一种低漏流容积式流量计结构设计

在科技的迅猛发展的今天，常用的流量计所存在的问题是很难实现精确测量。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。它具有测量精确，漏流少，压降低的特点。本文就对其机械实现进行探索。

1 流量计原理

流量计的正方形内腔（设正方形边长为1，对应正三角形边长也为1）被勒洛三角形分成四个区域，四角放置阀门。当转子随着流体的流入转动时，正方形的每一条边始终有一个且只有一个点与转子接触，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。在阀门的控制下，流体随面积减小离开流量计，随面积增大进入流量计。转子每个周期变化量将超过1.828个面积单位。

2 圆角结构

勒洛三角形在正方形约束下的运动在转角处的轨迹是椭圆的一部分，如图1所示。

图1 勒洛三角形转角处运动轨迹和其几何中心轨迹

经计算，该轨迹的参数方程为（1）式和（2）式。

如图1所示，勒洛三角形几何中心运动轨迹是由四个对称的部分椭圆形成的公共区域轮廓，每个椭圆的参数方程为（3）式和（4）式。

设计中，可将上盖设计为能够包络住三角形几何中心轨迹的圆。上盖圆的最大直径应略小于（           ）；此时上盖的制作可节省较多材料。

3 流量进出系统

图2 流量进出系统

进过计算可以知道，中心转轴每经过45°，就会对应一次流量进出变化。如图2所示圆板，黑色部分表示凸起，以此来控制进出口开关的压下与弹起。当开关处于压下状态时，流量计出口与出水管相连，同时流量计对应部分面积逐渐减小，流体流出流量计。转过45°之后，开关处于弹起状态时，流量计与入水口相连，流量计对应部分面积逐渐增大，流体流出流量计。

4 流量计转子设计

转子强度最低，转子尖角处摩擦最多，寿命最短。因此考虑利用滚子结构来进行优化，将尖角处转化为纯滚动运动。容积式流量计最大的误差来源就是漏流，材料选取会影响摩擦力，压降也随之变化，进而影响漏流。设计采用圆角结构解决尖角应力集中问题，并采用特殊材料涂层（如石墨烯等具有耐摩擦，耐腐蚀性的材料）和弹性转子结合解决密封和摩擦的问题。