智能渦輪流量計，是北京中瑞能儀表技術(shù)有限公司的一項新開發(fā)的民品產(chǎn)品，其機械部分原理是：當流量流入流量計時，在導(dǎo)流體的作用下得到調(diào)整并加速，由于葉輪與流體流向成一定角度，此時渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，在克服摩擦力矩和流體阻力矩后，渦輪開始旋轉(zhuǎn)。

　　渦輪流量計葉輪在制作上的要點、渦輪流量計的精密加工、針對渦輪流量計在使用過程中應(yīng)注意的問題分析、如何提高渦輪流量計的計量準確性

　　渦輪流量計的結(jié)構(gòu)緊湊，其中葉輪是流量計的關(guān)鍵件，是傳感器的檢測元件。葉輪由高導(dǎo)磁性材料硬鋁2A12制成，與表體同軸，葉片數(shù)常用12～24片，葉輪幾何形狀及尺寸對傳感器性能有較大影響，葉片的旋轉(zhuǎn)角度與導(dǎo)程的精確程度，直接關(guān)系到渦輪流量計的精度，即檢測線性度的值。型號為150的葉輪的結(jié)構(gòu)尺寸如圖1。

　　圖1 型號為150的葉輪結(jié)構(gòu)尺寸圖

　　此種零件在公司為首次加工，。如按一般工藝，在銑加工中心加工最好，但這樣勢必會使加工成本增加好幾倍?？紤]到流量計還在研發(fā)試制階段，要做到既節(jié)約成本，又不影響尺寸精度，因此我們針對車間現(xiàn)有設(shè)備的加工能力情況，決定在普通臥銑上加工。

　　1 葉輪加工的難點

　　葉輪的加工難點有：

　　(1)葉輪材料為2A12，零件精度要求高，在機加過程中容易變形;

　　(2)葉輪的葉片壁厚薄，其壁厚只有1～2mm，加工過程中，其直徑越大，加工時零件顫動越嚴重，從而對尺寸精度產(chǎn)生很大影響，直接影響氣體的流速及檢測線性度的值;

　　(3)中心小孔與外圓直徑差大，同軸度要求0.015mm。

　　針對以上加工難點，我們制定出相應(yīng)的措施。

　　2 制定的兩套工藝方案

　　我們綜合考慮各方面的因素，制定出以下兩條渦輪流量計工藝方案：

　　(1)方案一。車外圓，幾件為一體—銑削螺旋葉片—鉗工去除毛刺—車斷為單件，鏜沉孔及外圓—銑槽—葉輪做動平衡—表面氧化處理。對方案一試加工一件，其結(jié)果不甚理想，因銑削后的葉片厚度只有1mm，用它來作為定位基準鏜孔，很容易使葉片變形，且內(nèi)外圓的同軸度難以保證，由此得出改進方案二。

　　(2)改進方案二。粗車(各面均留量1mm，左端凸臺加長15mm，給銑加工預(yù)留夾頭)—熱處理(材料具有熱處理強化能力，因此在零件粗加工后安排一次熱處理工序，以消除加工應(yīng)力)—精車(孔與外圓一刀下，調(diào)頭上軟爪，這樣來保證同軸度)——銑(掛輪，借助工裝銑削等速螺旋葉片)—鉗(去除所有毛刺)—銑(銑槽，去夾頭)—葉輪做動平衡—表面氧化處理。

　　3 專用的工裝夾具

　　在銑削葉片過程中，為了排除零件顫動，我們做了一套工裝夾具(如圖2)。

　　圖2 專用工裝夾具

　　渦輪流量計工裝為兩塊夾板，工裝1右端呈凹心狀，左端車A2頂尖孔，這樣可以保證夾板外端受力，有效的減少了振動，降低了表面粗糙度，而且也擺脫了原來加工必須要小切削量，每次切削量不到0.5mm，耗時(型號150的銑削需16h)的煩惱，現(xiàn)在加工此零件，效率提高了2～3倍，每次切削量可到1～1.5mm。

　　在裝夾零件時，以往采用三爪夾盤夾緊，而三爪夾盤自身精度較低，這樣加工的零件在做動平衡后的數(shù)值偏差較大，增加做動平衡的難度，后來我們采取了在工裝上的改進措施。

　　把工裝2的基準孔與零件配合，用M8頂絲頂住，這樣使加工精度提高到0.01～0.02mm，動平衡有了較大的改善。

　　4 其他的工藝措施

　　為了減少工件在旋轉(zhuǎn)過程中所產(chǎn)生的阻力，我們采用車床所用的活頂尖，使轉(zhuǎn)動更加順利。

　　在銑削過程中，由于銑刀在工件的右側(cè)，而螺旋線為右旋，在旋轉(zhuǎn)過程中，產(chǎn)生一向上的作用力。而普通銑刀底面有凹坑，不能切削，而使銑刀受到一向上的力，使銑削過程變得很困難，造成銑刀折斷。我們采用底齒過中心的銑刀，使底齒也產(chǎn)生切削，使旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生向上的力轉(zhuǎn)化為切削力。

　　采用上述工藝對工件加工后，經(jīng)多次檢測，達到了使用要求，降低了加工成本，同時也保證了螺旋葉片對傳感器精度的影響最小，即檢測線性度值小于1.5%。

　　5 檢測的改進

　　在選擇加工渦輪流量計葉輪的螺旋導(dǎo)程時，應(yīng)根據(jù)檢測情況加以改進。葉輪的精度，直接影響流量計的精度。當螺旋角過大時，造成螺旋葉片安裝角β增大，即葉片重疊度增大，從而增加了軸承的工作負荷，使軸承阻力矩增大，減少了使用壽命，同時也使葉輪本身受較大的作用力，使其變形而失去作用;當螺旋角過小時，造成一部分氣流從葉片間的空隙中流失，不能產(chǎn)生使葉輪轉(zhuǎn)動的力量，從而使流量計的線性度升高。

　　氣體渦輪流量計的儀表常數(shù)K應(yīng)為

　　其中，

　　β為葉片安裝角;

　　g為氣體留量;

　　Z為葉片數(shù);

　　θ為流體出口角，理想狀態(tài)下，無阻力矩存在，則θ為0;

　　A為進口處的氣體流通面積。

　　加工的流量計在檢測精度過程中，發(fā)現(xiàn)如下問題：

　　(1)示值誤差(δm)i過大;

　　(2)重復(fù)性(Er)i不理想，正常值是小于0.5%;

　　(3)線性度超出正常值范圍(小于1.5%)。

　　我們針對所產(chǎn)生的問題，對渦輪流量計葉輪的螺旋角重新進行計算，縮小了導(dǎo)程，使葉片重疊度增加，即葉輪所造成的氣體流通空間更加封閉。

　　6 結(jié)束語

　　經(jīng)過這樣改進后的葉輪，裝在原固定座上再進行重新檢測。經(jīng)檢測后，渦輪流量計全部達到精度要求，精度提高一級，經(jīng)用戶使用后，非常滿意。

　　渦輪流量計葉輪在制作上的要點、渦輪流量計的精密加工、針對渦輪流量計在使用過程中應(yīng)注意的問題分析、如何提高渦輪流量計的計量準確性。