智能涡轮流量计，是北京中瑞能仪表技术有限公司的一项新开发的民品产

智能涡轮流量计，是北京中瑞能仪表技术有限公司的一项新开发的民品产品，其机械部分原理是：当流量流入流量计时，在导流体的作用下得到调整并加速，由于叶轮与流体流向成一定角度，此时涡轮产生转动力矩，在克服摩擦力矩和流体阻力矩后，涡轮开始旋转。

涡轮流量计的结构紧凑，其中叶轮是流量计的关键件，是传感器的检测元件。叶轮由高导磁性材料硬铝2A12制成，与表体同轴，叶片数常用12～24片，叶轮几何形状及尺寸对传感器性能有较大影响，叶片的旋转角度与导程的精确程度，直接关系到涡轮流量计的精度，即检测线性度的值。型号为150的叶轮的结构尺寸如图1。



图1 型号为150的叶轮结构尺寸图

此种零件在公司为首次加工，。如按一般工艺，在铣加工中心加工最好，但这样势必会使加工成本增加好几倍。考虑到流量计还在研发试制阶段，要做到既节约成本，又不影响尺寸精度，因此我们针对车间现有设备的加工能力情况，决定在普通卧铣上加工。

1 叶轮加工的难点

叶轮的加工难点有：

（1）叶轮材料为2A12，零件精度要求高，在机加过程中容易变形；

（2）叶轮的叶片壁厚薄，其壁厚只有1～2mm，加工过程中，其直径越大，加工时零件颤动越严重，从而对尺寸精度产生很大影响，直接影响气体的流速及检测线性度的值；

（3）中心小孔与外圆直径差大，同轴度要求0.015mm。

针对以上加工难点，我们制定出相应的措施。

2 制定的两套工艺方案

我们综合考虑各方面的因素，制定出以下两条涡轮流量计工艺方案：

（1）方案一。车外圆，几件为一体—铣削螺旋叶片—钳工去除毛刺—车断为单件，镗沉孔及外圆—铣槽—叶轮做动平衡—表面氧化处理。对方案一试加工一件，其结果不甚理想，因铣削后的叶片厚度只有1mm，用它来作为定位基准镗孔，很容易使叶片变形，且内外圆的同轴度难以保证，由此得出改进方案二。

（2）改进方案二。粗车（各面均留量1mm，左端凸台加长15mm，给铣加工预留夹头）—热处理（材料具有热处理强化能力，因此在零件粗加工后安排一次热处理工序，以消除加工应力）—精车（孔与外圆一刀下，调头上软爪，这样来保证同轴度）——铣（挂轮，借助工装铣削等速螺旋叶片）—钳（去除所有毛刺）—铣（铣槽，去夹头）—叶轮做动平衡—表面氧化处理。

3 专用的工装夹具

在铣削叶片过程中，为了排除零件颤动，我们做了一套工装夹具（如图2）。



图2 专用工装夹具

涡轮流量计工装为两块夹板，工装1右端呈凹心状，左端车A2顶尖孔，这样可以保证夹板外端受力，有效的减少了振动，降低了表面粗糙度，而且也摆脱了原来加工必须要小切削量，每次切削量不到0.5mm，耗时（型号150的铣削需16h）的烦恼，现在加工此零件，效率提高了2～3倍，每次切削量可到1～1.5mm。

在装夹零件时，以往采用三爪夹盘夹紧，而三爪夹盘自身精度较低，这样加工的零件在做动平衡后的数值偏差较大，增加做动平衡的难度，后来我们采取了在工装上的改进措施。

把工装2的基准孔与零件配合，用M8顶丝顶住，这样使加工精度提高到0.01～0.02mm，动平衡有了较大的改善。

4 其他的工艺措施

为了减少工件在旋转过程中所产生的阻力，我们采用车床所用的活顶尖，使转动更加顺利。

在铣削过程中，由于铣刀在工件的右侧，而螺旋线为右旋，在旋转过程中，产生一向上的作用力。而普通铣刀底面有凹坑，不能切削，而使铣刀受到一向上的力，使铣削过程变得很困难，造成铣刀折断。我们采用底齿过中心的铣刀，使底齿也产生切削，使旋转产生向上的力转化为切削力。

采用上述工艺对工件加工后，经多次检测，达到了使用要求，降低了加工成本，同时也保证了螺旋叶片对传感器精度的影响最小，即检测线性度值小于1.5%。

5 检测的改进

在选择加工涡轮流量计叶轮的螺旋导程时，应根据检测情况加以改进。叶轮的精度，直接影响流量计的精度。当螺旋角过大时，造成螺旋叶片安装角β增大，即叶片重叠度增大，从而增加了轴承的工作负荷，使轴承阻力矩增大，减少了使用寿命，同时也使叶轮本身受较大的作用力，使其变形而失去作用；当螺旋角过小时，造成一部分气流从叶片间的空隙中流失，不能产生使叶轮转动的力量，从而使流量计的线性度升高。

气体涡轮流量计的仪表常数K应为

其中，

β为叶片安装角；

g为气体留量；

Z为叶片数；

θ为流体出口角，理想状态下，无阻力矩存在，则θ为0；

A为进口处的气体流通面积。

加工的流量计在检测精度过程中，发现如下问题：

（1）示值误差（δm）i过大；

（2）重复性（Er）i不理想，正常值是小于0.5%；

（3）线性度超出正常值范围（小于1.5%）。

我们针对所产生的问题，对涡轮流量计叶轮的螺旋角重新进行计算，缩小了导程，使叶片重叠度增加，即叶轮所造成的气体流通空间更加封闭。

6 结束语

经过这样改进后的叶轮，装在原固定座上再进行重新检测。经检测后，涡轮流量计全部达到精度要求，精度提高一级，经用户使用后，非常满意

本文章来自于：北京中瑞能仪表技术有限公司

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