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縱議容積式流量計
更新時(shí)間:2010-12-16   點(diǎn)擊次數:1874次

推薦一種全新的,性能*的,容積式流量計—雙轉子旋轉活塞式流量計

  世界上流行的容積式流量計,在國內均有生產(chǎn),但都處于仿制階段,沒(méi)有一種容積式流量計,具備獨立的中國知識產(chǎn)權。在結構上,國內外產(chǎn)品相差不大,但在計量性能上,國內產(chǎn)品仍落后于*水平。當用于低粘度輕質(zhì)燃料油,如車(chē)用汽油和航空煤油(簡(jiǎn)稱(chēng)汽煤油)時(shí),這種差距尤為突出。究其原因是:主要因我國的技術(shù)工藝水平落后;其次,這些流量計的結構本身存在問(wèn)題,它們不適合用于低粘度介質(zhì)的高準確度計量。主要原因有二:所有做旋轉運動(dòng)的流量計均采用線(xiàn)密封,密封效果不佳;這些流量計中zui少有一個(gè)型面結構的重要零件,對型面很難進(jìn)行精密加工,直接降低了計量準確度。

  作者提出,計量汽煤油的高準確度流量計,應具備三個(gè)條件:1、保留旋轉運動(dòng),摒棄往復運動(dòng)。往復活塞流量計只能用于極小流量;2、采用面密封,摒棄線(xiàn)密封;3、采用圓柱面及平面結構,摒棄型面結構。經(jīng)多年潛心研究,終于設計成功滿(mǎn)足上述三要求的產(chǎn)品,被命名為《雙轉子旋轉活塞式流量計》,簡(jiǎn)稱(chēng)SXL流量計。并獲得國家發(fā)明,號為95103885.0,作者趙汝沅為權人。申請前,曾對世界各國的文獻上溯20年進(jìn)行檢索,連近似案例也未查到。故本發(fā)明有較高的新穎性和創(chuàng )造性。它不局限于一個(gè)具體的產(chǎn)品,對多因素排列組合后,可發(fā)展成為一個(gè)龐大的產(chǎn)品體系。工藝手段成熟后可推向國外,在計量汽煤油的場(chǎng)合,我們的結構方案優(yōu)于國外產(chǎn)品,這是具有中國獨立知識產(chǎn)權的容積式流計?!?/font>

      一、流量計是世界上應用zui廣泛的計量器具之一

  “流量計” 是測量呈流動(dòng)狀態(tài)的物質(zhì)量的儀器。流動(dòng)狀態(tài)的物質(zhì)包括氣體、液體、更復雜的還有氣液、液固、液液、氣液固等兩相或三相狀態(tài)的物質(zhì)。所以流量計的測量對象函蓋了一個(gè)非常寬泛的范圍。

  在市場(chǎng)經(jīng)濟的前題下,將流量計用作貿易交接的依據,是對流量計需求量zui大的場(chǎng)合。家家戶(hù)戶(hù)安裝的水表、煤氣表(或天然氣表),公路邊加油站中矗立的加油機都是這種應用的實(shí)例。對流量計需求數量?jì)H次于貿易交接的還有:工農業(yè)生產(chǎn)中的過(guò)程控制,和各種不同類(lèi)型的科學(xué)研究與科學(xué)試驗。在這些方面對流量計不同品種規格、不同性能、不同數量的需求也是相當可觀(guān)的。不夸張地說(shuō),除了家用電器外,流量計是社會(huì )需求量相當大的工業(yè)產(chǎn)品之一。

      二、用于含金量高的流體物資的流量計,要求其計量準確度也高。

  在商品社會(huì )里,流量計具有突出的經(jīng)濟屬性。

      用句通俗的話(huà)說(shuō),越是值錢(qián)的東西,要求計量的越準。自來(lái)水、煤氣或天然氣、車(chē)用汽油都是對人類(lèi)社會(huì )重要的稀缺物資和能源。當使用相同的計量單位,在進(jìn)行比較時(shí),會(huì )發(fā)現其含金量相差非常懸殊。以北京的物價(jià)為例,每立方米的天然氣和自來(lái)水的價(jià)格是2-4元,而車(chē)用汽油每立方米的價(jià)格是5000元左右,兩者相差約1250~2500倍。對于計量它們的流量計的要求,相差也很懸殊。自來(lái)水表和熱水表的允許示值誤差是±2%~±5%,膜式煤氣表的示值誤差定為±1.5%~±4%。加油站中的加油機在計量車(chē)用汽油的過(guò)程中,其允許的示值誤差是±0.3%。就計量誤差而言,兩大類(lèi)相差5-16倍。

  對于含金量高的物資在貿易交接中,由于計量誤差的存在,必然給貿易雙方的其中一方,造成經(jīng)濟損失。計量誤差越大,這種經(jīng)濟損失也越大,這是貿易雙方都不愿看到的。因此產(chǎn)生了對高準確度流量計的強烈需求。

  ±0.2%和±0.5的流量計,其計量誤差間的差值,一般是0.3%,zui多可達0.7%。一座5000立方米的油罐,在完成一次排空或注滿(mǎn)的過(guò)程中,如果分別采用±0.2%和±0.5的兩種流量計,其間形成的差值將是15~35立方米,介質(zhì)如是車(chē)用汽油,其價(jià)格將是7.5~17.5萬(wàn)元。所以貿易雙方都愿出高價(jià),購買(mǎi)貨真價(jià)實(shí)的真正高準確度的流量計。

  除了作為能源的各種燃料油以外,石化行業(yè)的其他流體產(chǎn)品;呈流體狀態(tài)的有機或無(wú)機的化工原料、中間體、成品;液體食品如奶及奶制品、飲料及酒類(lèi);醫藥行業(yè)中的流體物料等,均屬含金量高的物資。在其生產(chǎn)過(guò)程和流通領(lǐng)域里均需高準確度的流量計。

    我國目前作為能源用的成品油,其年需求量大約是1.5億噸,其中汽煤油和輕柴油各占一半。1.5億噸油大致有2億立方米,成品油從煉油廠(chǎng)生產(chǎn)出來(lái)后,到達真正消費者之間,假定平均三易其主,在這些貿易交接中,在全國范圍內要進(jìn)行6億立方米一次的達到0.2級的精密流量計量。這對高準確流量計是一個(gè)多么龐大的需求量。

      三、容積式流量計在流體物資貿易交接中的特殊地位

  流量計是一個(gè)非常龐大的家族,容積式流量計是這個(gè)家族中的成員之一,而且是zui古老的成員。

      容積式流量計有強大的生命力,久盛不衰,在流體物資的貿易交接中,作為計量依據,并*,是由以下原因造成的:

      1.容積式流量可以達到很高的計量準確度,作為標準表用的流量計,其示值誤差可控制在±0.1%范圍之內。
  2.在貿易交接中,人們只關(guān)心被計量物資(介質(zhì))的總量,即流量計量的累計量,并不關(guān)注瞬時(shí)流量的大小。容積式流量計恰巧能滿(mǎn)足這一要求。容積式流量計,計量的結果就是流體物資的總量,或稱(chēng)為被計量介質(zhì)的累積量。
  3.容積式流量計對流場(chǎng)的變動(dòng)很不敏感,并有很強的適應能力。它對被計量介質(zhì)的壓力、流速,是層流還是紊流均無(wú)特殊要求。介質(zhì)的溫度發(fā)生變化時(shí),亦可有效地進(jìn)行修正。許多速度式流量計,在其上下游均應有一段特殊要求的直管段,而容積式流量計則*沒(méi)有這種必要。流場(chǎng)的變動(dòng),在貿易交接的計量中是經(jīng)常發(fā)生的。
  4.對眾多物理性因素的干擾,容積式流量計都有很好的抗御能力。在計量環(huán)境內,如發(fā)生電場(chǎng)的變動(dòng)、磁場(chǎng)的變動(dòng)、電磁波的干擾、存在著(zhù)一個(gè)固定的或變動(dòng)的震動(dòng)源,上述因素對于電磁流量計,渦街流量計,超聲波流量計,根據哥氏加速度原理設計的質(zhì)量流量計等,均對其計量質(zhì)量形成負面影響,降低其計量準確度。而容積式流量計則基本上不受這些因素的干擾。
  5.根據哥氏加速度原理設計的質(zhì)量流量計,它的計量準確度也相當高,但是其通徑范圍受到限制,計量中的能量消耗較大。容積式流量計則相反,它的通徑范圍很寬,開(kāi)封儀表廠(chǎng)為黃島油庫設計制造的腰輪流量計,其通徑達到500mm。容積式流量計在計量中的能量消耗,比質(zhì)量流量計要少得多。

  與任何技術(shù)方案一樣,對容積式流量計也應一分為二,它的不足主要表現在:大通徑的容積式流量計體大笨重;參與計量的部件加工精密,制造成本高;安裝要求嚴格;對被計量介質(zhì)中的固體雜質(zhì)敏感,容易卡死,一般在流量計上游應安裝過(guò)濾器。

  四、在世界范圍和我國常用的容積式流量計

  容積式流量計的結構方案非常多,經(jīng)過(guò)競爭,優(yōu)勝劣汰,在世界范圍內,常用的容積式流量計大體如圖1所示。按順序它們是:
  
1. 腰輪流量計;
  2. 橢圓齒輪流量計;
  3. 內凸輪葉片流量計;
  4. 外凸輪葉片流量計;
  5. 端面葉片流量計;
  6. 雙轉子流量計;
  7. 三轉子流量計;
  8. 單轉子旋轉活塞流量計;
  9. 往復活塞流量計。

  其中,端面葉片流量計和三轉子流量計尚未在國內生產(chǎn)外,其余的7種流量計在我國均有企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn),并形成了相當的規模。在改革開(kāi)放前,腰輪流量計和橢圓齒輪流量計是我國容積式流量計行業(yè)的主要產(chǎn)品,其余的幾種類(lèi)型,都是在改革開(kāi)放后逐步開(kāi)發(fā)出來(lái)的。

    往復活塞流量計在加油機中使用,它的準確度很高,但是它的通徑受到限制,只能在25mm以下,僅用于給汽車(chē)加油。因為當通徑增大后,流量計內作往復運動(dòng)的部件的尺寸和質(zhì)量會(huì )大幅度增加,往復運動(dòng)產(chǎn)生的巨大慣性力,會(huì )形成一個(gè)強大的振動(dòng)源,這個(gè)振動(dòng)源能破壞計量系統和計量準確度。

  以上9種流量計全部是由國外開(kāi)發(fā)的。不僅是容積式流量計,我國的整個(gè)流量計行業(yè)都處在仿制階段。仿制品的外形和結構與國外產(chǎn)品大體相似,但產(chǎn)品性能和計量準確度則總比人家稍遜*。究其原因,大約不外以下幾個(gè)方面:

      1. 在仿制中對原創(chuàng )意圖并未*了解,只做到形似而未神似。例如,腰輪的外廓是一條連續的光滑的共軛曲線(xiàn),不少企業(yè)的產(chǎn)品圖上,確是用幾條不同的圓弧拼湊起來(lái)的;橢圓齒輪的外廓也不是嚴格意義上的橢圓,而是一個(gè)特定形狀的卵形曲線(xiàn);單轉子旋轉活塞流量計,活塞的腹板上有個(gè)水滴狀的缺口,許多生產(chǎn)企業(yè)并不知道這個(gè)缺口曲線(xiàn)的方程。
  2. 現有的容積式流量計,參與計量的關(guān)鍵零部件多由復雜型面構成,其中雙轉子流量計的轉子,是由三維的型面組成,加工這些型面需要精密的機床,刀具,工裝,即使測量這些表面,也需設備。我們的企業(yè)不具備這些條件,因工藝質(zhì)量的問(wèn)題,導至產(chǎn)品性能的降低。
  3. 我們的產(chǎn)品質(zhì)量管理體系還不完善。

  五、容積式流量計的工作機理

  在圖1所示的容積式流量計中有以下的共同特點(diǎn):

  1. 所有的流量計都是由運動(dòng)部件和相對靜止部件(例如殼體)組成,除序號9的往復活塞流量計的運動(dòng)部件做往復運動(dòng)外,其余的8種流量計的運動(dòng)部件都做旋轉運動(dòng)。

  2. 運動(dòng)部件與靜止部之間在某個(gè)位置,能形成一個(gè)封閉的空間,這個(gè)空間的容積是固定的被稱(chēng)為測量室(Measuring chamber見(jiàn)JJG1004-86)(或稱(chēng)計量室),測量室在介質(zhì)進(jìn)口附近形成,并移向出口將被計量介質(zhì)排出,以完成計量過(guò)程。每一種流量計都有一個(gè)訊號輸出軸,軸轉動(dòng)一圈代表流量計完成了一個(gè)工作循環(huán),在一個(gè)工作循環(huán)中zui少有一個(gè),也可能是多個(gè)測量室容積的介質(zhì)被計量過(guò),即由流量計進(jìn)口輸向出口。在一個(gè)工作循環(huán)中一個(gè)或多個(gè)測量室的總容積值,被記為v。

  3. 所有運動(dòng)部件能實(shí)現運動(dòng)的動(dòng)力,均來(lái)自對被計量介質(zhì)能量的消耗。運動(dòng)部件被計量介質(zhì)驅動(dòng)后,流量計進(jìn)口處的壓力高于出口處的壓力。其差值被記為△p

  4. 在運動(dòng)部件和靜止部件銜接處(或稱(chēng)zui接近的地方),兩者之間必須保持一定的間隙。這個(gè)間隙有雙重的意義或雙重的作用。
  A. 為產(chǎn)生相對運動(dòng)所必須。兩者之間如果是零間隙或負間隙,甚至間隙過(guò)小,都可能發(fā)生“抱死”,使相對運動(dòng)無(wú)法進(jìn)行,這是流量計的機理所不允許的。
  B. 運動(dòng)部件和靜止部件銜接處的兩端,多是與進(jìn)口相通的高壓區,和與出口相通的低壓區。所以有間隙的銜接處起著(zhù)對高低壓區之間的隔離作用,或密封作用。

  以上兩種作用或兩種要求是矛盾的。為使相對運動(dòng)順暢應放大兩者間的間隙;為使密封有效,應縮小間隙。實(shí)際的做法是在保持運轉靈活的前提下,采用zui小的間隙。間隙的厚度被記為δ。

  5. 因為進(jìn)出口之間存在壓差,運動(dòng)部件與靜止部件(殼體)之間存在間隙,一部分介質(zhì)必將未經(jīng)計量由進(jìn)口漏向出口,這一部分介質(zhì)的量被稱(chēng)為滑流量(Slippage 見(jiàn)JJG1004-86),在流體力學(xué)里,也被稱(chēng)為“縫隙流”。流量計在一個(gè)工作循環(huán)中因縫隙流漏出介質(zhì)的容積被記為△v。 在一個(gè)工作循環(huán)中,由進(jìn)口向出口排出的介質(zhì)實(shí)際容積是[v]。

  [v]=v+△v                    (1)

  v可認為是固定值,而△v則是一個(gè)變動(dòng)的量?!鱲的變動(dòng)范圍和它在[v]中所占的比例,將直接影響流量計的計量準確度。

  六.△v的影響因素

  容積式流量計中出現滑流量,這是一個(gè)無(wú)法避免,而又影響很大的現象。應認真對待,深入分析。

  被稱(chēng)為滑流量的縫隙流在流體力學(xué)里,有著(zhù)成熟的分析和研究。容積式流量計中出現的縫隙流,發(fā)生在運動(dòng)部件與靜止部件(多為殼體)之間的縫隙狀態(tài),形成縫隙必須有兩個(gè)壁面,在容積式流量計中,靜止的壁面多為殼體,另一個(gè)壁面是由運動(dòng)部件形成的,而且運動(dòng)的方向與縫隙流的方向一致。這種縫隙流的方式如圖2所示。上壁面是靜止壁面,下壁面是運動(dòng)壁面,運動(dòng)速度為U。

圖2

  圖2中縫隙流的模式可用式(2)表示。

                    (2)

  在(2)式中的符號為:
  q——縫隙的泄漏量,相當于容積式流量計中的滑流量;它的量綱是 ;
      K——因不同縫隙形式而產(chǎn)生的修正系數;
  b——縫隙的寬度;
      δ——產(chǎn)生縫隙的兩壁面間的垂直距離,亦稱(chēng)縫隙厚度;
      Δp— 縫隙兩端的壓差.即P1-P2=Δp;
  μ — 被計量介質(zhì)的動(dòng)力粘度;  
  L——縫隙的長(cháng)度;
      U——運動(dòng)壁面的速度值。

      設完成一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間為△t, 則

      △v=q△t                     (3)

      通過(guò)以上分析可以得出許多重要的結論:

      1. 因[v]=v+△v,其中v是常值,△v是變量,在一定條件的前題下,△v必然存在著(zhù)一個(gè)zui小值△vmin和zui大值△vmax。

      △vmax-△vmin

      被定義為縫隙流的變動(dòng)范圍。其中△vmin的大小將影響流量計的測量正確度(correctness of measurement JJG-91),的大小將影響流量計的測量精密度(precision of measurement JJG-91)。由于△v的大小對△vmin和的大小有著(zhù)直接影響,所以△v的大小將影響流量計的測量準確度(accuracy of measurement JJG-91)。降低△v的值,是提高測量準確度的zui重要手段。

  2. 系數K反映了不同的縫隙結構,對縫隙流的影響。常見(jiàn)的縫隙結構有:平行平面縫隙、同心環(huán)縫隙、偏心環(huán)縫隙、不同曲率圓柱面間的縫隙、楔形縫隙等。在此應特別說(shuō)明,式(2)于描述呈一元流方式的縫隙流,例如呈旋轉運動(dòng)的流量計中切向縫隙流,呈往復運動(dòng)的流量計中的軸向縫隙流。在做旋轉運動(dòng)的容積式流量計中還有一種端面縫隙流,端面縫隙流是一種二元流的縫隙流,它表現了更為復雜的流體力學(xué)規律,是不能用式(2)進(jìn)行分析的。在總體的縫隙流中,端面縫隙流占據著(zhù)重要的位置,欲提高流量計的計量準確度,就必須嚴格控制端面縫隙流。

      3. b為縫隙的寬度,即轉子的高度或殼體計量腔的深度。它是流量計的主要結構尺寸,一般難以改變。

  4. δ—縫隙厚度,這是對縫隙流或△v影響zui大的因素。q值的大小與δ3成正比。為討論方便計,暫令U=0時(shí),δ的值如果增加一倍,則縫隙流q將是原有值的8倍。在保持流量計靈活運轉的前提下,zui大限度的縮小δ值,成為容積式流量計設計和制造中zui重大的課題??s小δ值,即意味著(zhù)提高組成縫隙的兩構件的制造精度,即提高轉子和殼體的制造精度。

  5. Δp—縫隙兩端的壓差. 在測量過(guò)程中這是一個(gè)經(jīng)常發(fā)生變動(dòng)的因素,因Δp與被計量介質(zhì)的流速或流量密切相關(guān)。介質(zhì)流速過(guò)高會(huì )使Δp增大,這是當大流量狀態(tài)下,計量準確度下降的原因之一。但是一臺的流量計,往往被要求有較寬泛的流量范圍,這就必須通過(guò)其他手段提高計量準確度,相對地淡化Δp產(chǎn)生的影響。

  6. μ—被計量介質(zhì)的動(dòng)力粘度,μ值越大,q值越小。這是同一臺流量計,當用于高粘度介質(zhì)時(shí),計量準確度偏高,用于低粘度介質(zhì)時(shí),計量準確度偏低的主要原因。在粘度的背后還有一個(gè)溫度的因素必須考慮,石油產(chǎn)品的粘溫關(guān)系不能忽略,油庫中立式油罐均為露天設置,不僅年氣溫的變化,影響油溫;即使日氣溫的變化,也會(huì )影響油溫。在我國北方的冬季,對高粘度油品,在泵送和計量過(guò)程中要進(jìn)行人工加溫,加溫尺度的控制,也會(huì )造成粘度的變化。實(shí)際情況形成了下述邏輯鏈:油品溫度的變化→油品粘度的變化→縫隙流的變化→計量準確度的變化。

      7. L—縫隙的長(cháng)度,即沿縫隙流方向的縫隙尺寸。增大L會(huì )減少縫隙流q,所以增大L可提高容積式流量計的計量準確度。

      用兩個(gè)不同曲率的圓柱面處于近似相切狀態(tài),形成的縫隙,在很多容積式流量計中得到使用。在平面圖形中,兩個(gè)不同半徑的圓相切處僅為一點(diǎn),在幾何學(xué)中點(diǎn)是沒(méi)有長(cháng)度的。流量計內是三維空間,兩個(gè)圓柱面相切處是一條線(xiàn),線(xiàn)的橫截面也是沒(méi)有長(cháng)度的。在計算流量計內的縫隙流時(shí),不能將兩個(gè)圓柱面相切處的縫隙長(cháng)度視為零,可換算出一個(gè)當量長(cháng)度[L],當然這個(gè)當量長(cháng)度[L]的值也是很小的。這種密封方式被稱(chēng)為線(xiàn)密封。

      兩個(gè)等距表面間而且L有足夠長(cháng)度的縫隙密封,稱(chēng)為面密封。其他條件相同,面密封的縫隙流將遠小于線(xiàn)密封的縫隙流。用面密封構成的流量計,其計量準確度必將遠高于用線(xiàn)密封構成的流量計。

      在面密封的條件下,在一個(gè)工作循環(huán)中,L值將有規律地發(fā)生變化。

      8. U—運動(dòng)壁面的速度值。這一參數基本可理解為轉子外緣的切線(xiàn)速度。它代表了轉子的轉速,或代表了被計量介質(zhì)的流速流量。大流量因使U值和Δp值的同時(shí)增加,而減低了計量準確度。

      9. 式(3)中的△t是完成一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間,△t不是一個(gè)常值,當流量增大時(shí),△t變小,流量減少時(shí),△t將變大。

      JJG667-97中出現了一個(gè)術(shù)語(yǔ)《始動(dòng)流量》,它的定義是:“在額定工作條件下,通過(guò)流量計的流量由零開(kāi)始緩慢增大,流量計示值開(kāi)始連續指示時(shí)的流量值,即為始動(dòng)流量。”

  通過(guò)上述定義,可產(chǎn)生一種聯(lián)想,總可找到比始動(dòng)流量還要小的流量。這時(shí)的流量計已經(jīng)不顯示流量值,但確實(shí)還有流量??衫斫獯藭r(shí)的v=0,[v]=△v。這時(shí)的△t可無(wú)限地延長(cháng)。而流量計的誤差是。所以容積式流量計在很小的流量和很大的流量時(shí),它的計量準確度在下降。其中極小流量的誤差尤甚。

      七. 現有容積式流量計的共同特點(diǎn)

    以圖1所示的9種流量計作為分析對象。

      1.圖1中序號1、2、6、8都是典型的線(xiàn)密封,序號3、4、5、7它們的縫隙流的長(cháng)度即為葉片的厚度,葉片的厚度有限,與線(xiàn)密封的縫隙流當量長(cháng)度相差無(wú)幾,故從序號1-8可認為基本上都是線(xiàn)密封。前面己分析,線(xiàn)密封不利于提高流量計的計量準確度。

      只有序號9是面密封,因為它是柱面活塞與柱面缸筒構成的同心環(huán)縫隙,活塞是有高度的,所以它是面密封??上У氖撬挠嬃考荒茏鐾鶑瓦\動(dòng),往復活塞流量計被限制在很小的流量范圍內,只能用在給汽車(chē)加油的加油機上。

      2. 對現行的容積式流量計的不同結構進(jìn)行分析,可以發(fā)現,除往復活塞流量計外,所有作旋轉運動(dòng)的流量計,它們在結構上存在著(zhù)一個(gè)或多個(gè)零件是由復雜曲面(型面)構成的,例如,腰輪、橢圓齒輪流量計的主要計量部件,內凸輪葉片流量計的殼體、外凸輪葉片流量計中的凸輪、單轉子旋轉活塞流量計的活塞腹板上的缺口曲線(xiàn)等,均屬二維型面,其中zui突出的是雙轉子流量計,它的截形已經(jīng)相當復雜,而實(shí)際上,是由一對呈螺旋狀的三維型面構成了它的計量元件。型面,無(wú)論是二維的還是三維的,不僅制造起來(lái)相當困難,就是對其測量亦不容易,必須采用的機床、的工裝和的刀具。這樣就很容易的提高了產(chǎn)品的成本,并且不容易達高的制造精度,因而難以將δ控制在一個(gè)很小的范圍內,所以流量計的計量準確度就很難達到高水平了。

      3. 現行的容積式流量計還有一個(gè)共同的特點(diǎn),即不同程度的存在著(zhù)排量的波動(dòng)性。不僅作旋轉運動(dòng)的流量計如此,作往復運動(dòng)的往復活塞流量計也存在著(zhù)排量的波動(dòng)性。如果對因縫隙流而產(chǎn)生的滑流量暫做忽略不計,當容積式流量計處于理想狀態(tài)時(shí),每完成一個(gè)工作循環(huán),其總排量值是穩定的。但多數流量計的瞬時(shí)排量值并不穩定。流量計輸出軸的角位移量為dα,與dα相對應的排量為dv,另設K為常數, 被稱(chēng)為排量的波動(dòng)性。其中橢圓齒輪流量計zui為明顯,兩個(gè)橢圓齒輪之間的宏觀(guān)速比為1,但瞬時(shí)速比始終在 與 之間波動(dòng)著(zhù)。雙轉子流量計的波動(dòng)性zui不明顯,但這是用制造了復雜的螺旋型面換來(lái)的。排量的波動(dòng)性,不利于提高計量準確度。而且很易成為流體震動(dòng)源。

      八.雙轉子旋轉活塞流量計(SXL)簡(jiǎn)介

  雙轉子旋轉活塞流量計簡(jiǎn)稱(chēng)SXL流量計。其中S、X、L是雙、旋、流三字漢語(yǔ)拼音的首字母。

      SXL流量計的殼體有兩個(gè)相交的圓柱體腔,輪廓呈8字形。在每個(gè)圓柱腔內放一個(gè)轉子,每個(gè)轉子由一個(gè)活塞座和兩個(gè)旋轉活塞組成。旋轉活塞是截面為矩形的圓環(huán)的一部份,它的圓心角小于90°。兩個(gè)旋轉活塞在活塞座上相對設置,間隔180°。在轉子中心套有一個(gè)固定的芯柱,芯柱中空,穿入一傳動(dòng)軸,軸與轉子相連。在軸的端部裝有一正圓柱齒輪。兩個(gè)轉子的配置和狀態(tài)*相同。裝配后兩個(gè)齒輪處于嚙合狀態(tài)。

圖3

      SXL流量計的主要零部件的結構見(jiàn)圖4,圖3是SXL流量計的工作流程圖。圖3左上角的小圖,代表流量計的初始狀態(tài)。殼體左側是流量計進(jìn)口,右側是出口。與出口相通的是低壓區,與進(jìn)口相通的是高壓區。初始狀態(tài)的上轉子,兩個(gè)旋轉活塞側面均與高壓區接觸,上轉子受到的液體壓力處于平衡狀態(tài),它本身沒(méi)有運動(dòng)的趨勢。下轉子的一個(gè)旋轉活塞的側面與高壓區銜接,另一個(gè)旋轉活塞的一個(gè)
側面與低壓區銜接。下轉子在高低壓區壓差Δp的作用下,做逆時(shí)針?lè )较虻男D。上下轉子各與一傳動(dòng)軸相連,兩根軸與兩個(gè)相同的齒輪相連。兩個(gè)齒輪處于嚙合狀態(tài)。當下轉子沿逆時(shí)針?lè )较蛐D時(shí),上轉子在下轉子的帶動(dòng)下做順時(shí)針?lè )较虻男D。下轉子居于主動(dòng)地位,上轉子居于從動(dòng)地位。兩者轉動(dòng)方向相反,但角位移量相同。

圖4

      當下轉子沿逆時(shí)針?lè )较蜣D過(guò)18o,上轉子沿順時(shí)針?lè )较虻霓D過(guò)18o后,即進(jìn)入上方中間小圖的狀態(tài)。每個(gè)小圖下面的數字代表轉子轉過(guò)的角度,它們分別轉過(guò)了18o、36o、54o、72o、90o等。分析方法與上述大同小異,不再贅述。

      需指出的是當轉子轉到54o時(shí),上下轉子的主從地位發(fā)生了交換,此時(shí)的上轉子居于主動(dòng)地位,而下轉子居于從動(dòng)地位。上下轉子無(wú)論轉到任何位置,總有一個(gè)轉子居于主動(dòng)地位,從而保證流量計在任何狀態(tài)下,均可順利啟動(dòng)。

      轉子轉到90o時(shí),上下轉子的相對位置發(fā)生了互換。90o至180o所發(fā)生的情況與0o至90o的情況近似,只不過(guò)是上下轉子顛倒位置而矣。180o至360o則更是重復上面的全過(guò)程。

      九. SXL流量計的技術(shù)優(yōu)勢

      SXL流量計是對現行容積式流量計進(jìn)行了全面的分析,深入研究了它們共同存在的缺陷,并力求找到解決矛盾的方法,經(jīng)過(guò)潛心的研究,在結構上完成了一項全新的設計。在申請之前,發(fā)明人于1994年曾到局進(jìn)行過(guò)查新檢索,對庫存的世界各國文獻檢索后,在所有的容積式流量計中,沒(méi)有發(fā)現一例在結構上與SXL流量計相近似的案例。所以SXL流量計有著(zhù)較高的新穎性和創(chuàng )造性??梢圆豢鋸埖恼f(shuō),在目前我國的容積式流量計行業(yè)中,是*的具有中國知識產(chǎn)權的產(chǎn)品。

      SXL流量計與現行的容積式流量計相比,在技術(shù)上存在著(zhù)以下的優(yōu)勢:

      1. SXL流量計摒棄了所有二維與三維的型面結構,全部由圓柱面與平面構成了zui主要的計量元件。無(wú)論是二維的還是三維的型面,都是一種耗時(shí)(因其生產(chǎn)效率低下)、成本高(因需機床、工裝及刀具等)、制造精度低(因有很多產(chǎn)生誤差的因素難以克服)的加工對象。新中國成立五十年以來(lái),對圓柱面和平面的精密加工設備和精密加工技術(shù),得到普及。將SXL流量計交給任何一個(gè)流量計生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn),都有可能達很高的制造精度。由于制造精度的提高,有可能使SXL流量計的δ達到很小的值,減少δ是減少縫隙流 的有效手段。因而SXL流量計有可能達到較高的計量準確度。

      2. SXL流量計摒棄了現行的做旋轉運動(dòng)的容積式流量計,慣用的線(xiàn)密封的方法,而采用了與往復活塞流量計相類(lèi)似的面密封。這就使縫隙的長(cháng)度L與線(xiàn)密封的當量長(cháng)度相比,增大了幾倍到幾十倍。因為L(cháng)的增大,同樣會(huì )減少縫隙流流量,因而提高了SXL流量計的計量準確度。

      3. SXL流量計采納了往復活塞流量計中的圓柱面與平面的結構,以及面密封的工作方式,但是在SXL流量計中不存在任何形式的往復運動(dòng),包括象葉片流量計中的葉片在葉片槽中派生的往復運動(dòng)都不存在。所以SXL流量計不存在來(lái)自往復運動(dòng)產(chǎn)生的慣性力的威脅,它的通徑大小不受限制,可以設計成為大小不同的產(chǎn)品系列。

      4. 橢圓齒輪流量計、內凸輪葉片流量計、外凸輪葉片流量計、單轉子旋轉活塞流量計、往復活塞流量計等,當計量時(shí),在測量室內,不僅存在固體與液體之間的磨擦,而且存在固體與固體之間的磨擦。這種固體與固體之間的磨擦,將產(chǎn)生兩個(gè)結果:一是,固體零部件之間增加了磨損,降低了流量計的整體壽命;二是由于固體與固體之間的磨擦,必然會(huì )消耗更多的動(dòng)力,這將使流量計進(jìn)出口之間的壓差增大,Δp的增大,必將增加縫隙流流量,降低計量準確度。SXL流量計在正常工作條件下(即非故障狀態(tài)下),在測量室內只存在固體與液體之間的磨擦,不存在固體與固體之間的磨擦。為此SXL流量計的主要測量元件,將有較高的使用壽命,并因為Δp的相對減少,而提高了流量計的計量準確度。

      5. 所有容積式流量計的正常工作運轉,都是由被計量介質(zhì)在流量計進(jìn)出口之間所形成的壓差驅動(dòng)下進(jìn)行的。流體的壓力作用在靜止部件上,將被抵消,zui多能發(fā)生可以忽略的變形,對流量計的工作不產(chǎn)生影響。對流量計產(chǎn)生影響的是作用在運動(dòng)部件上的流體壓力。真正驅動(dòng)運動(dòng)部件轉動(dòng)的,是流體壓力的切向分力。切向分力是對流量計運轉的有利因素,而徑向分力則是對流量計運轉的有害因素。在腰輪流量計、橢圓齒輪流量計、單轉子旋轉活塞流量計、往復活塞流量計中都存在著(zhù)大量的徑向分力,這對于流量計的壽命和計量準確度都是不利的。在SXL流量計的工作過(guò)程中,流體壓力基本上是作用在切線(xiàn)方向,徑向分力極小,這樣只需要很小的壓差,即很小的Δp就可使流量計正常運轉。減少Δp是可以提高計量準確度的。

      6. SXL流量計的另一素質(zhì)是它的排量波動(dòng)性是異乎尋常的小,可以和雙轉子流量計相媲美。排量波動(dòng)性小,是提高計量準確度的前提,也為安排二次表提供了方便。

      象世界上的所有事物一樣,任何一種技術(shù)方案都不是的。任何一個(gè)技術(shù)方案都是在解決了一部分矛盾之后,又產(chǎn)生了新的矛盾。SXL流量計也不例外,它的主要缺陷在于對被計量介質(zhì)要求較嚴,SXL流量計的抗贓性較差,在被計量介質(zhì)中不允許存在一定尺寸范圍的固體雜質(zhì),為了使SXL流量計能順利地完成對介質(zhì)的精密計量,在流量計的上游,應安裝合格的過(guò)濾器和消氣器。

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