專利名稱：具有改進的驅動扭矩的單噴口液體計量表的制作方法
技術領域：
本發明涉及一單噴口液體計量表，其包含一本體，其中配置一大致上為圓柱形狀的測量室，該室裝配一具有縱軸線XX′的渦輪并裝置葉片，一液體進給管及一液體排放管連接至該本體且與該軸線XX′垂直相交的軸線YY′成一直線，一外殼配置于圍繞渦輪圓周的該本體內，且包含至少兩個分別面向進給管及排放管放置的狹槽，該狹槽的設計能以傾斜的方式相對于管的對準軸注入及噴出液體流。
單噴口液體計量表通常包含一本體，其內存在一大致上為圓柱形狀的測量室，且配備一圍繞一縱軸轉動的渦輪并裝置多個葉片。計量表的本體連接兩管，一個供進給液體進入測量室，而另一個供自該室排放該流體流。
現存有的計量表，其中管彼此對成一直線但偏心，換言之，其對準軸未與縱軸相交。此管的配置不方便，因為其使得這種計量表難以安裝于計量位置，在此處尺寸通常減小。
現存有的計量表，其中管相對于渦輪的縱軸同樣地偏心，但其相對于該渦輪對稱地傾斜而不是彼此成一直線。當計量表的長度有一改變時，這種計量表需要修改管的斜角。
最后，如

圖1所示，現存的計量表2，其液體進給管4及液體排放管6彼此成一直線且其對準軸線YY′與渦輪8的縱軸線XX′垂直地相交。
在這種計量表中，準備安裝一外殼10于本體內，且圍繞渦輪8的圓周，該外殼亦稱為“噴射盒”，且通常由塑料材料制造。此外殼具有兩個狹槽12及14，分別面向液體進給管4及液體排放管6放置。此狹槽12及14相對于管對準軸對稱地傾斜，分別帶來液體流至渦輪的圓周及自渦輪圓周排放該流。
當該計量表的渦輪通過流經測量室的液體轉動時，通過一磁力驅動系統，或機械地經由一齒輪組傳輸此轉動至一加法器。
由于其重量及阻力或斥力，磁力驅動系統的磁鐵對計量表產生一機械扭矩對抗渦輪的運動，特別是在低流率時。結果在低流率時給計量表的測量準確性增加誤差。
為了解決此問題，可以增加渦輪葉片的數目或增加配置于測量室底部和/或頂部的徑向肋的數目，甚至配置多個狹槽于外殼內與每一管共同合作。然而，其未減少在低流率時計量表測量準確性的誤差。
本申請人已注意到，構想一種下述的單噴口液體計量表將是有利的當該計量表裝配一磁力驅動系統時，能減少在低流率時的測量準確性誤差，且當計量表具有機械驅動時，可在計量表的至少大部分流率范圍上獲得測量準確性的明顯改善。
本發明因此提供一單噴口液體計量表，其包含一本體，其中配置一大致上為圓柱形狀的測量室，該室裝配一具有縱軸線XX′的渦輪并裝置葉片；一液體進給管及一液體排放管，連接至該本體，且與該軸線XX′垂直相交的軸線YY′成一直線；一外殼，配置于圍繞渦輪圓周的該本體內，且包含至少兩個分別面向進給管及排放管放置的狹槽，該狹槽的設計能以傾斜的方式相對于管的對準軸注入及噴出液體流，計量表的至少一狹槽面向進給管放置，且為來自該管的液體流提供一漸進地增加該流速度的成形表面。
根據本發明的一個特征，此表面的輪廓主要由兩個具有相反方向凹側的曲線構成。較接近進給管的曲線部分為凹形。為了簡單的原因，狹槽最好具有矩形的局部流通路，其最大尺寸平行于縱軸線XX′延伸。
根據本發明的一個特征，此成形表面屬于位于面向進給管狹槽的第一壁，該狹槽的第二壁面向第一壁并導引液體流由該成形表面漸進地加速。此第二壁可呈現一輪廓，其投影在垂直于縱軸線XX′的平面上大致上為一直線。應該注意到第二壁也可呈現一輪廓，其投影在垂直于縱軸線XX′的平面上為一凹形。
當狹槽具有一矩形流截面時，在垂直管的對準軸線YY′的平面內垂直地延伸至縱軸線XX′的狹槽的尺寸大于最接近該管的那部分進給管的內徑。
更精確地，在本發明的一實施例中，最接近進給管的曲線部分投影在垂直于縱軸線XX′的平面上呈現一圓形輪廓C1。具有與最接近進給管的曲線部分方向相反的凹側的曲線部分投影在垂直于縱軸線XX′的平面上呈現一比C1半徑大的圓形輪廓C2。
這兩個圓形輪廓C1及C2通過第三圓形輪廓C3，在投影在垂直于縱軸線XX′的平面上連接在一起，該第三圓形輪廓C3與圓形輪廓C1凹側相反，且其半徑大于圓形輪廓C2的半徑。
位于面向進給管第一壁的表面輪廓，通過投影在垂直于縱軸線XX′的平面大致上為一直線的輪廓L1，自圓形輪廓C2順流地延伸。
大致上為一直線的輪廓L1相對于管的對準軸線YY′以位于范圍28度至32度的角度傾斜。
大致上為一直線的輪廓L1通過平行于相對壁大致上為一直線的輪廓的另一個大致上為一直線的輪廓L2順流地延伸。
便利地，具有成形表面的壁對位于進給管內的液體流遮蔽測量室。
這兩個狹槽彼此對稱圍繞垂直管對準軸的一個平面且包含縱軸線XX′。
在此發明的變形中，兩個狹槽被面向液體進給管放置，把其中之一該狹槽稱為“第一”狹槽，其向液體流提供一漸進地增加該流速度的成形表面。例如，這兩個狹槽通過面向液體進給管放置的成形表面彼此隔開。第二狹槽可具有一壁，其自第一狹槽成形表面起為最遠，且投影在垂直于縱軸線XX′的平面上呈現一凹形輪廓。
其它特征及優點在以下參考附圖作為非限制性實例的說明中將會更清楚，其中圖1為一現有技術的單噴口水計量表在一垂直于該計量表渦輪的縱軸平面內的截面圖；圖2為包含于一平面內(該平面包含渦輪的縱軸線XX′及管的對準軸)、以截面顯示的本發明一實施例的水計量表簡圖，且其中每一狹槽的壁已省略；圖3為圖2水計量表沿箭號A所見的簡圖，且其軸向渦輪已省略；圖3a為圖3水計量表注射器的較大比例簡圖，但其中注射器的位置相對于圖3倒置；圖3b為分別顯示底肋39位置及頂肋40位置的簡圖；圖3c為一類似顯示于圖3中視圖的本發明第一變形實施例的簡圖；圖3d為一類似顯示于圖3中視圖的本發明第二變形實施例的簡圖；圖4顯示分別對于現有技術的水計量表(曲線A)及對于本發明(曲線B)的水計量表所獲得的作為測量流率的函數的兩條相對誤差曲線；及圖5為另一現有技術的水計量表在一垂直于該計量表渦輪的縱軸平面內的截面圖。
示于圖2且整體標為20的一單噴口水計量表包含一本體22(以下稱為計量表的“碗狀物”)，其通常由黃銅制造，且具有兩管24及26分別連接于其上，以供進給水沿著箭號F進入計量表及從那里排放。在計量表碗狀物內存在一測量室28，其中安裝一軸向渦輪30，圍繞具有縱軸線XX′的樞軸32轉動。軸向渦輪包含一具有多個規則地間隔開的葉片36(例如為9個葉片)連結其上的輪轂34。一軸環38被緊固于輪轂34的底端且平行于縱軸線XX′延伸。此軸環的功能為在高流率下，例如大于每小時200公升，使軸向渦輪30的提升容易，以避免損壞樞軸32的末端，該樞軸有助于在低流率時提高計量表的靈敏度。非對稱的徑向肋39及40分別緊固于測量室的兩個相對端壁42及44上。
軸向渦輪30的頂端支撐一軸46，其裝配一構成計量表磁力驅動系統部分的移動磁鐵支座48。計量表磁力驅動系統的被驅動部分位于加法器52內壁50上方，該加法器52為了使說明明了，在此中未顯示。
一由塑料材料制造的外殼54裝配于圍繞軸向渦輪30的碗狀物內。此外殼稱作“噴射盒”，且其具有如顯示于圖3中的形狀通常為圓柱形的厚壁，并與一包含測量室28端壁42的底部結合在一起。形成測量室(顯示于圖2中)相對端壁的零件44，也稱作“頂板”，并不是噴射盒54的一部分。該零件44包含一軸46在其內轉動的軸承。
如顯示于圖3中，噴射盒具有兩個狹槽58及60，分別被面向水進給管24及水排放管26配置。此管24及26沿垂直地與渦輪30縱軸線XX′相交的一軸線YY′成一直線。
狹槽58及60分別稱為“注射器”及“噴射器”，為了將水流帶入渦輪的圓周，注射器58使來自管24的水流偏斜，其中該噴射器60將位于渦輪圓周的水排放入管26。如顯示于圖3中，注射器58具有一成形表面62，其功能為漸進地增加來自進給管24的流速。此成形表面62面向水進給管24，以便位于流的路徑。此成形表面主要由兩個具有相反方向凹側的曲線部分構成。接近進給管24的曲線部分為凹形。
顯示于圖3及3a的構造中，狹槽58具有一矩形的局部流截面，且其具有兩個相對壁62及64，該相對壁定義平行于縱軸線XX′的該狹槽的較大尺寸，且將其稱為“高度”。第二壁64導引由第一壁沿適當方向加速的此流。應該注意到，狹槽58并不需要具有形狀是矩形的流截面其也可能提供一更復雜且所有其內部表面已成形以漸進地增加水流速的狹槽。
注射器58具有顯示于圖3及3a中的形狀以供簡化的目的，且其結果形狀為圓柱形的進給管24及注射器58無法正確地配合。注射器58的高度大致上等于進給管24的內徑，但是在圖3的平面內垂直地延伸至縱軸線XX′狹槽的尺寸(稱為“寬度”)大于該管的內徑。
如圖3a所示，從進給管24開始，成形表面62包含一具有投影于圖3a平面上為一圓形輪廓C1的曲線部分，且其圓心位于噴射盒54的外側邊緣54a上。此成形表面62也具有一第二曲線部分，其具有一投影于圖3a平面上為一凸的圓形輪廓C2，且其半徑大于圓形輪廓C1的半徑。這兩個具有相反方向的凹側的圓形輪廓形成成形表面的主要部分。第二圓形輪廓C2能使水流被漸進地加速。這兩個輪廓C1及C2通過一第三圓形輪廓C3彼此連接，該第三圓形輪廓C3也是凹形的，但其圓心位于渦輪的縱軸線XX′上，因此其具有一比圓形輪廓C2半徑大許多的半徑。圓形輪廓C3平行于噴射盒54的外側邊緣54a。
成形表面62通過投影于圖3a平面上大致上為一直線的輪廓L1，自圓形輪廓C2順流地延伸。輪廓L1相對于管的對準軸以位于范圍28度至32度且例如等于30度的角度傾斜。輪廓L1有助于導致水流會聚。應該注意到圓形輪廓C2的圓心由其半徑及與輪廓C3及L1連接所需來決定。另外一大致上為一直線的輪廓L2自此輪廓順流地持續至噴射盒54的內側邊緣54b。
投影于圖3a的平面上，第二壁64輪廓上大致上為一直線。應該注意到此輪廓也可能是凹形。此壁64的大致上為一直線的輪廓相對于管的對準軸線YY′以位于范圍19度至24度、且例如等于22度的角度傾斜。
當此輪廓朝向測量室28假想地延伸時，其相切于圓心位于軸線XX′上之一圓C4，圓C4的直徑小于由渦輪30葉片36的端部描述的圓。此特征給予水計量表良好的測量可重復性。
第一壁62的輪廓L2平行于第二壁64的直線輪廓，以便減少噴射流作為測量室入口流率的函數的失真。除此以外，配置狹槽58的壁62，以便對來自水進給管24的水流遮蔽測量室。此配置避免水直接從管流向測量室而不受成形表面62所影響。這樣的直接水流會降低在高流率下的誤差曲線及因此增加在該流率下所產生的測量誤差。
便利地，注射器58的高度大于軸向渦輪30葉片36的高度，這使得可以利用離開該注射器的水噴口的層剪力效應(l′efft de cisaillement laminaire)，因此可以改善在低流率下的驅動扭矩。
較佳地，當想要在加計數和減計數(水流來自排放管26)時獲得相同的計量特性，注射器58及噴射器關于一垂直于管的對準軸線YY′及包含縱軸線XX′的平面彼此對稱。
存在6個肋39固定于壁42，然而僅有3個肋40固定于壁44。此肋39有規則地間隔分開，肋40也是如此。這三個頂肋40形成一“Y字形”，其中兩個頂部分支被面向狹槽58及60配置，而底部分支配置于垂直于軸線YY′且包含軸線XX′的平面內(顯示于圖3b中)。此特定的構造給予水計量表良好的靈敏度。
這6個底肋39以如此方式配置，使得置成同一直線的兩個肋在垂直于軸線YY′及包含軸線XX′的平面(顯示于圖3及3a中)內成一直線。形成Y形狀的兩個上部分支的兩個頂肋40重疊于面向狹槽58及60(顯示于圖3b中)配置的兩個底肋39上。重疊3個頂肋40于6個底肋39上的事實使得在測量室28中增加由水流傳輸至渦輪的脈沖且因此增加傳輸至該渦輪的驅動扭矩成為可能。
在高流率下，誤差曲線的校正主要由配置頂部及底部肋獲得。應該注意到，底部及頂部肋相對于注射器及噴射器配置于測量室內的方式，將同樣良好地作用于一具有一噴射盒的水計量表，該噴射盒具有如顯示于圖1中傳統形狀之一的注射器及一噴射器或甚至于一具有偏心管的更傳統的水計量表。在這兩種情形下，其有助于改善在低流率下的計量表靈敏度。
圖3c顯示一變形的實施例，其中當投影于此圖的平面上時，第二壁70的輪廓并非一直線而是凹形。作為此輪廓的一個功能，第一壁72的輪廓可如此改變，使得在進給管24及與水流相交的第一壁72的成形表面間的距離大于顯示于圖3計量表的相同的距離。對于第一壁，此表面構造使得對來自進給管24的水流比顯示于圖3中的水計量表更加漸進地加速成為可能。
應該注意到，對于噴射盒內徑54b相同的出口截面，此種注射器形狀將導致比顯示于圖3部的形狀較少的落差損失。
除了第二壁的輪廓，以及相關于第一壁輪廓的數值以外，以上參考圖2、3、3a及3b所給予的整個描述同樣地適用于此變形的實施例。
如顯示于圖3d中的另一變形，兩個狹槽74及76被設置于面向水進給管24的水計量表的噴射盒54內，以便形成兩個注射器。這兩個狹槽74及76由一形成一偏轉器的成形壁78彼此隔開，且面向來自進給管24的水流配置。在此圖形中，成形偏轉器78自噴射盒54的內徑54b延伸朝向進給管24，且在接近該噴射盒外徑處終止。然而，也可以考慮一構造，其中偏轉器自內徑54b延伸至噴射盒54的外徑54a。
如顯示于圖3d中，第一狹槽74對來自進給管24的水呈現一成形表面75，該進給管漸進地增加該流的速度，且該成形表面主要由相對于圖3的成形表面62的形狀改變、以便能使水流更漸進地被加速的一凹形第一部分75a及一凹形第二部分75b所構成。應該注意到，進給管24及第一狹槽74的成形表面75間的距離大于顯示于圖3中計量表的相同距離。第一狹槽74的成形表面75與面向該成形表面放置的成形偏轉器78的一壁78a共同合作。偏轉器78的壁78a有助于導引由成形表面75漸進地加速的液體流。除此之外，第二狹槽76具有一壁77，其面向成形偏轉器78及遠離第一狹槽74的成形表面75。投影在垂直于縱軸線XX′的圖3的平面上，壁77具有一凹形輪廓，其為了漸進地加速來自進給管24水流的目的，與面向成形輪廓78的壁78b共同合作。
例如，圖3d的配置與現有技術的計量表、特別是顯示于圖5中的配置相比，當該計量表的內徑增加時，將有益于改進在低流率下由水計量表傳輸的驅動扭矩。此變形的實施例可包含參考圖2、3、3a及3b以及除了相關于第二壁64的形狀特征及相關于第一壁62及第二壁64的數值以外所描述的其它特征。
作為數值示例，測量室28具有一45mm的內徑，外殼54具有一12mm的厚度。渦輪30的葉片36具有一14mm的高度，頂肋40具有一2mm的高度、2.5mm的寬度及9.5mm的長度，且底肋39具有一4mm的高度、1.5mm的寬度及13mm的長度。狹槽58及60具有一17mm的高度、一21mm垂直于與管24及26的連接的寬度及一6.5mm通往測量室的寬度。成形表面62的輪廓C1、C2及C3具有分別等于5mm、8mm及29.5mm的半徑。輪廓L1及L2具有分別為3.5mm及1mm的長度。
圖4給出兩條曲線，其代表作為穿過每一計量表的流率的函數，由兩個水計量表所執行測量的相對誤差。計量表放置于適當位置，使得渦輪的軸垂直。對于一等級C的計量表，誤差上經認可的范圍在圖中以實線顯示。
曲線A由如顯示于圖5中的一現有技術的水計量表獲得。這種計量表具有液體進給及排放管，其彼此成一直線且其對準軸線YY′垂直地與渦輪的縱軸線XX′相交。噴射盒配置于計量表碗狀物內圍繞渦輪的圓周，且包含兩個面向液體進給管放置之狹槽及一面向液體排放管的較寬的狹槽。每一這些狹槽相對于管的對準軸線YY′對稱地傾斜。噴射盒具有一4.5mm的壁厚、一48.8mm的內徑，而狹槽為13mm高。4個有規則地間隔分開的底肋配置于測量室的底部。渦輪具有7個12mm高的葉片。
裝配葉片渦輪的外徑為45.5mm。兩個頂肋配置于測量室頂部頂板上。計量表設置由面對面型式吸力操作的磁力驅動，且每一磁鐵呈一環狀。
曲線B由本發明的一水計量表、更精確地說由顯示于圖2及3的計量表獲得。由此可見，本發明的水計量表提供一非常明顯的改善在低流率下傳輸至渦輪的驅動扭矩，使得可以補償磁力驅動引起的干擾扭矩，且因此可以獲得較佳計量準確性，而不管渦輪軸的位置如何。
便利地，噴射盒54、軸向渦輪30及頂板44構成一模塊化的組件，其能安裝于合適尺寸的水計量表碗狀物22內。
權利要求
1.一種單噴口液體計量表(20)，其包含一本體(22)，其中配置一大致上為圓柱形狀的測量室(28)，所述測量室裝配一具有縱軸線(XX′)的渦輪(30)及備有葉片(36)，一液體進給管(24)及一液體排放管(26)連接至所述本體，且與所述軸線(XX′)垂直相交的軸線(YY′)成一直線，一外殼(54)配置于圍繞渦輪圓周的所述本體內，且包含至少兩個分別面向進給管及排放管放置的狹槽(58，60)，所述狹槽的設計能以傾斜的方式相對于管的對準軸線注入及噴出液體流，所述計量表的特征在于，至少一狹槽(58；74)面向進給管放置且為來自所述管的液體流提供一漸進地增加所述流的速度的成形表面(62；72；75)。
2.根據權利要求1所述的計量表，其中表面的輪廓主要由具有相反方向凹側的兩個曲線部分所構成。
3.根據權利要求2所述的計量表，其中最接近進給管的曲線部分為凹形。
4.根據權利要求1至3之一所述的計量表，其中狹槽(58；74)具有一矩形局部流通路且以其較大的尺寸延伸平行于縱軸線(XX′)。
5.根據權利要求4所述的計量表，其中此成形表面屬于面向進給管(24)的狹槽(58；74)的第一壁(62；72；75)，所述狹槽的第二壁(64；70；78a)面向第一壁，且導引液體流由所述成形表面漸進地加速。
6.根據權利要求5所述的計量表，其中第二壁(64)投影在垂直于縱軸線(XX′)的平面上，呈現一大致上為一直線的輪廓。
7.根據權利要求6所述的計量表，其中第二壁(64)的大致上為一直線的輪廓，當假想地延伸朝向測量室(28)時，其相切于一圓(C4)，且圓的直徑小于由渦輪(30)的葉片(36)的端部定義的圓直徑。
8.根據權利要求6所述的計量表，其中第二壁(64)大致上為一直線的輪廓相對于管的對準軸線(YY′)，以位于范圍19度至24度的角度傾斜。
9.根據權利要求5所述的計量表，其中第二壁(70)投影在垂直于縱軸線(XX′)的平面上呈現一凹形輪廓。
10.根據權利要求4至8之一所述的計量表，其中在一垂直于管的對準軸線(YY′)的平面內，垂直于縱軸線(XX′)延伸的狹槽(58)的尺寸大于最接近所述管的部分的進給管(24)的內徑。
11.根據權利要求9所述的計量表，其中狹槽的最大尺寸大致上等于進給管(24)的內徑。
12.根據權利要求3至5之一所述的計量表，其中最接近進給管(24)的曲線部分投影在垂直于縱軸線(XX′)的平面上呈現一凹形輪廓(C1)。
13.根據權利要求12所述的計量表，其中與最接近進給管(24)的部分的凹側方向相反的曲線部分投影垂直于縱軸線(XX′)的平面上呈現比圓形輪廓(C1)半徑大的圓形輪廓(C2)。
14.根據權利要求12或13之一所述的計量表，其中兩個圓形輪廓(C1及C2)通過第三圓形輪廓(C3)在投影在垂直于縱軸線(XX′)的平面上連接在一起，所述第三圓形輪廓(C3)與圓形輪廓(C1)凹側相反，且其半徑大于圓形輪廓(C2)的半徑。
15.根據權利要求12或13之一所述的計量表，其中位于面向進給管(24)第一壁(62)的表面輪廓通過投影在垂直于縱軸線(XX′)的平面大致上為一直線的輪廓(L1)，自圓形輪廓(C2)順流地延伸。
16.根據權利要求15所述的計量表，其中大致上為一直線的輪廓(L1)相對于管的對準軸線(YY′)以位于范圍28度至32度的角度傾斜。
17.根據權利要求6或16之一所述的計量表，其中大致上為一直線的輪廓(L1)通過與相反壁(64)的大致上為一直線的輪廓平行的另一個大致上為一直線的輪廓(L2)，順流地延伸。
18.根據權利要求1至17之一所述的計量表，其中具有成形表面的壁(62)對位于進給管(24)內的液體流遮蔽測量室(28)。
19.根據權利要求1至18之一所述的計量表，其中狹槽(58)的最大尺寸大于延伸于相同方向的渦輪(30)的葉片(36)的尺寸。
20.根據權利要求1至19之一所述的計量表，其中外殼(54)具有一形狀大致呈圓柱形的厚壁。
21.根據權利要求1至20之一所述的計量表，其中兩個狹槽(58；60)關于一垂直于管的對準軸線(YY′)且包含縱軸線(XX′)的平面彼此對稱。
22.根據權利要求1至5之一所述的計量表，其中兩個狹槽(74，76)被面向液體進給管(24)放置，其中一個所述狹槽，稱作“第一”狹槽(74)，為液體流提供一漸進地增加所述流速度的成形表面(75)。
23.根據權利要求22所述的計量表，其中兩個狹槽(74，76)由一面向液體進給管(24)放置的成形壁(78)彼此地隔開。
24.根據權利要求22或23所述的計量表，權利要求22從屬于權利要求4，其中第二狹槽(76)具有一壁(77)，距離第一狹槽(74)的成形表面(75)最遠，且投影在垂直于縱軸線(XX′)的平面上呈現一凹形輪廓。
全文摘要
一種單噴口液體計量表(20),其包含一本體(22),其中配置一大致呈圓柱形狀的測量室(28),該室裝配一具有縱軸線XX′的渦輪(30)及備有葉片(36),一液體進給管(24)及一液體排放管(26)連接至該本體,且與該軸線XX′垂直相交的軸線YY′成一直線,一外殼(54)配置于圍繞渦輪圓周的該本體內,且包含至少兩個分別面向進給管及排放管放置的狹槽(58,60),該狹槽的設計能以傾斜的方式相對于管的對準軸線注入及噴出液體流。計量表的特征在于,至少一狹槽(58;74)面向進給管放置,且來自該管的液體流提供一漸進地增加該流速度的成形表面(62;72;75)。
文檔編號G01F1/06GK1194031SQ96196449
公開日1998年9月23日 申請日期1996年8月1日 優先權日1995年8月4日
發明者亨利·奧斯扎卡, 查爾斯·布倫森 申請人:施藍姆伯格工業公司