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  時間:2023-6-7 08:08:37

氣體流量計的通用化設計研究

摘要:針對當前氣體流量計種類規格多樣化,零部件利用率低,導致生產廠家面臨產品競爭力不足的問題,文章通過對多種流量計產品的結構功能進行合理分解和圖析,提出并論述了通用化設計在流量計產品開發中的實用性和積極意義。
  在天然氣工業中,氣體流量儀表扮演著極為重要的角色,承擔了管網運行控制和貿易交接計量的任務,它具有科學性、正確率和公正性,其計量數據是供需雙方財務結算的憑證。隨著天然氣在一一次能源消費中的占比不斷提高,氣體流量計在城市燃氣行業中的應用變得更加廣泛,目前國內主流上使用較多的流量計主要有渦輪流量計、腰輪流量計、漩渦流量計以及日趨成熟的超聲流量計等。
  由于天然氣管道計量所涉及的口徑、壓力等級、流量規格等參量都已標準化和系列化,且涵蓋的范圍比較大,還有在各應用現場里,對流量計的具體計量參數的輸出要求也不盡相同,這些因素使流量計產品必須遵循系列化和多樣化。同時,近十年來,為緊跟信息化、智能化和物聯網技術的發展,天然氣企業的生產運行管理已經從傳統管理過渡到現代化管理,對氣體流量計的自動充值、預付費、無線數據遠程等智能化技術提出更多新的要求,使產品功能更趨先進和復雜。.流量計生產廠家為了滿足燃氣公司對各種技術的需求,以占據更有利市場地位,也不得不及時應對,開發有更多新進功能的流量計產品。
  由此,從各類流量計里產生了不同的型式系列,系列常包括數十、上百個規格,包括衍生出來相應的IC卡控流量計等,全部產品的規格數量往往變得非常龐大。尤其在市場需求緊迫的情況下,常因技術規劃工作不到位,各產品的項目.小組顧自開發,彼此橫向溝通不足,使得很多功能相同或相近的設計結構無法通用,以致產品零部件種類的劇增,給生產企業的產品制造、售后及配件管理帶來很大的困難和較高的管理成本"。
  據此,本文從幾大類常用流量計產品的整體出發,對它們基礎結構和功能進行分解和梳理,從中探尋并整理出其設計共性,為企業能更科學合理地開展相應的通用化設計提供一-種思路,以便解決上述問題。
1通用化設計與應用
1.1通用化概念
  產品通用化是指同一類型不同規格或不同類型的產品和裝備中,用途相同、結構相近似的零部件,經過統-一以后,可以彼此互換的標準化形式?梢,通用化設計是產品標準化工作的一個重要部分,其應用程度是衡量企業產品設計質量的一個重要指標。通過在新產品開發過程中推行通用化設計,能夠縮短產品研發周期,穩定產品結構,擴大生產批量,促進新技術的應用和生產水平的提高口。
1.2功能結構設計分析
  通用化以零部件的互換為基礎,強調功能和幾何結構的一-致性上。流量計的通用化設計工作.必須建立在對其產品功能結構的正確把握和深人分析的基礎上。
(1)渦輪流量計類功能結構
  目前渦輪流量計類包含有幾個大系列產品,主要有帶機械計數器系列,智能修正系列和預付費IC卡控系列。各系列產品的一次儀表皆以渦輪流量計基表為基礎發展起來,在具備正確流量計量的同時,有各自使用方面和功能上的側重。其中,智能修正系列按防爆等級不同分有標準的本安型和隔爆型,外加經濟型共三個小系列?筛鶕擃惍a品的主要功能結構進行分解,分解后的系統組成結構見圖1。該類各系列將主要通過圖示中幾大結構部件進行組合,實現各自獨立的功能產品。例如,帶機械計數器的渦輪流量計系列產品,功能結構組成主要是件1、2、3、8和9,智能修正的本安型系列主要由件1、4.1、6、7、8和9組成,預付費卡控系列由件1、5、6、7、8和9組成。
渦輪流量計類功能結構組成系統圖 
(2)腰輪流量計類功能結構
  腰輪流量計類是目前城市燃氣低壓端的主要工商計量產品,根據使用要求不同,分有帶機械計數器系列,智能修正系列和預付費IC卡控三大系列。智能系列分有標準本安型和經濟型兩小系列。該類產品以腰輪基表為基礎,主要功能結構組成系統見圖2。其中如帶機械計數器系列包含了件1、2、3和8,智能修正經濟型系列包含了件1、4.2、6、7和8,預付費卡控系列由件1、5、6、7和8組成。
腰輪流量計類功能結構組成系統圖 
(3)漩渦流量計類功能結構
  該漩渦流量計類產品必須通過智能修正,主要由智能修正系列和預付費IC卡控兩大系列,智能修正分有標準本安型、隔爆型系列和經濟型共.三小系列。該類產品主要功能結構組成系統見圖3。其中如智能隔爆型組成由件1、2.2、4、5、6,預付費卡控系列由件1、3、4、5和6組成。
 
(4)超聲流量計類功能結構
  超聲流量計也必須通過智能修正,該類產品多基于工作壓力范圍和對精度要求的不同,來設計不同聲道數的系列。不同系列流量計的基表結構差異相對較大,但與以上三類流量計的仍有相同的功能結構部分,具體系統如圖4所示。
 
1.3通用化應用
  通過對以上四大類流量計的功能結構分解和梳理,可以大致清楚它們所衍生出來各系列產品的設計組成特點,以及所包含的各主要部分,歸.納后詳見表1。
 
(1)機械計數器是流量計的表頭的主要部分,按十進制標準進給,用于輸出顯示以立方米為單位的工況體積累積量,在渦輪流量計和腰輪流量計中功能一致。機械計數器本身為標準化部件,是比較容易實現互用的。如果通過模塊化集成設計,可將其與支座和外罩等零件組成一個獨立的表頭模塊,可設計成更大的通用部件。
(2)傳動零部件主要是塑料齒輪零件,主要應用于機械式的渦輪流量計和腰輪流量計中,通過齒輪的多級傳動與調節,將基表內部的渦輪和腰輪轉子的轉速正確傳輸到機械計數器。流量計涉及的齒輪種類和數量很大,且基本是要依靠專門的模具來進行注塑生產,對管理和使用極為不便。如果通過對兩類產品合理的設計規劃,并結合正確的計算,采用相同模數和結構的齒輪設計是可行的,能實現大部分齒數的共用。這樣僅在齒輪模具制作.上就可節省大筆的費用。
(3)智能修正儀是智能系列流量計的表頭部分,連接在基表上。它把從基表提取的流量、溫度和壓力的電信號進行綜合運算處理,并進行LCD顯示和輸出,同時可具備存儲、報警和無線遠傳等多種功能。根據防爆等級和集成功能模塊的不同,而分有多種型式系列,每一-種型式的修正儀表頭在各流量計中的功能基本相似,通過合理設計是可以實現外形、聯接和電路結構的通.用的。
(4)預付費IC卡控的表頭實際上也是--種智.能修正儀,除了具備常規修正儀的功能外,它增加了IC卡控的功能,另外,在基表連接有可控制管道開關的閥門。該產品主要為便于燃氣公司收繳氣費的需求而開發的。該型式的系列產品的表頭和閥門部分都是可以能在各類流量計中進行互.相借用。
(5)溫度傳感器和壓力傳感器,是流量計中用于測量管道氣體溫度和壓力的兩個功能部件,使用要求非常明確,均可采用模塊化結構與基表殼體連接,而實現通用。其中,溫度傳感器按流量計標準要求,應深人管徑內部三分之一的位置,為解決傳感器本身的通用性,可采用隔離套的安裝結構,根據口徑的不同,適當設計幾個規格的隔離套。
2通用化設計意義
  伴隨流量計型式的持續升級拓展和零部件數量的逐年龐大,企業的產品經營效率對市場競爭的作用將愈加顯現,產品標準化和通用化工作就變得愈發重要。雖然通過各種信息化管理和先進.制造可改善對產品的運作效力,但從根本上具備牽--發而動全身,投入低而取效大的,依然是在設計的方法上。因此,跨流量計類的通用化設計,對流量計廠家的重要性是不言而喻的。
(1)該通用化設計的應用,可有效縮短流量計產品的研制周期,避免重復設計勞動,提高設計開發的效率與質量。并且,在跨類通用基礎上,結合對各類流量計本身功能結構的模塊化設計,如上圖1中的加油泵部件,可在所有規格渦輪流.量計中互用。31這樣,一方面可簡化設計的系統結構,另一方面又同時能對特別的功能模塊結構進.行深度持續研發。.
(2)該通用化設計的應用,可有效擴大相應.零部件的采購和生產批量,提高自動化制造的效率和零件質量。同時,也大大簡化了生產過程中對倉儲、配送的管理,節約了產品的整體制造和管理成本。
(3)通用化設計擴大相應零部件的使用率,減小零件種類,在產品后期的使用維修中,無論是在現場維修,還是返廠的維修,同樣具備便利性和高效性。
3結束語
  雖然,通用化設計在制造業中的應用早已非常普遍,但由于它是一一個系統性的工作,牽涉到的方面比較多。氣體流量計企業最終如何能在自己產品中更大范圍地進行推廣和深人,真正實現.和提高自身產品的競爭力,除了具備合理設計外,還需要企業有足夠的重視和有效的管理實施。

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