Объемные и скоростные счетчики количества и расхода жидкости

  Счетчики  с цилиндрическими поршнями обладают высокой точностью (известны счетчики с уплотненными цилиндрическими поршнями, погрешность показаний которых не превышает 0,7с%) и чувствительностью. Однако они громоздки, сложны в эксплуатации и вызывают большие потери давления.            

  Счетчики  поршневые (дисковые) прецессионные (рис. 2) получили преимущественное распространение в практике измерения количества

 Рис. 2

промышленных  жидкостей. При протекали через счетчик измеряемой жидкости под действием разности давлений колеблется дисковый поршень 3. Число колебаний поршня, пропорциональное количеству протек­шей жидкости, фиксируется счетным механизмом 11, 12, 13, размещенным в головке 10. Измеряемая жидкость поступает через входной патрубок и предохранительную сетку в измерительную камеру 2. Внутренняя часть боковой поверхности камеры выполняется в виде шарового пояса, а внутренняя часть верхней и нижней поверхностей камеры — в виде усеченных конусов и шаровых сегментов, служащих подпятниками для дискового поршня, расположенного внутри камеры. Через отверстие верхнего подпятника проходит ось поршня 16, которая стягивает две поверхности подшипниками диска. Дисковый поршень имеет прорезь, черезз которую проходит радиальная перегородка 4, служащая одновременно и направляющей, препятствующей повороту диска, и устройством, исключающим возможность непосредственного перетекания жидкости из входного патрубка в выходной. Ось поршня 16 опирается на направляющий конус 8 так, что диск все время остается в наклонном положении, соприкасаясь с боковой (шаровой), верхней и нижней торцовыми (конусными) поверхностями.

  Поступающая в измерительную камеру жидкость может попасть в выходной патрубок, только обтекая опорную полусферу, приводя тем самым диск в сложное колебательное — прецессионное движение. При этом ось диска обкатывается вокруг направляющего конуса, приводя во вращение поводок 7. Число оборотов поводка через передаточный механизм 9 и приводной валик 14 передается на стрелочный указатель 13 и роликовый счетный указатель 11.

  Показания прибора регулируют перепуском части  жидкости непосредственно из входного патрубка в выходной регулировочным винтом 17. Весь механизм счетчика размещается  в корпусе 5. Смазка трущихся деталей  механизма осуществляется с помощью масленки 75. Вследствие неразрывности потока измеряемой жидкости дисковый поршень непрерывно колеблется. При каждом полном колебании диска через измерительную хамеру прибора протекает определенная порция жидкости, теоретически равная объему камеры за вычетом объема диска с шаровой опорой и объема радиальной перегородки.

  Дисковые (прецессионные) счетчики при правильном изготовлении и регулировке обладают большой чувствительностью и  могут применяться для измерения  количества жидкостей при весьма малых расходах. Чувствительность прибора  тем выше, чем меньше вес диска  и диаметр опорного шара и чем  больше диаметр диска. 

  Ввиду того, что часть жидкости, протекающая  через зазор между диском и  шаровой поверхностью измерительной  камеры, не учитывается, зтот зазор должен быть минимальным (в зависимости от вязкости жидкости) и одинаковым при всех положениях диска.

  Для обеспечения надежности счетчиков  материалы, из которых изготовляют  их детали, подвергающиеся износу при работе счетчика, должны быть стойкими к истиранию. Диски изготовляют обычно из легких пластмасс или эбонита, а опорные поверхности — из твердого графита или специальных металлических сплавов.

  Чтобы в счетчик не попал воздух, механические примеси и грязь, которые могут  привести к интенсивному износу, понижению  точности измерений или даже к  заклиниванию диска, в сети подводящего трубопровода перед счетчиком необходимо устанавливать фильтр-газоотделитель с аварийным воздухосборником.

Недостатком данных счетчиков является сложность  их изготовления и ремонта.

  Счетчики поршневые (кольцевые) планетарные (рис. 3). Счетчик состоит из корпуса 10, крышки 16, измерительной камеры, кольцевого 

 Рис.3 Кольцевой счетчик 

поршня 4, передаточного и счетного механизмов. Крышка соединяется с корпусом при  помощи нажимного кольца 14 и уплотнения 15. Измерительная камера образуется внешним цилиндром 2 и двумя внутренними  цилиндрическими выступами 3, соосными внешнему цилиндру. Один выступ составляет одно целое с нижним основанием цилиндра, другой с верхним.

Жидкость  поступает в измерительную камеру через предохранительную сетку 11 и отверстие 8 в нижнем основании внешнего цилиндра и вытекает через отверстие 5 в верхнем основании. Внутри измерительной камеры установлена радиальная перегородка 7, предотвращающая непосредственное перетекание жидкости из отверстия 8 в отверстие 5. Перегородка врезана в стенки внутренних кольцевых выступов, в верхнее и нижнее основание камеры. В центре нижнего основания имеется направляющий ролик 9.

Кольцевой поршень 4 представляет собр. цилиндр  с поперечным ребром посредине, с  осью 12 в центре ребра и осевой прорезью б, в которую входит перегородка 7. В ребре поршня имеются отверстия  для перетекания жидкости из нижней полости поршня в верхнюю..

  Во  время работы счетчика под действием  разности давлений во входящем и выходящем потоках жидкости кольцевой поршень совершает планетарное движение внутри камеры, обкатываясь своей внутренней поверхностью по цилиндрическим выступам. В то же время ось поршня обкатывается вокруг направляющего ролика, а края скользят по радиальной перегородке. Движение поршня через поводок 13 и трубку 1 преобразуется во вращательное движение последней и с помощью передаточного механизма передается на стрелки и счетный указатель.

  Принцип действия прибора иллюстрирует рис.4, на котором изображены четыре положения кольцевого поршня. Жидкость поступает то во внешнее пространство между поршнем и стенкой измерительной камеры, то во внутреннее пространство между поршнем и внутренними цилиндрическими выступами. Из-за этого то на внешней, то на внутренней поверхностях поршня появляется избыточное давление, под действием которого поршень совершает сложное планетарное движение. За полный цикл движения поршня через счетчик протекает количество жидкости, теоретически равное объему измерительной камеры. 
 
 

 Рис.4 Схема действия кольцевого счетчика

Счетчики  с кольцевым поршнем несколько  более надежны в эксплуатации по сравнению с рассмотренными выше объемными счетчиками других типов, так как при подаче жидкости снизу вверх через отверстия в ребре поршня уменьшается его трение о нижнее основание камеры. Для нормальной работы счетчики следует устанавливать на строго горизонтальных участках трубопровода.

Счетчики  ротационные с  овальными шестернями (рис.5). Жидкость поступает во входной патрубок счетчика, протекает через сетку фильтра в измерительную камеру, и, приводя во вращение две овальные шестерни, выходит через выходной патрубок. Одна из шестерней имеет трибку, посредством которой вращение передается на передаточный и счетный механизмы.

Рис.5                                                                         Рис.6 

Рис.5 Счетчик  с овальными шестернями.  Рис.6 Схема действия счетчика с овальными шестернями.

Принцип действия счетчиков данного типа показан на рис.6. В первом положении (рис.6, а) разность давлений во входной и выходной частях камеры, действуя на обе шестерни, создает момент лишь на шестерне 2, поворачивающий ее против часовой стрелки. На плечи же (относительно оси ее вращения) шестерни 1 действуют одинаковые усилия от разности давлений. Таким образом, в этом положении шестерня 2, вращаясь под действием момента, приводит во вращение и шестерню 1. Во втором положении (рис.6, б) на обе шестерни действуют вращающие моменты, однако абсолютное значение каждого из них меньше, чем момент, действующий на шестерню 2 в первом положении. Это объясняется тем, что из-за частичного перекрытия шестерен появляется обратный момент со стороны давления в выходном патрубке. И, наконец, в третьем положении (рис.6, в) вращающий момент действует лишь на шестерню 1. По абсолютному значению этот момент равен моменту, действующему на шестерню 2 в первом положении, но направлен по часовой стрелке. В данном случае шестерня 1 ведет шестерню 2.

Для уменьшения неконтролируемых утечек измеряемой жидкости зазоры между вершинами зубьев и образующей измерительной камеры, а также между стенками камеры и торцами шестерен должны быть минимальными.

Малый вес шестерен, хорошее качество изготовления и сборки (с оптимальным размеров зазоров) обеспечивает высокую чувствительность счетчиков с овальными шестернями и незначительное влияние изменений вязкости жидкостей на их показания. Поэтому эти счетчики довольно широко применяют при измерении количества самых разнообразных жидкостей и в первую очередь бензина, спирта и других маловязких жидкостей, для измерения количества которых в связи с вредным влиянием сухого трения (обусловленного малой вязкостью жидкости) счетчики других типов применять нежелательно.

Счетчики  с овальными шестернями выпускают  двух модификаций: СВШ — без обогрева на калибры от 12 до 250 мм и СШМ — с паровой обогревной рубашкой (для сильно вязких жидкостей) на калибры 12 и 40 мм. Счетчики можно устанавливать как на горизонтальных, так и на вертикальных участках трубопровода, однако, с обязательным условием, чтобы оси овальных шестерен были ориентированы строго горизонтально. 
 

Рис.7 

  Счетчики  лопастные (камерные) ротационные (рис.7). Корпус 5соединен с двумя патрубками для подвода и отвода измеряемой жидкости, расположенными под углом 90°. Внутри цилиндрической полости корпуса помещен ротор 6 с четырьмя полукруглыми пазами, в которых расположены четыре лопатки 1—4, выполненные в форме корытца. К торцам ротора крепятся две дисковые пластины с подшипниками для осей лопаток. Специальная система шестеренок, установленных между одной из торцовых пластин и задней крышкой камеры, обеспечивает неизменный наклон  лопаток  относительно горизонтальной оси счетчика. Непосредственному   перетеканию   жидкости из входного отверстия в выходное препятствует вставка 7. Под действием разности давлений во входном и выходном патрубках счетчика его ротор вращается, выбрасывая за каждый оборот в выходной патрубок количество жидкости, равное объему кольцевой камеры, ограниченной внутренней поверхностью корпуса, поверхностью ротора и поверхностями торцовых крышек. Вращение ротора через передаточный механизм передается на счетный указатель. Хорошее качество изготовления цилиндрической поверхности корпуса и прилегающих торцовых поверхностей ротора и крышек, а также некоторая эластичность тонких полусферических лопаток обеспечивают минимальные неконтролируемые утечки жидкости в счетчике, поэтому ими преимущественно измеряют количество маловязких жидкостей (легких нефтепродуктов, спирта и т. п.).

  Эти счетчики легко ремонтировать. При  необходимости замены комплекта  ротора снимают заднюю крышку, вынимают его из корпуса и заменяют новым, не разбирая весь прибор.  
 
 

Счетчики  ротационные с  круглыми шестернями отличаются от счетчиков с овальными шестернями лишь видом шестерен. Принцип же их работы одинаков. На рис.8 схематически показана камера счетчика с круглыми шестернями. Измеряемая жидкость поступает во входной патрубок, вращает две зубчатые шестерни и, протекая в пространстве, ограниченном зубьями шестерен и цилиндрическими поверхностями камеры, проходит в выходной патрубок. Вращение шестерен посредством передаточного механизма передается на счетный указатель. Измерительный объем этого счетчика (объем, вытесненный за полный оборот шестерен) ограничивается стенками камеры, ее образующей и поверхностью впадин между зубьями шестерен. 
 

                   Рис.8. Счетчик с круглыми шестернями 

 Рис.9. Счетчик с пластинчатыми лопастями 

Счетчики  лопастные (пластинчатые) ротационные (рис.9). Измеряемая жидкость движется в пространстве, ограниченном цилиндрическими поверхностями корпуса 6 и ротора 8. Внутри ротора расположен неподвижный кулачок 7, на который опираются четыре ролика 9 с закрепленными на них лопастями 1, 2, 4 и 5. Давление жидкости, поступающей через входной патрубок на лопасть 5, приводит ротор во вращение, которое передается на счетный указатель. Ролики катятся по кулачку, лопасти при этом поочередно занимают место снаружи и внутри ротора. Таким образом, за полный оборот ротора через счетчик проходит количество жидкости, равное разности объемов цилиндра и ротора. Перетеканию жидкости из входного отверстия в выходное препятствует вставка 3.

Различные типы объемных счетчиков количества жидкостей отличаются друг от друга  кинематикой отдельных звеньев  механизма, формой измерительной камеры и рабочего органа. Однако им присущи и общие характерные признаки, объединяющие все эти приборы в одну группу — группу счетчиков объемного типа.

Все счетчики объемного типа имеют рабочий  орган, который, совершая под действием  разности давлений то или иное движение внутри пространства камеры прибора, вытесняет объем жидкости (за один цикл своего движения), обычно принимаемый равным измерительному объему камеры.

В действительности же, из-за того, что у всех объемных счетчиков между рабочим органом и камерой имеются неплотности — зазоры, часть жидкости во время работы счетчика протекает через эти зазоры и не учитывается счетным механизмом. Таким образом, движение рабочего органа под действием разности давлений и частичное протекание измеряемой жидкости через зазоры между рабочим органом и камерой и являются характерными признаками, объединяющими данные приборы в одну группу и позволяющими вывести общие зависимости между измеряемым количеством жидкости, погрешностью показаний счетчика, числом оборотов или колебаний рабочего органа и другими параметрами, определяющими конструкцию прибора (например, размером зазора, объемом камеры) и условия измерений (например, температурой окружающей среды, вязкостью протекающей жидкости) .