的底部。同時，電機和變頻器驅動齒輪以一定的轉速轉動，齒輪與分流 盤相嚙合，從而分流盤也由一定的轉速進行轉動。流體流經分流筒底部進入旋轉的分流盤， 流體經分流盤上的扇形缺口進入出口管，此時的流體流速變化可用于工程應用。
[0026] 本發明的工作特點:動態變化的分流裝置可通過改變分流筒底部缺口形狀來實現 流體流量和流速相同動態曲線變化。分流裝置可完成多種復雜曲線變化的流速，結構簡單， 維修方便，實用經濟無噪音污染等明顯特點。此分流裝置可以應用于水平軸和垂直軸上，可 以在液固撞擊流，化學混合，音樂噴泉等設備進行優化應用。
[0027] 本發明的積極進步效果在于:本發明動態變化的分流裝置，通過改變截面形狀，分 流筒與分流盤配合使用，依據質量守恒原理，來控制和實現流體流量和流速動態變化。相對 于現有技術，本發明結構簡單，易實現，可靠性高。
[0028] 總體而言，通過本發明所構思的以上技術方案與現有技術相比，擯棄了控制系統 等部件，安裝電機及變頻機等一系列傳動裝置來調節通過分流盤的流量，來達到流體流量 及流速的動態變化。本發明動態變化的分流裝置可實現流體流量及流速在設置的時間內呈 三角型，拋物線型，正弦波型，鋸齒波型等多種曲線變化，而且易于制造加工，安全性好，運 行成本低，維護容易。
【附圖說明】
[0029] 圖1是現有常見分流管的幾何模型；
[0030] 圖2是流量動態分配裝置結構示意圖；
[0031] 圖3是進口筒、分流筒、分流盤、電機及變頻器幾何組裝模型；
[0032]圖4是出口管幾何模型；
[0033] 圖5是分流盤及驅動齒輪幾何模型；
[0034] 圖6是通孔形狀與扇形孔平面示意圖；
[0035] 圖7是出口管1流量隨扇形孔轉動角度變化曲線；
[0036] 圖8是出口管2流量隨扇形孔轉動角度變化曲線。
[0037] 在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1 一進口筒、 2-分流筒、3-分流盤、41 一出口管1，42-出口管2、5-驅動齒輪、6-變頻器，7-驅動電機。
【具體實施方式】
[0038]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并 不用于限定本發明。此外，下面所描述的本發明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要 彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
[0039] 實施例：
[0040] 圖1示出了現有常見分流管的幾何模型。流體進入進口管后分別由出口管1和出口 管2流出。表1為常見出口管相關參數，通過幾何建模，導入FLUENT數值計算，模擬得出S1/S2 =1.78，G1/G2 = 1.80，誤差為1.1 %，滿足工程應用要求，即出口管面積比為其流量比。
[0041] 表1出口管相關參數
[0043]為了驗證本發明中的分流裝置在實際應用的實施效果，本實施例中基于上述思想 設計如圖2的動態變化的分流裝置結構示意圖，其中包括進口筒（1)、分流筒（2)、分流盤 (3)、出口管41和42(4)、驅動齒輪(5)、變頻器(6)，驅動電機(7)。兩個密封裝置分別安裝在 分流筒與分流盤之間和分流盤與出口管之間，盡量保證在工作時減少流體外泄。從圖5可 知，分流盤(3)上設置一對呈直徑方向分布的扇形缺口，扇形的圓心角為5°，此外分流盤(3) 與齒輪(5)相嚙合。結合圖3和圖5可知，變頻器(6)和驅動電機(7)帶動齒輪(5)轉動，從而實 現分流盤以合適的角速度進行轉動。
[0044] 結合圖3和圖6是分流筒底部缺口位置和形狀，分流桶底部缺口形狀根據連續性方 程，流量與流通面積成正比。通過改變通過扇形截面積來控制出口管的流量變化。
[0045] 扇形面積為Sl = 0.5w*R2,在分流盤底部設置開孔形狀以改變流體通過扇形的截 面積5,5 = 0.5?打2。6為扇形孔轉動時、其角平分線與乂軸正向的夾角，以逆時針為正，所述乂 軸，指穿過圓心且將通孔形狀分為對稱兩半的直線，X軸與通孔曲線長軸重合，w為扇形的圓 心角，如圖6所示，故3/51=汽6)4(6)為出口管流量￥隨6變化的解析式。這里當0〈6〈180，￥1 =1；'(6)=0.28；[11(6)+0.3，正是出口管1的流量變化 ；當￥2 = ;1；'(6)=0.3-0.28；[11(6)，是出口 管2的流量變化
[0046] 以分流筒底部的圓心為原點建立笛卡爾直角坐標系X〇y，S/Sl=r2/R2 = f(e)， r=R$^J^，r為特定曲線距離原點的距離。為了方便得到特定曲線，依據極坐標r，e與直 角坐標的關系，x = r*cos(e)，y = r*sin(e)如表2所示。
[0047]表2開孔形狀相關參數

[0050] 結合圖3和圖4是兩個出口管，出口管由半圓形截面逐漸過渡成工程所需的圓形截 面。出口管上接分流盤，扇形缺口每旋轉180°流出的流量進入相應出口管，故出口管的軸線 應放置于扇形缺口曲線的軸線的正下方。因為缺口形狀不規則，出口截面積是不斷變化，流 經扇形缺口的流量也是動態變化。圖7和圖8出口管1和2的流量隨分流盤轉動時變化規律， 呈正弦變化。兩根出口管流量變化形式相同，只是相差一個的相位。
[0051] 圖7和圖8示出的結果表明，通過合理設置分流筒缺口形狀，分流盤和分流筒配合 使用，能實現流體的流量和流速的動態變化，并且可以做到流量呈特殊曲線動態變化，如正 弦、拋物線型等變化，與傳統工程方法相比，有著明顯的優勢。
[0052]本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以 限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含 在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種流量動態分配裝置，其特征在于，包括進口筒、分流筒、分流盤、出口管、驅動齒 輪、變頻器和電機;其中： 所述進口筒為圓管，是流體的入口，所述出口筒一端為圓形，用于和分流盤同軸相連， 另一端分成兩個出口，用于分流后的流體通過； 所述的分流盤為圓齒輪形，其外齒與驅動齒輪曬合，由驅動齒輪帶動其轉動;分流盤上 設有兩個W分流盤軸屯、為圓屯、的扇形孔，各扇形孔形狀和面積相等，各扇形孔的圓屯、角不 大于10%通過改變通過分流盤上扇形孔面積，能控制出口管的流量； 所述分流筒一端為圓管，用于和進口筒相連;另一端與分流盤可轉動相連，該端面開有 與流量要求相對應的通孔，分流筒的流體經該通孔進入分流盤； 所述進口筒、分流筒和分流盤共軸設置;進口筒的入口截面積等于出口管出口截面積 總和;所述出口管擺放位置W扇形孔的圓屯、為中屯、，其一端分成兩個半圓形通孔，另一端是 兩個圓管形出口； 所述進口筒、分流筒、分流盤、出口管各相互連接部位，設有密封裝置;所述電機在變頻 器控制下工作，用于帶動驅動齒輪按設定轉速轉動。2. 根據權利要求1所述的分流裝置，其特征在于，所述分流筒與分流盤相連端的通孔形 狀由下式確定：上式基于分流筒底部圓屯、為原點的XOY直角坐標系，r為通孔形狀曲線上的點與原點的 距離，R是所述扇形孔的半徑，e為扇形孔轉動時其角平分線與X軸正向的夾角，W逆時針為 正；所述X軸，指穿過圓屯、且將通孔形狀分為對稱兩半的直線，X軸與通孔曲線長軸重合，f (e)是所要得到的出口管流量隨e變化的解析式;fi(e)為扇形孔轉動角度0到180°內時所對 應的出口管1流量解析式，f 2(e)為扇形孔轉動角度180°到360°內時所對應的出口管2流量 解析式，f(e)及fi(e)和f2(e)根據分流需要確定；180°為兩解析式扇形孔轉動角度e的分界 點。3. 權利要求2所述的分流裝置，其特征在于，fi(e)和f2(e)變化形式包括但不限于:直線 型變化：a*e+b，a和b為常數；拋物線型變化:a*e2+b*e+c，a，b和C為常數；正弦型變化：a*sin (6)+13或日柏03(6)+13，日和13為常數。4. 權利要求2和3所述的分流裝置，其特征在于，fi(e)和f2(e)變化形式相同，即兩者同 為直線型變化、拋物線型變化或者正弦型變化，只是相差180°相位。5. 權利要求1-4所述的分流裝置，其特征在于，通過調節變頻機，能使分流盤的轉速發 生變化。
【文檔編號】F16K11/074GK105840878SQ201610344107
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年5月23日
【發明人】魯錄義, 劉雪晴, 張燕平, 王奎, 江代超
【申請人】華中科技大學