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发布时间：1714308693
第２ ｌ卷第６期 仪器仪表用户
ＮＳＴＲＵＭＥＮ１＿ＡＴｆ０Ｎ
ＥＩＣ ＶＯ１．２１
２０１４年１２月
２Ｏｌ４ Ｎｏ．６
气体腰轮流量计腰轮转子曲面模型研究
潘友艺 ，杨国芬 ，郭杨严 ，苏苗候 ，王滔
（１．天信仪表集团有限公司，浙江苍南，３２５８００；２．上海理工大学，上海，２００９３０）
摘要：气体腰轮流量计在城市燃气贸易计量应用技术日趋成熟，为准确计量，腰轮流量计一对腰轮转子之间、腰 轮转子与壳体之间的间隙有严格的保证，既保证转子转动时不会有接触，又可保证转子之间、转子与壳体之间的间 隙的泄漏量不影响流量计的计量准确性。本文提出一种以渐开线方程为主的拟合曲面模型，通过实际加工及试验证 明模型的正确性和具备产业化条件。
关键词：气体腰轮流量计；腰轮转子；曲面；数学模型 中图分类号：Ｔ
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７１—１０４１（２０１４）０６—０００５４—０３
Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｔｈｅ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｑｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｒｏｔａｔｏｒｓ
ｏｆ ｔｈｅ Ｇａｓ Ｒｏｔａｒｙ Ｆｌｏｗｍｅｔｅｒｓ
Ｐａｎ Ｙｏｕｙｉ ，ＹａｎｇＧｕｏｆｅｎ ，Ｇｕｏ Ｙａｎｇｙａｎ ，ＳｕＭｉａｏｈｏｕ 一，ＷａｎｇＴａｏ
（１．Ｔａｎｃｙ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ Ｇｒｏｕｐ ＣＯ．，ＬＴＤ．，Ｃａｎｇｎａｎ，Ｚｈｅｊｉａｎｇ ３２５８００，Ｃｈｉｎａ；２．Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｈａｎｇｈａｉ ｆｏｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ
２００９３０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｇａｓ ｒｏｔａｒｙ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒｓ’ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｍｏｒｅ ｍａｔｕｒｅ ｉｎ ｔｈｅ ｃｉｔｙ ｇａｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ．ｆｏｒ ａｃｃｕｒａｔｅ
ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ｗｅ ｍｕｓｔ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｒｏｔａｔｏｒｓ，ａｎｄ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｏｒｓ ａｎｄ ｓｈｅｌ１．Ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｎｓｕｒｅ ｗｏｎ。ｔ
ｈａｖｅ ａｎｙ ｃｏｎｔａｃｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｏｔａｔｏｒ ｒｏｔａｔｉｏｎ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｇｕａｒａｎｔｅｅｉｎｇ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｄｏｕｂｌｅ ｒｏｔａｔｏｒｓ ａｎｄ ｃｌｅａｒａｎｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ｒｏｔａｔｏｒｓ ａｎｄ ｓｈｅｌｌ ｌｅａｋａｇｅ ｄｏｅｓ ｎｏｔ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｆｉｔｔｉｎｇ ｓｕｒｆａｃｅ ｍｏｄｅｌ ｉｓ ｇｉｖｅｎ ｐｒｉｏｒｉｔｙ ｔｏ ｗｉｔｈ ｉｎｖｏｌｕｔｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｓｔａｎｄａｒｄ ｏｆ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｒｏｔａｒｙ ｆｌｏｗｍｅｔｅｒｓ，ｒｏｔａｔｏｒ，ｓｕｒｆａｃｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ，ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌｉｎｇ
１气体腰轮流量计的工作原理
气体腰轮流量计为一种容积式流量计，由于计量准确 度高、流量范同度宽、压力损失低等优点，在欧美发达国 家成为最早使用的法定计量器具之一。随着我国大力发展
气体腰轮流量计主要是由一对腰轮转子所构成计量 腔而达到计量功能的仪器仪表。其内部都有一个具一定容 积的计量“斗”空间，该空间一般是由流量计内的运动部
天然气利用，气体腰轮转子流量计在城市燃气计量的应用 越来越广，据不完全统计，年使用数量达５万台以上，成为 城市燃气贸易计量的主要器具。
腰轮流量计的核心部件为腰轮转子。腰轮转子在气流 的推动下旋转时，既要不能接触，又要保证泄漏量不影响
件（一对同步腰轮转子）与其外壳组成的。当气体流过该 流量计时，流量计的进口和出口之间产生一个压力差（压 损），在这个压力差的作用下，使流量计内的运动部件不 断转动，将气体一次次充满计量“斗”空间并从进口送到 出口。所谓“斗”就是利用测量元件两只同步腰轮转子把
流量的计量，目前所采用的腰轮转子曲面（截面轮廓线） 大部分以内外摆线为主的拟合曲线“】，并且理论计算模型也 较成熟。本文提出一种不同的转子曲面模型，并加以理论
流体连续不断的分割成单个的体积部分。同步腰轮转子旋 转是由一对同步齿轮驱动转转，有一只腰轮转子转动，由 于同步齿轮的驱动另一只就跟着反向转动，相互间始终保 持着一条线接触，既不能相互卡住，又不能有泄漏间隙存 在。腰轮流量计的运行原理如图１所示，当在进气口充入 气体时，两个腰轮转子都按图１所示方向从ａ一６一ｃ—ｄ—
分析和试验证明，以促进和提高气体腰轮流量计的技术研 究水平。
收稿日期：２０１４—１１—１３
基金项目：围家高技术研究发展计划（８６３计划）资助（２０１２ＡＡ０４０６０５）。
作者简介：潘友艺（１９６４－），男，浙江苍南人，副总工程师，主要从事工业贸易计量仪器仪表以及配套产品设计研发。
５６ 仪器仪表用户ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ 第２ｌ卷
０ Ｂ；过Ｂ点做基圆０ 的切线与渐开线相交于Ｈ点。通过图２ 的几何关系可知
＝ａｒｃｔ 