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1、3. 容积式流量计日常生活中，要用固定容积的容器去测量流体的体积，例如用升、斗去测量。在工业生产中也有一种流量计的测量原理与其相似，即针对工业生产中流体是在密闭管道中连续流动的特点，利用机械测量元件把流体连续不断地分割（隔离）成单个的体积部分，然后计量出流体的总体积。这种形式的流量计称为容积式流量计，也称为正排量流量计。容积式流量计有许多品种，常用的有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、刮板流量计及湿式气体流量计、膜式家用煤气表等。容积式流量计的优点是，一般的测量准确度比较高，对上游的流动状态不太敏感，因而在工业生产中和商品交换中得到广泛应用。其缺点是一般容积式流量计比较笨重。3.1 测量原理容积式流
2、量计的结构形式多种多样，但就其测量原理而言，都是通过测量元件把流体连续不断地分割成固定体积的单元流体，然后根据测量元件的动作次数给出流体的总量。即采取所谓容积分界法测量出流体的流量。把流体分割成单元流体的固定体积空间，也就是计量室，是由流量计壳体的内壁和作为测量元件的活动壁形成的。当被测流体进入流量计并充满计量室后，在流体压力的作用下推动测量元件运动，将一份一份的流体排送到流量计的出口。同时，测量元件还把它的动作次数通过齿轮等机构传递到流量计的显示部分，指示出流量值。也就是说，知道计量室的体积和测量元件的排送次数，便可以由计数装置给出流量。3.1.1转子式容积流量计转子式容积流量计仪表壳体内有
3、两个转子，直接或间接地啮合，通过流体的压力推动转子转动，并将转子与壳体之间的流体排至出口，然后由转子的转动次数求出流体的数量。属于这种类型的有椭圆齿轮流量计、腰轮流量计、双转子流量计、螺杆流量计等。3.1.1.1椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计又称为奥巴尔流量计，它的测量部分是由壳体和两个相互啮合的椭圆形齿轮等3个部分组成。流体流过仪表时，因克服阻力而在仪表的入、出口之间形成压力差，在此压差的作用下推动椭圆齿轮旋转，不断地将充满在齿轮与壳体之间所形成的半月形计量室中的流体排出，由齿轮的转数表示流体的体积总量，其动作过程如图2-3-56所示。由于流体在仪表的入、出口的压力p1p2，当两个椭圆齿轮处于
4、图2-3-56（a）位置时，在p1p2作用下所产生的合力矩推动轮A向逆时针方向转动，把计量室内的流体排至出口，并同时带动轮B作顺时针方向转动。这时轮A为主动轮，轮B为从动轮。同样可以看出：在图2-3-56（b）位置时，A、B轮均为主动轮；在图2-3-56（c）位置时，B为主动轮，A为从动轮。由于轮A和轮B交替为主动轮或者均为主动轮保持两个椭圆齿轮不断地旋转，以致把流体连续地排至出口。椭圆齿轮每循环一次（转动一周），就排出四个半月形体积的流体如图3-1-1（d），因而从齿轮的转数便可以求出排出流体的总量V=NV04Nv02N（R2） （2-3-75）式中N椭圆齿轮的旋转转数；a、 b椭圆齿轮的长
5、、短半轴的长度；R计量室的半径；椭圆齿轮的厚度；V0椭圆齿轮每循环一次排出的流体体积； v0半月形容积，v0=（R2）。椭圆齿轮流量计适用于石油及各种燃料油的流量计量，因为测量元件是齿轮的啮合转动，被测介质必须清洁。测量准确度较高，一般为10.2级。3.3.1.2 腰轮流量计腰轮流量计又称为罗茨流量计，其测量原理、动作过程与椭圆齿轮流量计基本相同，只是作为转子的腰轮形状不同（如图2-3-57），腰轮上也没有齿，且腰轮是靠套在伸出壳体的两根轴上的转动齿轮啮合传动的。腰轮的组成有两种：一种是只有一对腰轮；另一种是由两对互呈45角的组合腰轮构成，称为45角组合式腰轮流量计。普通腰轮流量计运行时产生的
6、振动较大，组合式腰轮流量计振动小，适合用于大流量测量。腰轮流量计可用于各种清洁液体的流量测量，也可制成测量气体的流量计。计量准确度高，可达0.50.1级，主要缺点是体积大、笨重、进行周期检定比较困难；压损较大；运作中有振动等。3.1.1.3 双转子流量计双转子流量计的转子是由两个断面形状不同的螺旋转子构成（图2-3-58），也是靠流量计进出口间的流体压差推动转子转动。互不接触的螺旋转子轴上固定有同步齿轮，以实现互相趋动。由于转子轴向呈螺旋形，并且安装于两个转子轴上的机构使转子之间始终保持适当的间隙，所以运行平稳。双转子流量计是采用双壳体（如图2-3-59）。流体经入口法兰直接进入腔体，计量后的
7、流体介质通过内壳体的端盖孔进入外壳体内腔，然后经出口法兰流出。双壳体构造的优点是：管道应力不会传给测量元件；测量元件易于拆卸，便于维修和冲洗管道；通过测量元件壁产生的差压小，消除了因系统压力变化引起测量元件尺寸的变化。当然它的构造复杂，成本较高。双转子流量计适用于石油、化工及各种工业液体的测量，被测介质的温度范围可达29232，被测介质的粘度可在1000mPaS以上。准确度等级有0.1、0.2、0.5级。3.1.1.4 螺杆流量计螺杆流量计的动作过程如图2-3-60（a）、（b）、（c）、（d）所示。是由一对螺旋转子与壳体之间构成计量室 ，在液体压力差的作用下产生转动力矩，使螺旋转子以匀速旋转
8、。其特点是对被测介质的粘度变化不敏感，适用于粘度较高（可达200mPaS）介质的流量测量，准确度等级有0.2，0.5级。3.1.2 刮板式容积流量计刮板式容积流量计主要由可旋转的转子、刮板及流量计的壳体组成。在流体的压力作用下使转子旋转、刮板旋转，把流体连续不断地切割成单元体积，并排至出口，由转子的转数计算出流量。刮板流量计有凸轮式、凹线式和弹性刮板等形式。3.1.2.1 凸轮式刮板流量计仪表壳体的内腔是圆筒形的空筒（图2-3-61）。转子也是一个空心的圆筒形物体，在筒边开有4个槽并相垂直，以便刮板在槽内作径向伸出或收缩。4个刮板由两根连杆连接成两对，也互为90角，在空间交叉互不干扰。每个刮板
9、的一端装有小滚柱，在流体推动刮板旋转时4个小滚柱分别围绕着固定的凸轮作滚动，从而使刮板时而伸出，时而缩进。当相邻的两个刮板都伸出到壳体内壁时，便形成一个计量空间（计量室）。刮板在计量室内运行期间，只随转子旋转而不滑动。当前面的刮板离开计量室后，就慢慢缩进旋转的圆筒内，流体排至出口，同时，相应的刮板伸出并与后边的刮板形成新的计量空间，继续旋转，周而复始，转子每旋转一周，便有4个计量空间的流体排出。3.1.2.2 凹线式刮板流量计凹线式刮板流量计壳体的内腔是曲线形的，由大、小两个圆及两条对称的凹线所组成。转子是实心的，中间有槽，刮板在槽中随着内腔的曲率不同伸出或缩进（如图3-1-7）凹线式刮板流量
10、计的动作过程与凸轮式刮板流量计基本相同，只是凸轮式刮板的滑动是靠凸轮控制转子按顺时针方向旋转，凹线式刮板的滑动是靠内腔形线来实现转子按逆时针方向旋转。刮板流量计适用于液体流量计量，准确度较高，可达0.2级。振动和噪音小。3.1.2.3弹性刮板流量计为适应流体含有颗粒杂质的脏污流体的流量测量，有一种弹性刮板流量计（如图2-3-63）。它是由壳体、弹性刮板、叶片形成计量室。其转子形成三叶状，并与轴结成一体，刮板叶片通过扭矩弹簧与转子连接。当被测流体经入口进入流量计时，液体遇挡块后，使之倾斜向下流动，推动第一片刮板使转子转动，转子又带动第二片刮板同时转动。当刮板遇到挡块时，刮板上缘沿着挡块滑动，由于
11、弹簧的作用，刮板弹出，在继续旋转中，刮板与壳体间形成计量室，被计量的液体由出口排出。由于转子与挡块间有橡胶条密封，则刮板滑动时无漏失。由于刮板与壳体间是弹性密封的，所以被测介质中含有少量的颗粒或污物，也不会损坏仪表。弹性刮板流量计的准确度等级有1、1.5级。被测介质粘度范围为5250mPas。3.1.3 活塞式容积流量计3.1.3.1往复活塞流量计活塞在流体压力的作用下在气缸内做往复运动，可以通过活塞的往复运动测量流体的流量。如图2-3-64（a）所示，从流体入口流入的流体经换向阀进入气缸并推动活塞移动，同时把活塞另一侧的流体出口流出，当活塞移动到某一个规定的位置时，发出转换信号使换向阀旋动1
12、80，改变流体的流入和流出方向，使原来的流出端相反地与流入口相连接，推动活塞向相反方向移动，把原来流入的流体推出。通过换向阀的反复切换，使活塞交替进行往复运动。由于活塞一次往复运动经流出口流出的流体体积是一定的，因此由活塞的往复运动次数可以知道流过流体的总量。往复活塞流量计有单活塞和多活塞两种形式。图2-3-64（b）是较为常见的四活塞流量计的工作原理图，流量计有p1、p2、p3、p4四个活塞和气缸，四个活塞杆通过连接点O进行联动。由图2-3-64可以看出，流体流入与流入口相连的p1、p2气缸后，推动活塞移动，并在此推力的作用下，使O点向箭头所指方向旋转，同时反向地把p3、p4缸内流体推到流出
13、口流出。连接点O继续旋转，p1、 p3的活塞移到某个规定位置时，p1、 p3的换向阀旋转180，p1缸内的流体开始流出，p3气缸开始流入流体。连接点O 继续旋转，则各气缸依次流入和排出流体，连接点O 每旋转一周，就有四个气缸体积的流体从流入口送到流出口，从而可以由活塞的往复次数指示出总流量值。这种流量计目前作为加油站的汽油流量计使用，适于测量较低粘度的油品流量。由于在活塞和气缸之间使用泄漏小的衬垫等，因而可以用于测量很小的流量，测量准确度等级为0.150.3级。3.1.3.2 旋转活塞流量计旋转活塞流量计又称为摆动活塞或环形活塞流量计。其工作原理如图2-3-65所示。仪表的内腔是圆环形的，由圆
14、筒形的外壁和圆筒形的内壁及底部构成，在其底部的中心处安装有导轴B，圆筒形内外壁之间有一个径向隔板A，在底部，隔板A两侧的特殊形状的面积D和E分别为流体的入口和出口。插入仪表内腔的活塞是空心的圆筒，在其侧壁有一个合适宽度切口，以便活塞能够沿隔板A 做线性运动并防止活塞转动，活塞上盖的中心处安装有中心轴C，工作时此轴沿着腔体内壁的内表面滚动。 活塞和腔体圆筒的长度是相同的（只有很小的工作间隙），但活塞的直径比腔体外壁的内径小得多。在活塞的内径和外径、环形腔体的大直径和小直径、腔体内壁的内径以及轴轴的配合上，能够使活塞的外表面始终与腔体外壁的内表面相接触，活塞的内表面始终与腔体内壁的外表面相接触。计
15、量室的密封是靠腔体底面与活塞下部开放端的滑动接触，以及腔内外壁与活塞内外壁之间滚动配合的滑动线接触。通过图2-3-65可以看出，活塞的运动和它的功能很像阀门，也和一般活塞运动一样，由于流体的入口压力大于出口压力，流体要推动活塞运动，活塞的中心轴则沿着箭头所指方向旋转，这样，流体就会不断地流入和流出。活塞每循环一周，排出充满如图2-3-65（）中的1、2和图2-3-65（）中3、4空间的流体。由于每个循环排出的流体体积是固定的，可以通过轴的转数计算出流量。旋转活塞流量计适用于水和各种油品的流量计量，也可以用于牛奶的流量计量。准确度等级有0.2、0.5、1.0、2.0等。3.2 容积式流量计的选型、安装和使用容积式流量计的特点是准确度高，一般为0.50.2级，量程范围宽，一般在1：10以上，并可以测量小流量。虽然各种容积式流量计都对被测介质的粘度有要求，但与其他类型的流量计相比较，还是要求较低的。其不足之处是对于大流量测量来说成本高、重量大、维护不便，容积式流量计也不适于测量温度较高的介质和脏污介质的。在石油、化工等大型连续性生产装置中，常常要安装许多台的流量仪表，但是能否保证各个流量仪表都能正常运转，给出可靠的流量值，并不是件容易的事情，也是生产管理中必须解决的问题，这里除与工艺运行状况可能有关外，常常是与流量仪表的选型、安装和使用维护不当有关。3.2.1 流量计的选型在生产过程
