下图为叶轮中的叶片，为了减小叶轮在气流装置中因叶轮重量而产生的阻力，叶轮轮毂中间部位分设计为凹形，即符合叶轮的构造又能使叶轮有较高的旋转灵敏度。叶轮是各类流量计的核心部件，被广泛应用于机械工业领域，其加工质量对产品的性能有决定性影响。由于叶轮叶片的形状是由机械中最难加工的复杂曲面所构成的，因此，叶轮的加工长期以来直是困扰广大科技人员的技术难题，倍受各国工业界的关注。各工业发达国家先后研制出了多种加工方法，如铸造成型后修光法石蜡精密铸造法电火花加工法三坐标仿形铣削法等。但这些早期的加工方法，不仅加工效率较低，而且精度也难以保证。直到多轴数控加工技术被应用到叶轮的加工中，才得到了跨越性发展。数控加工叶身型面，在国内来说，这是近几年的事。自八十年代以来，数控技术逐步进入国内机械制造领域，从简易数控机床到多轴联动的数控机床的诞生，丰富了机械零件加工方法的选择范围。但国内数控机床发展的起步阶段，优先对象是通用性较大的各类铣床和车床，国内针对叶片叶身型面加工的数控机床还没有研制，为要高质量高效率和高柔性的用于叶身型面加工，只得从境外引进少量的四轴联动的加工中心。对叶轮型面加工提出总的加工方案,如叶片数控技术用于空间曲面的加工，与其它加工方法相比有着极大的优越性，并特别适用于当今世界制造业的发展方向多品种小批量生产。我们在原有的叶轮基础上进行叶轮的设计与更新，数控加工方面均采用了粗加工和精加工，生产实践显示出了众多的优越性，如简化生产准备工作，缩短试制周期，加快品种变换，提高型面加工质量，减少生产面积等。.叶轮叶型结构参数的确定叶轮由支架中轴承支撑，与壳体同轴，其叶片数视口径大小而定。叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响，要根据流体性质，流量范围，使用要求等设计。叶轮的动态平衡也很重要，直接影响仪表的性能和使用寿命。叶轮结构参数设计包括叶片倾角，叶片的顶端与外壳内壁的间隙，叶片根茎和顶径的流通截面，叶片重叠度以及叶片数量等设计。这些参数直接影响流量计的特性，选择的合理就可以提高仪表的测量范围和准确度，并延长使用年限。根据大量实验及理论分析，比较合理的结构参数为叶片倾角对气体,对液体叶片重叠度表示轴线长度上两相邻叶片相互重叠的程度。叶片顶隙当时，当时，。叶片数可以按照对输出信号的频率要求以及加工制造的可能性来考虑。根据流量计口径大小不同而异，液体小口径为片。大口径般为片以上，气体小口径为片。而对本文研究的侧重点来看是系列的气体涡轮流量计，选用螺旋形型叶片的叶轮且选用材料为铝合金。在第二章中，本文已经涉及到过如何进行叶轮的各方面的参数选择，叶轮按照设计要求为叶片数，叶片倾角,重叠度为.，叶片与内机壳间隙为.。为提高流量计的灵敏度，可适当增加叶片数。图气体涡轮流量计中的叶轮进出口速度三角形图因为在本章中，选择叶轮的结构角为，所以在叶轮进出口速度三角形中，由第二章的特性分析就可以得出以下结论因为所以.由式可得流体推动力由此可得推动力力矩本文在允许范围内分别选择和个叶片数的叶轮进行了测量，结果如图所示。可看到，三条曲线几乎重合。说明在流量允许范围的内，叶轮叶片数的增减对压力损失的影响可以忽略。但采用叶片数的叶轮时，测得流量计起始流量为.,而采用个叶片数的叶轮，其起始流量为.,叶片数的叶轮，其起始流量为.，由此可看出适当增加叶片数，可以较明显地提高流量计的灵敏度。但是值得注意的是，过大的增加叶片数会使重叠度增大，过大的重叠度将使流量计性能恶化。所以综合考虑流量计的在使用过程中的性能后，选择该系列流量计的叶轮叶片数为。流量图不同叶片数的压力损失曲线铝合金叶片图气体涡轮流量计中的叶轮图系列型气体涡轮流量计的叶轮结构而对于该产品来说，因为该系列气体涡轮流量计的通流直径为，属于小管径的气体涡轮流量计，在其原设计当中，叶片数选择是个叶片，选择的不是很合理，经过多方面的考虑，当选择该系列气体涡轮流量计的结构参数如下时最为合理叶片数为，这在上面已经论述过，这里不再赘述，选择叶轮倾角，是因为在上面第二章流量计的特性分析中关于涡轮进出口速度三角形可以看出，当叶轮倾角选择为时，当流体离开涡轮叶片时，流体相对速度与圆周运动方向的夹角就等于叶片结构角。流体对于进出口涡轮叶片的相对速度为和，则与圆周运动方向的夹角与叶片结构角之间有以下关系，。所以流量计的来流速度就等于出口速度即。叶片厚度为.形状如上图,所示。叶轮的基本参数叶片材料为铝合金，叶片数为片，叶顶圆直径的为，分度圆上的螺旋升角为，即叶轮倾角，叶片旋向为右旋。从叶片的结构来看，其叶身型面部分为复杂的空间曲面，各部分的曲率扭转变化较大，是典型的薄壁件。由于其为涡轮气体流量计装置的重要部件，工作条件较为恶劣，对零件本身的精度和质量提出的很高的要求。型面的加工质量直接影响其工作性能，从而影响整个机构。导流器与传感器的改进.导流器的改进流体从机壳进口流入，首先经过整流栅进行稳流，再进入前导流器，前导流器对流体有收敛作用，防止流体发生分离产生大的涡旋运动，前导流叶片对流体起导向作用，避免流体自旋而改变对叶轮叶片的作用角度，保证测量的准确度。流体经过叶轮后将以螺线型方式向前流动，加入带叶片的后导流器对其进行导流，使流体沿管壁直线流动，减少各种阻力引起的能量损失。结构简图如下图所示流体通过流量计的压力损失与介质的密度流速等有关，其计算公式为式中压力损失，压损系数介质密度，㎞ν流速，由于和ν为流体流动参数，不能随意增减，因此只能尽量减小压损系数，以达到降低压损的目的。压损系数除了受流体粘性管径及管长等因素影响外，还与流量计内部各零部件的几何结构有关。图涡轮流量计的结构示意简图前后导流器如下图所示下图分别为全封闭和半开式两种结构的后导流器示意图。导流叶片数均为，内导流体几何形状为椭球形。两者不同之处在于全封闭式导流叶片由导流器进口延伸至出口，而半开式的导流叶片则由导流器中间起到出口处。图前导轮示意图而改进后的后导流器的结构形式是在半开式的导流叶片基础上设计加工了另种改进的后导流器把半开式的导流叶片部分缩短半，同时将叶片数减少为，在原无叶段增加与有叶段数目相同位置均匀相错的叶片，但不加外筒。目的是尽量在不增加摩擦和阻塞损失情况下，加强对经过叶轮后旋转流体的整直作用。如下图所示。下图为分别采用三种后导流器而其余部件不变条件下流量计的压力损失曲线。由图可知，在流量为范围内，三种结构的压力损失均很小，可以认为压力损失在小流量工况下对几何结构不敏感，即后导流器的几何形状变化还没有对压损产生影响。随着流量的增大，三条曲线明显拉开了距离，其中全封闭式压损增长最快，半开式次之，压损最小的是改进式，在额定最大流量处，改进式的压损仅为，约为半开式压损的，为全封闭式压损的。当流量进步增大，这种差距还将随之增加。由此可见，选择合适的导流器可以大大降低流量计的压力损失。在流量计的工程应用中，有必要对前后导流器几何参数进行优化，以达到最小压损目的。所以在本设计中，在原有产品的基础之上，将原结构中的后导流器改设计为上图中改进后的后导流器的结构形式，以有利于口径的型气体涡轮流量计更广泛的应用于目前的燃气市场中。流量图后导流器对压力损失影响.传感器的改进传感器的分类按传感器结构分类轴向型普通型叶轮轴中心与管道轴线重合，是涡轮传感器的主导产品，有全系列产品。切向型叶轮轴与管道轴线垂直，流体流向叶片平面的冲角约度，适用于小口径微流量产品。机械型叶轮的转动直接或经磁耦合带动机械计数机构，只是积算总量，测量精度比电信号检测的传感器稍低，其传感器与显示装置组成体式，受到用户欢迎。因为气体的密度远小于液体密度，流体推动力矩小，气体流量传感器与液体流量传感器在结构参数上有显著差别。要加大轮毂半径，缩小流道截面积，使气流流速加大且集中经过叶片边缘。因气流流速很高，要用较小冲角的叶片。般为降低摩擦阻力矩，采用滚动轴承，并对轴承系统注入润滑剂。它能冲洗掉轴承表面的微粒，延长轴承寿命。多孔状的储油室能在换加润滑剂期间向轴承持续供油。流体密度对传感器的影响型气体涡轮流量计属于速度式仪表，密度的变化将使作用于叶轮上的转动力矩也按比例地增减，从而影响显示的体积流量。在测量液体的场合，由于液体的密度变化小，且设计时又力求轴承摩擦力矩甚小，所以密度的影响般可以忽略。但是在测量本产品市场应用气体的场合，由于气体的密度在常压下为液体密度的千分之，欲保持气体具有和液体相同的转矩效应，则流速要增大余倍。同样，叶轮的转速也是必然要激剧增大而直接影响传感器使用寿命。为此，气体用流量传感器的设计必须减小叶片倾角以降低叶轮转速。同时，尽可能减小轴承摩擦力矩。所以对该系列产品来说般在叶轮设计时就已经考虑这点，已经在设计时将叶轮的叶片倾角设计为角，旦被测流体的温度压力或密度出现较大幅度变化时，则对传感器的流量系数应与修正。气体涡轮流量计中轴与轴承的改进轴与轴承它支撑叶轮旋转，需有足够的刚度强度和硬度耐磨性耐腐蚀性等。它决定着传感器的可靠性和使用期限。传感器失效通常是由于轴与轴承引起的，因此它的结构与材料的选用以及维护是很重要的。在第二章特性分析中已经提到过些有关轴与轴承的知识，它们组成对运动副，支撑和保证叶轮自由旋转。它需要有足够的刚度，强度和硬度，耐磨性，耐腐性等。它决定着传感器的可靠性和使用寿命。传感器的失效通常是由轴和轴承引起，因此它的结构与材料的选用以及维护是重要问题。再者，因为流体流通时作用于叶轮上的力使叶轮转动，同时也给叶轮个轴向力，使轴承的摩擦转矩增大，而且为了使气体涡轮流量计的结构性能更加合理，流量计的机械摩擦阻力越小越好，从而使流量计的始动流量值也越小越好，所以应减少流量计的涡轮与轴承之间的摩擦力。.涡轮轴的改进轴如下图为气体涡轮流量计中的涡轮轴，直径为,长度为,在原产品结构设计中，该涡轮轴为根光轴，光轴因为其形状简单应力集中少且易加工，所以般应用于小直径系列流量计中的涡轮轴，又因为该传动轴属于小系列的流量计中的轴，要考虑其在工作过程中的受力情况和综合性能，因为轴的直径将直接影响到叶轮的转动惯量，所以对轴的结构外形在本章中将不作修改，沿用原设计中的结构，为了减小滚动轴承的轴与轴承间的摩擦转矩，与叶轮的重量及轴的直径成正比，因此在机械强度允许的情况下，应尽可能把轴做细，使叶轮的重量减轻。合理选择轴与轴承的材质及两者的配合间隙也是很重要的，只是在涡轮轴的制作过程中，本文将选择种耐磨性更高的材料来替代原设计中的材料使涡轮轴在工作过程中尽可能的使轴与轴承间的摩擦阻力减小，使系列的气体涡轮流量计更加广泛的应用在目前的城市燃气市场中。查机械设计手册，原设计中涡轮轴的选材为，该材料的基本参数如下许用弯曲应力。经过比较选取了种的材料，该材料的硬度，许用弯曲应力，由材料的各方面性能上就可看出重新选取的涡轮轴材料的各方面的综合性能均高于原