一种可实现气-液双流控制的换向器及方法与流程

1.本发明涉及水流换向器技术领域，具体涉及一种可实现气-液双流控制的换向器及方法。


背景技术：

2.水流量装置是对流量计进行检定、校准的主要设备，而换向器是水流量装置的核心设备之一，其作用是改变水的流动方向，水流进入旁通管路或者进入称重容器完全由换向器进行控制。具体如图1所示，水流量装置在进行流量计标定时，水流要通过换向器100进入到称重容器200，在换向器100启动时，同步启动计时计频器记录被检流量计的输出信号，在进入称重容器200一段时间后，水流再通过换向器100回到旁通管路300，最终回到储水池400，在换向器100启动时，同步停止计时计频器记录被检流量计的输出信号，比较称重系统得到的质量与被测流量计输出脉冲数换算得到的质量，最终得到被测流量计的误差值。
3.现有换向器目前主要有2种结构，分别为开式换向器和闭式换向器。
4.传统开式换向器主要用于冷水流量装置，使用范围最广、最成熟。其结构主要由上游管路101、喷嘴102、导流器103、分水器104、驱动装置105、称重容器106等几部分组成，如图2所示。开式换向器的结构大同小异，其驱动装置目前主流的有两种，一种是采用气缸，另外一种是采用步进电机。当需要进行换向时，驱动装置推动喷嘴摆动或者推动分水器摆动，以此控制水流是流入旁通管路还是流入称重容器。开式换向器的缺点主要在于，其不适用于挥发性实验介质，如高温水、轻质油等，且喷嘴开度不可调，影响不确定度水平，也使换向器无法调节管路流量或压力。
5.传统闭式换向器主要用于高温水、易挥发介质，由于开式换向器敞口会导致介质的挥发，对测量结果造成较大影响，所以高温介质多采用闭式换向器。传统的闭式换向器是类似活塞缸的结构，换向器依靠活塞在气缸内运动切换水流方向，换向器换向部分不与大气联通。闭式换向器检测前和检测时状态分别为如图3和图4所示。从图3可以看出，热水从旁通管路回到水箱，在检测时，已经调节好检测流量点，此时切换换向器方向，热水从旁通管路瞬间切换到称重容器，状态如图4所示。传统闭式换向器的缺点主要在于，换向过程会造成实验流体压力波动，且确定度水平偏低，只适用于低准确度装置。
6.目前还存在一种比较新形式的开式密闭型换向器(蔡兵新.液体流量装置闭式电动换向器研究[d].天津大学.)，是在开式换向器的基础上进行改造，相对于将原来开式的结构包裹在一个封闭的空间内，解决了传统开式换向器的在换向器处的介质蒸气外泄的问题，主要是将传统换向器导流器上端改成一个凹槽，在喷嘴的固定板两侧各加装一个盖板。使其恰好密封导流器上端的凹槽。在液体进入称重容器时，称重容器的气体会逐渐排出，因此在喷嘴固定板上留有排气孔，用外接管道将气体引到合适的位置。分水器与步进电机轴，通过联轴器、工作轴相连，工作轴穿过导流器，在导流器原有圆洞处添加油封。对导流器做加长处理与下游管路相连，以此确保换向器在整个实验装置中密封。该设计的主要缺点在于，没有做完整的气路管理，虽然在换向器处做到了与外界隔离，但在分水器位置，旁通管
路与去称重的管路始终处于连通状态，介质蒸气可能在2个管路之间互相串气；密闭的关键问题没有解决，另外，其喷嘴开度不可调，影响不确定度水平，也使得换向器无法调节管路流量或压力。
[0007]
中国专利申请cn103438964a公开了一种密闭型开式换向器，其包括：控制箱，该控制箱具有为换向提供动力的部件；位于控制箱下方的转动盘，所述转盘上具有若干喷口；与所述转动盘配合的浮动盘，所述浮动盘上具有与所述喷口相对应的导流孔；以及位于所述开式换向器中心的进水管，在所述进水管的上方设置有分流锥。该设计的圆柱形结构采用了开式密闭型结构，解决了旁通管路和进称重容器管路串气的问题，具有多个喷嘴、体积小、转动换向等优点，但是该设计结构复杂，加工难度太大；密封容易出问题，容易漏水，而且同样地，其喷嘴开度不可调，影响不确定度水平，也使换向器无法调节管路流量或压力。另外，该设计气路梳理不彻底，没有留放空位置，会产生真空负压回吸空气问题。
[0008]
中国专利申请cn109579952a公开了一种可调开度的换向器喷嘴，主要是在传统开式换向器基础上做了3项改进：1、进水口管路形态优化；2、喷嘴开度可调，这一点最重要，解决了空气进入的问题，不确定度提升；3、用光栅尺替代了传统的光电开关，同步性设定更灵活、准确。但是该设计没有密封结构，不适用于挥发性实验介质，如高温水、轻质油等，且该设计虽然喷嘴开度可调，但喷嘴调节的活动部分密封耐压较低，无法实现对实验介质的压力或流量调节。


技术实现要素：

[0009]
针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种可实现气-液双流控制的换向器及方法。
[0010]
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0011]
一种可实现气-液双流控制的换向器，包括进气孔、喷嘴、密封盖板、分水器、分水器外桶、补气控制阀、密封翻板；所述分水器外桶的顶面密封盖设有密封盖板，所述密封盖板上开设有所述进气孔，所述进气孔通过补气管路连通于所述补气控制阀；所述喷嘴贯穿所述密封盖板与所述分水器外桶内部连通；所述分水器外桶内部设有分水器，所述分水器内部通过隔板分隔为互不相通的旁通管路一和进秤管路一，所述分水器外桶的下部设有分别与旁通管路一和进秤管路一的下端位置对应的旁通管路二和进秤管路二，所述分水器可通过左右摆动使旁通管路一或进秤管路一与喷嘴的出口对应，但旁通管路一和进秤管路一始终分别与旁通管路二和进秤管路二对应；所述旁通管路二和进秤管路二的下端均设有密封翻板以及翻板驱动机构，所述翻板驱动机构可驱动所述密封翻板翻转以密封或打开所对应的旁通管路二或进秤管路二的下端。
[0012]
进一步地，所述翻板驱动机构采用气缸，控制系统通过气缸控制密封翻板的翻动。
[0013]
进一步地，所述开度可调喷嘴包括上部管道、下部外壳、上盖板、转轴、活动侧板和固定侧板；所述下部外壳的顶部设有上盖板，所述上部管道的下端连接安装于所述上盖板的顶面并与所述下部壳体连通；所述下部壳体内设有喷嘴，所述喷嘴是由两个相对的活动侧板和两个相对的固定侧板围成的通道，所述活动侧板的上端通过转轴与上盖板连接，所述固定侧板的上端与上盖板固定连接，并且所述喷嘴的通道与所述上部管道的下端相对应；两侧的活动侧板分别与驱动机构连接，两侧的驱动机构用于驱动两侧的活动侧板相向
或背向转动；所述活动侧板的上端与所述上盖板的底面之间密封。
[0014]
更进一步地，所述活动侧板的顶端连接于所述转轴，所述上盖板的底面设有密封板，所述转轴的外表面与所述密封板之间有压力地接触。
[0015]
再进一步地，所述转轴的外部套设有密封外套，所述密封外套与所述密封板有压力地相接触。
[0016]
更进一步地，所述开度可调喷嘴还包括有下底板，所述下底板上设有方形开孔，所述方形开孔沿活动侧板运动方向上的两侧壁分别设有翼型密封板，两侧的活动侧板的下端从两侧的翼型密封板之间穿过并分别与两侧的翼型密封板紧密贴合；所述方形开孔垂直于活动侧板运动方向上的两侧与翼型密封板之间具有空隙，供对应一侧的固定侧板穿过并密封固定。
[0017]
进一步地，所述分水器外桶设有密封的视窗，其里侧设置有刮擦装置。
[0018]
进一步地，所述隔板的顶面位置低于所述分水器顶面的位置。
[0019]
本发明还提供一种利用上述可实现气-液双流控制的换向器的方法，具体过程为：
[0020]
初始状态下，流体从喷嘴进入分水器外桶内部后，进入分水器内的旁通管路一并进入分水器外桶内的旁通管路二流出，此时，进秤管路二下端的密封翻板是关闭状态，分水器内的隔板的位置为0位；由于整个分水器外桶是密封的，所以流体都流入旁通管路时，也会将一部分空气带走，这时补气控制阀打开，气体从进气孔补入分水器外桶内部；
[0021]
当需要流体进入称重容器时，需要先将进秤容器二下端的密封翻板打开，待称重容器状态稳定，分水器开始摆动，分水器隔板逐渐接近喷嘴，当隔板转至喷嘴中间位置时，触发计时器进行计数；
[0022]
当分水器摆动至喷嘴和进秤管路一对应时，流体全部流入称重容器中，隔板逐渐远离喷嘴，直至停止动作，此时关闭旁通管路二下端的密封翻板；
[0023]
当流体入称重容器的时间达到预定时间后，需要先打开旁通管路二下端的密封翻板，分水器开始往回摆动，当摆动至隔板和喷嘴中线对应时，触发计时器停止计数，当分水器摆动至喷嘴和旁通管路一重新对应时，流体全部流入旁通管路一，直至隔板位置回到0位，最终回到初始状态。
[0024]
本发明的有益效果在于：
[0025]
1、通过设置密封翻板用于对换向器换入、换出2个状态下换向器及其下游管路内气体的流动进行控制，可以避免旁通管路与进秤管路之间互相串气，实现密封及气流控制，确保整个分水器外桶整体密封完整，并内部状态稳定。
[0026]
2、当水走进秤管路或者旁通管路时，由于换向器整体是密封结构，所以在换向器内部会形成抽真空的效果。通过设置补气孔及补气管路，可以引导液相介质蒸汽进入换向器内部，保证换向器内部液相浓度稳定。
[0027]
3、通过密封盖的设置可以防止引入的介质蒸气溢出，而且透明的密封盖方便随时查看换向器内部情况。
[0028]
4、通过设置视窗，便于观察换向器内部情况；
[0029]
5、喷嘴的开度可调，且密封性能好，不会有蒸汽等易挥发介质溢出。
附图说明
[0030]
图1为现有的水流量装置的原理示意图；
[0031]
图2为传统开式换向器的结构示意图；
[0032]
图3为传统闭式换向器在检测前的结构示意图；
[0033]
图4为传统闭式换向器在检测时的结构示意图；
[0034]
图5为本发明实施例的换向器结构示意图；
[0035]
图6为本发明实施例的开度可调喷嘴的侧视结构示意图；
[0036]
图7为本发明实施例的开度可调喷嘴的仰视图(活动侧板分离状态)；
[0037]
图8为本发明实施例的翼型密封板的等轴测视图。
[0038]
图9为本发明实施例的换向器在走旁通管路时的工作示意图；
[0039]
图10为本发明实施例的换向器在换向过程中的工作示意图；
[0040]
图11为本发明实施例的换向器在走进秤管路时的工作示意图。
具体实施方式
[0041]
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
[0042]
本实施例提供一种可实现气-液双流控制的换向器，如图5所示，包括进气孔1、开度可调喷嘴2、密封盖板3、分水器4、分水器外桶5、补气控制阀7、密封翻板9；所述分水器外桶5的顶面密封盖设有密封盖板3，所述密封盖板3上开设有所述进气孔1，所述进气孔1通过补气管路连通于所述补气控制阀7；所述开度可调喷嘴2贯穿所述密封盖板3与所述分水器外桶5内部连通；所述分水器外桶5内部设有分水器4，所述分水器4内部设有互不相通的旁通管路一41和进秤管路一42，所述分水器外桶5的下部设有分别与旁通管路一41和进秤管路一42的下端位置对应的旁通管路二51和进秤管路二52，所述分水器4可通过左右摆动使旁通管路一41或进秤管路一42与开度可调喷嘴2的出口对应，但旁通管路一41和进秤管路一42始终分别与旁通管路二51和进秤管路二52对应；所述旁通管路二51和进秤管路二52的下端均设有密封翻板9以及翻板驱动机构，所述翻板驱动机构可驱动所述密封翻板9翻转以密封或打开所对应的旁通管路二51或进秤管路二52的下端。
[0043]
密封翻板用于对换向器换入、换出2个状态下换向器及其下游管路内气体的流动进行控制，核心作用是避免旁通管路与进秤管路之间互相串气。此外，密封翻板需要翻板驱动机构控制其开闭，确保水流入相应管路时，密封翻板是打开状态，不会阻碍水流通。所述密封翻板可以实现密封及气流控制，确保整个分水器外桶整体密封完整，并内部状态稳定。
[0044]
在本实施例中，所述翻板驱动机构采用气缸8，控制系统通过气缸8控制密封翻板的翻动。
[0045]
需要说明的是，当水走进秤管路或者旁通管路时，由于换向器整体是密封结构，所以在换向器内部会形成抽真空的效果。这时，需要从补气孔引导液相介质蒸气进入换向器内部，保证换向器内部液相浓度稳定。
[0046]
需要说明的是，分水器外桶的作用是提供一个整体的密封体，确保水流平稳进入管路。密封盖的作用在于防止引入的蒸气溢出。另外，在本实施例中。密封盖采用透明材质，
方便随时查看换向器内部情况。其里侧可以设置刮擦装置，防止有水雾附着。
[0047]
需要说明的是，旁通管路和进秤管路增加单向密封翻板，防止旁通管路与进秤管路之间互相串气，避免实际称量的液体质量不准确。保证换向器内部湿度稳定，避免出现换向器腔体负压，导致空气进入，影响称重的准确度。
[0048]
在本实施例中，如图6所示，所述开度可调喷嘴包括上部管道21、下部外壳22、上盖板23、转轴25、活动侧板26和固定侧板213；所述下部外壳22的顶部设有上盖板23，所述上部管道21的下端连接安装于所述上盖板23的顶面并与所述下部壳体22连通；所述下部壳体22内设有喷嘴，所述喷嘴是由两个相对的活动侧板26和两个相对的固定侧板213围成的通道，所述活动侧板26的上端通过转轴25与上盖板23连接，所述固定侧板213的上端与上盖板23固定连接，并且所述喷嘴的通道与所述上部管道21的下端相对应；两侧的活动侧板26分别与驱动机构28连接，两侧的驱动机构28用于驱动两侧的活动侧板26相向或背向转动；所述活动侧板26的上端与所述上盖板23的底面之间密封。
[0049]
具体地，在本实施例中，所述驱动机构28为伸缩气缸。通过伸缩气缸的伸缩动作，驱动两侧的活动侧板26相向或背向转动。
[0050]
更进一步地，在本实施例中，所述活动侧板26的顶端连接于所述转轴25，所述上盖板23的底面设有密封板24，所述转轴25的外表面与所述密封板24之间有压力地接触。通过设置密封板，可以形成活动侧板和上盖板之间的密封结构，避免流体进入喷嘴时，从转轴和上盖板的底面之间的缝隙泄漏。
[0051]
再进一步地，在本实施例中，所述转轴25的外部套设有密封外套29，所述密封外套29与所述密封板24有压力地相接触。通过在转轴25的外部设置密封外套29，更进一步加强转轴25和上盖板23之间的密封性。
[0052]
更进一步地，在本实施例中，所述密封板24和密封外套29均采用氟橡胶材料制成。
[0053]
在本实施例中，如图6-8所示，所述开度可调喷嘴还包括有下底板27，所述下底板上设有方形开孔211，所述方形开孔211沿活动侧板26运动方向上的两侧壁分别设有翼型密封板210，两侧的活动侧板26的下端从两侧的翼型密封板210之间穿过并分别与两侧的翼型密封板210紧密贴合；所述方形开孔211垂直于活动侧板26运动方向上的两侧与翼型密封板210之间具有空隙212，供对应一侧的固定侧板213穿过并密封固定。
[0054]
采用翼型密封板与两侧的活动侧板进行密封贴合，当两侧活动侧板处于最大开度时，两侧的翼型密封板被压变形，当两侧的活动侧板相向而行时，两侧的翼型密封板在恢复原状的势能下依然保持和活动侧板的紧密贴合，从而确保活动侧板在转动时，不会有蒸汽等易挥发介质溢出。
[0055]
需要说明的是，换向器的喷嘴结构的好坏，对流量装置的精度有很大影响，所以如何改善喷嘴的结构，是流量领域一直研究的问题。在本实施例中，通过活动侧板的转动，可以实现喷嘴开度的调节。在喷嘴开度调节时，活动侧板以转轴为中心转动一个很小的角度，而上盖板和活动侧板之间形成可动的密封结构，防止流体的泄漏。
[0056]
在本实施例中，所述分水器外桶5设有密封的视窗6。视窗6的作用在于观察换向器内部情况，发现问题可以及时解决。视窗里侧也可以配备刮擦装置，防止有水雾附着。
[0057]
在本实施例中，所述分水器4的内部设有隔板13，所述隔板13将分水器4内部分隔为互不相通的旁路管道一41和进秤管道二42，所述隔板13的顶面位置低于所述分水器4顶
面的位置。当分水器4通过摆动进行水路切换的过程中开度可调喷嘴2的出口对应于隔板13的顶面时，由于隔板3的顶面位置低于所述分水器4顶面的位置，水流不会溅出分水器4外。
[0058]
在本实施例中，控制系统通过转动驱动机构(电机或气缸)控制分水器4的摆动。
[0059]
以下将进一步详述换向器的整个换入、换出过程。
[0060]
1)初始状态如图9所示，流体从喷嘴进入分水器外桶内部后，进入分水器内的旁通管路一并进入分水器外桶内的旁通管路二流出，此时，进秤管路二下端的密封翻板是关闭状态，分水器内的隔板的位置为0位；由于整个分水器外桶是密封的，所以流体都流入旁通管路时，也会将一部分空气带走，这时补气控制阀打开，蒸气从进气孔补入分水器外桶内部；
[0061]
2)当需要流体进入称重容器时，需要先将进秤容器二下端的密封翻板打开，待称重容器状态稳定，分水器开始摆动，分水器隔板逐渐接近喷嘴，当隔板转至喷嘴中间位置时，触发计时器进行计数；如图10所示；
[0062]
3)当分水器摆动至喷嘴和进秤管路一对应时，流体全部流入称重容器中，隔板逐渐远离喷嘴，直至停止动作，此时关闭旁通管路二下端的密封翻板；如图11所示；
[0063]
4)当流体入称重容器的时间达到预定时间后，需要先打开旁通管路二下端的密封翻板，分水器开始往回摆动，当摆动至隔板和喷嘴中线对应时，触发计时器停止计数，当分水器摆动至喷嘴和旁通管路一重新对应时，流体全部流入旁通管路一，直至隔板位置回到0位，最终回到图9所示的初始状态。
[0064]
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。