容積式流量計原理及結(jié)構(gòu)

容積式流量測量是采用固定的小容積來反復(fù)計量通過流量計的流體體積．所以，在容積式流量計內(nèi)部必須具有構(gòu)成一個標(biāo)準(zhǔn)體積的空間，通常稱其為容積式流量計的“計量空間”或“計量室”．這個空間由儀表殼的內(nèi)壁和流量計轉(zhuǎn)動部件一起構(gòu)成．

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

設(shè)流量計計量空間體積為v(m³)，一定時間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動次數(shù)為N，則在該時間內(nèi)流過的流體體積為

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)動的齒輪組的齒輪比和儀表指針轉(zhuǎn)動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)可得在一定時間內(nèi)通過儀表的流體體積與儀表指示值的關(guān)系

V＝ (v/a) I （2－3）

容積式流量計的結(jié)構(gòu)

為了適應(yīng)生產(chǎn)中對流量測量的各種不同介質(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．其中比較常見的有齒輪型、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

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

圖2—1中示出是橢圓齒輪型容積流量計(也稱奧巴爾容積流量計)的示意圖

圖2－1 橢圓齒輪流量計工作示意圖

由圖可見，該流量計由兩橢圓齒輪相互嚙合進(jìn)行工作，其工作過程簡述如下：圖中P1表示流量計進(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．由于兩個齒輪互相嚙合，故各自以O(shè)1，O2為軸心按箭頭方向旋轉(zhuǎn)，同時齒輪O1將半月形計量空間的流體排向出口．在圖2—1(a)狀態(tài)時，上齒輪為主動輪，下齒輪為從動輪．在圖2－1(b)位置時，兩個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．這時齒輪位置與圖2—1(a)相反，下齒輪為主動輪，上齒輪為從動輪．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“計量空間”中的流體排出．如此連續(xù)不斷運動，橢圓齒輪每轉(zhuǎn)一周，就排出四份“計量空間”流體體積．因此，只要讀出齒輪的轉(zhuǎn)數(shù)，就可以計算出排出的液體量．參考圖2－2，可計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)動次數(shù)；

a，b——橢圓齒輪的長半袖，短半鈾；

­­­­—— 橢圓齒輪的厚度．

另一種齒輪型容積式流量計是腰輪容積流量計，也稱羅茨型容積流量計．這種流量計的工作原理和工作過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)生運動，每旋轉(zhuǎn)一周排出四份“計量空間”的流體體積量．所不同的是在腰輪上沒有齒，它們不是直接相互嚙合轉(zhuǎn)動，而是通過按裝在殼體外的傳動齒輪組進(jìn)行傳動．

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

2．刮板式容積流量計

刮板式流量計也是一種較常見的容積式流量計．在這種流量計的轉(zhuǎn)子上裝有兩對可以徑向內(nèi)外滑動的刮板，轉(zhuǎn)子在流量計進(jìn)、出口差壓作用下轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動一周排出四份“計量空間”的流體體積．與前一類流量計相同，只要測出轉(zhuǎn)動次數(shù)，就可以計算出排出流體的體積量．

較常見的凸輪式刮板流量計結(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)子也是一個空心圓筒形物體，徑向有一定寬度，徑向在各為90°的位置開四個槽，刮板可以槽內(nèi)自由滑動．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，四個滾珠均在一固定的凸輪上滾動使刮板時仲時縮．當(dāng)相鄰兩刮板均伸出至殼體內(nèi)壁時，就形成—計量空間的標(biāo)準(zhǔn)體積．刮板在計量區(qū)段運動時，只隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不滑動，以保證其標(biāo)準(zhǔn)容積恒定．當(dāng)離開計量區(qū)段時，刮板縮入槽內(nèi)，流體從出口排出．同時，后一刮板又與其另一相鄰刮板形成第二個“計量空間”，同樣動作．轉(zhuǎn)子運動一周，排出四份“計量空間”體積的流體．

在刮板式容積流量計中，還有所謂旋轉(zhuǎn)閥式刮板流量計，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

旋轉(zhuǎn)活塞式(也稱為擺動活塞式)容積流量計的結(jié)構(gòu)與工作原理可見圖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，中間隔板1將計量空間分成兩部分，活塞2的上缺口和隔板1咬合，當(dāng)活塞依箭頭方向運動時與隔板1成直線運動．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，通過計算活塞旋轉(zhuǎn)次數(shù)可得到流過的流體量．

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

漏，所以準(zhǔn)確度較低．