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容積式流量計(jì)原理及結(jié)構(gòu)

時(shí)間:2008/12/30閱讀:2310
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容積式流量測(cè)量是采用固定的小容積來(lái)反復(fù)計(jì)量通過(guò)流量計(jì)的流體體積.所以,在容積式流量計(jì)內(nèi)部必須具有構(gòu)成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)體積的空間,通常稱其為容積式流量計(jì)的“計(jì)量空間”或“計(jì)量室”.這個(gè)空間由儀表殼的內(nèi)壁和流量計(jì)轉(zhuǎn)動(dòng)部件一起構(gòu)成.

容積式流量計(jì)的工作原理為:流體通過(guò)流量計(jì),就會(huì)在流量計(jì)進(jìn)出口之間產(chǎn)生一定的壓力差.流量計(jì)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件(簡(jiǎn)稱轉(zhuǎn)子)在這個(gè)壓力差作用下特產(chǎn)生旋轉(zhuǎn),并將流體由入口排向出口.在這個(gè)過(guò)程中,流體一次次地充滿流量計(jì)的“計(jì)量空間”,然后又不斷地被送往出口.在給定流量計(jì)條件下,該計(jì)量空間的體積是確定的,只要測(cè)得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù).就可以得到通過(guò)流量計(jì)的流體體積的累積值.

設(shè)流量計(jì)計(jì)量空間體積為v(m3),一定時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)為N,則在該時(shí)間內(nèi)流過(guò)的流體體積為

V=Nv (2-1)

再設(shè)儀表的齒輪比常數(shù)為 a, a的值由傳遞轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的齒輪組的齒輪比和儀表指針轉(zhuǎn)動(dòng)一周的刻度值所確定。若儀表指示值為I,它與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)N的關(guān)系為

I= a N (2-2)

由式(2—1)和(2-2)可得在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)儀表的流體體積與儀表指示值的關(guān)系

V= (v/a) I (2-3)

容積式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)生產(chǎn)中對(duì)流量測(cè)量的各種不同介質(zhì)和不同工作條件的要求,產(chǎn)生了各種不同型式的容積式流量計(jì).其中比較常見(jiàn)的有齒輪型、刮板型和旋轉(zhuǎn)活塞型等三種型式,現(xiàn)分別介紹如下.

1.齒輪型容積式流量計(jì)

這種流量計(jì)的殼體內(nèi)裝有兩個(gè)轉(zhuǎn)子,直接或間接地相互嚙合,在流量計(jì)進(jìn)口與出口之間的壓差作用下產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng).通過(guò)齒輪的旋轉(zhuǎn),不斷地將充滿在齒輪與殼體之間的“計(jì)量空間”中的流體排出.通過(guò)測(cè)量齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù),可得到通過(guò)流量計(jì)的流體量.

圖2—1中示出是橢圓齒輪型容積流量計(jì)(也稱奧巴爾容積流量計(jì))的示意圖

 

 

圖2-1 橢圓齒輪流量計(jì)工作示意圖

由圖可見(jiàn),該流量計(jì)由兩橢圓齒輪相互嚙合進(jìn)行工作,其工作過(guò)程簡(jiǎn)述如下:圖中P1表示流量計(jì)進(jìn)口流體壓力;表示出口流體壓力,顯然壓力P1大于P2.在圖2—1(a)中,下面轉(zhuǎn)子雖然受到流體的壓差作用,但不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩,而上面齒輪在兩例差壓作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩而轉(zhuǎn)動(dòng).由于兩個(gè)齒輪互相嚙合,故各自以O(shè)1,O2為軸心按箭頭方向旋轉(zhuǎn),同時(shí)齒輪O1將半月形計(jì)量空間的流體排向出口.在圖2—1(a)狀態(tài)時(shí),上齒輪為主動(dòng)輪,下齒輪為從動(dòng)輪.在圖2-1(b)位置時(shí),兩個(gè)齒輪均在流體差壓作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩,并在該力矩作用下沿箭頭方向旋轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)變到圖2—1(c)所示的位置.這時(shí)齒輪位置與圖2—1(a)相反,下齒輪為主動(dòng)輪,上齒輪為從動(dòng)輪.下齒輪在進(jìn)出口流體差壓作用下旋轉(zhuǎn),又一次將它與殼體之間的半月型“計(jì)量空間”中的流體排出.如此連續(xù)不斷運(yùn)動(dòng),橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周,就排出四份“計(jì)量空間”流體體積.因此,只要讀出齒輪的轉(zhuǎn)數(shù),就可以計(jì)算出排出的液體量.參考圖2-2,可計(jì)算出排出的流體總量為

V=4nv

=2 n(R2-ab)

(2-4)

式中 n——齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù);

a,b——橢圓齒輪的長(zhǎng)半袖,短半鈾;

­­­­—— 橢圓齒輪的厚度.

另一種齒輪型容積式流量計(jì)是腰輪容積流量計(jì),也稱羅茨型容積流量計(jì).這種流量計(jì)的工作原理和工作過(guò)程與橢圓齒輪型基本相同,同樣是依靠進(jìn),出口流體壓力差產(chǎn)生運(yùn)動(dòng),每旋轉(zhuǎn)一周排出四份“計(jì)量空間”的流體體積量.所不同的是在腰輪上沒(méi)有齒,它們不是直接相互嚙合轉(zhuǎn)動(dòng),而是通過(guò)按裝在殼體外的傳動(dòng)齒輪組進(jìn)行傳動(dòng).

上述兩種轉(zhuǎn)子型式的容積流量計(jì),可用于各種液體流量的測(cè)量,尤其是用于油流量的準(zhǔn)確測(cè)量.在高壓力、大流量的氣體流量測(cè)量中,這類流量計(jì)也有應(yīng)用.由于橢圓齒輪容積流量計(jì)直接依靠測(cè)量輪嚙合,因此對(duì)介質(zhì)的清潔要求較高,不允許有固體顆粒雜質(zhì)通過(guò)流量計(jì).

2.刮板式容積流量計(jì)

刮板式流量計(jì)也是一種較常見(jiàn)的容積式流量計(jì).在這種流量計(jì)的轉(zhuǎn)子上裝有兩對(duì)可以徑向內(nèi)外滑動(dòng)的刮板,轉(zhuǎn)子在流量計(jì)進(jìn)、出口差壓作用下轉(zhuǎn)動(dòng),每轉(zhuǎn)動(dòng)一周排出四份“計(jì)量空間”的流體體積.與前一類流量計(jì)相同,只要測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù),就可以計(jì)算出排出流體的體積量.

較常見(jiàn)的凸輪式刮板流量計(jì)結(jié)構(gòu)如圖2—4所示.圖中殼體的內(nèi)腔是一圓形空筒,轉(zhuǎn)子也是一個(gè)空心圓筒形物體,徑向有一定寬度,徑向在各為90°的位置開(kāi)四個(gè)槽,刮板可以槽內(nèi)自由滑動(dòng).四塊刮板由兩根連桿連結(jié),相互垂直,在空間交叉.在每一刮板的一端裝有一小滾珠,四個(gè)滾珠均在一固定的凸輪上滾動(dòng)使刮板時(shí)仲時(shí)縮.當(dāng)相鄰兩刮板均伸出至殼體內(nèi)壁時(shí),就形成—計(jì)量空間的標(biāo)準(zhǔn)體積.刮板在計(jì)量區(qū)段運(yùn)動(dòng)時(shí),只隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不滑動(dòng),以保證其標(biāo)準(zhǔn)容積恒定.當(dāng)離開(kāi)計(jì)量區(qū)段時(shí),刮板縮入槽內(nèi),流體從出口排出.同時(shí),后一刮板又與其另一相鄰刮板形成第二個(gè)“計(jì)量空間”,同樣動(dòng)作.轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)一周,排出四份“計(jì)量空間”體積的流體.

在刮板式容積流量計(jì)中,還有所謂旋轉(zhuǎn)閥式刮板流量計(jì),它的工作原理與凸輪式相似,但結(jié)構(gòu)不同,這里就不詳細(xì)敘述了.

 

 

3.旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計(jì)

旋轉(zhuǎn)活塞式(也稱為擺動(dòng)活塞式)容積流量計(jì)的結(jié)構(gòu)與工作原理可見(jiàn)圖2—5所示.

如圖,旋轉(zhuǎn)活塞位于固定的內(nèi)外圈3,4之間,活塞的軸6靠著導(dǎo)輥5滾動(dòng),中間隔板1將計(jì)量空間分成兩部分,活塞2的上缺口和隔板1咬合,當(dāng)活塞依箭頭方向運(yùn)動(dòng)時(shí)與隔板1成直線運(yùn)動(dòng).活塞在進(jìn)出口流體壓力差的作用下,始終與內(nèi)外圓桶壁緊密接觸旋轉(zhuǎn),交替不斷地將活塞與內(nèi)外圓筒之間的流體排出,通過(guò)計(jì)算活塞旋轉(zhuǎn)次數(shù)可得到流過(guò)的流體量.

旋轉(zhuǎn)活塞式容積流量計(jì)具有通流能力較大的優(yōu)點(diǎn).它的不足是在工作過(guò)程會(huì)有一定的泄

漏,所以準(zhǔn)確度較低.

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