Классификация и назначение расходомеров

Характер работы счетчиков  с овальными колесами зависит  от вязкости жидкости. С се возрастанием уменьшаются протечки через зазоры, но увеличивается сопротивление  вращению овальных шестерен. Поэтому, чтобы не превзойти предельно, допустимой потери давления (приходится снижать значения максимального расхода. Но одновременно благодаря резкому сокращению протечек через зазоры можно еще в большей степени уменьшить q_min, сохранив при этом требуемую точность. Протечка через зазоры уменьшается с уменьшением периметра и толщины зазоров.

Для маловязких жидкостей  рекомендуется иметь зазоры в  пределах от 0,04 до 0,06 мм, а для вязких — в пределах от 0,05 до 0,1 мм.

Нарезают овальные шестерни методом обкатки.

Максимальная линейная скорость шестерен почти не зависит от калибра  счетчика и лежит в пределах 2,2-2,7 м/с, но максимальное число оборотов овальных шестерен существенно уменьшается  с возрастанием калибра.

Особенности геометрии овальных шестерен и измерительной камеры счетчика обусловливают некоторую  неравномерность перемещения жидкости в счетчике в пределах одного оборота  шестерен, сопровождающуюся пульсацией их угловых скоростей. Это обусловливает  некоторую погрешность в пределах одного оборота. Устранить ее можно, сделав привод счетного механизма не от одной, а от двух шестерен с помощью  дифференциальной планетарной передачи.

Если вязкость у измеряемой жидкости меньше вязкости градуировочной, то надо увеличить показания, чтобы кривая погрешности сместилась в плюсовую область. При большой вязкости поступают наоборот.

Если счетчик с овальными  шестернями снабдить тахометрическим  преобразователем или же тахометром, измеряющим частоту вращения выходного  вала редуктора, то тогда наряду с  измерением количества прошедшей жидкости будет измеряться и ее расход. При  этом необходимо иметь устройство (например, демпфирующее) для сглаживания пульсаций  шестерен в пределах каждого их оборота.

Если автоматически поддерживать перепад давления с обеих сторон счетчика равным нулю принудительным вращением одной из овальных шестерен от электродвигателя и тем исключить  протечки через зазоры, можно получить высокую точность измерения в  очень большом диапазоне расходов.

6 Лопастные счетчики жидкости.

Лопастные счетчики жидкости – это счётчики, предназначенные  для измерения маловязких и средневязких жидкостей.  Данные приборы выпускают по ГОСТ 22548—77*.

Лопастной счетчик жидкости состоит из цилиндра, вращающегося внутри цилиндрической камеры, и четырех  лопастей, перемещающихся в радиальных прорезях последнего. Одна или две  из этих лопастей всегда принудительно  выдвинуты из цилин-дра практически до упора во внутреннюю поверхность камеры, перекрывая при этом кольцевой проход (см. рисунок 9). Лопасти, находясь под разностью давлений жидкости, входящей и уходящей из счетчика, перемещаются вместе с ней, вызывая одновременно вращение цилиндра. Лопастные счетчики предназначены для измерения в трубах диаметром 100—200 мм.

Рисунок 9 – Схема лопастного счётчика жидкости

Принудительное перемещение  лопастей в радиальных прорезях наиболее часто осуществляется с помощью  профилированного кулачка, реже - под  воздействием направляющей кромки внутри измерительной камеры. В первом случае (см. рисунок 9) вокруг расположенного в  центре неподвижного профилированного кулачка 2 обкатываются четыре ролика 4, каждый из которых закреплен на своей лопасти. В данном случае лопасти не упираются во внутреннюю поверхность камеры 3, из-за чего между ними остается небольшой зазор. Для предотвращения непосредственного перетекания жидкости из подводящей трубы в отводящую служит кольцевая вставка 5.

При втором способе вращающийся  цилиндр размещен эксцентрично относительно измерительной камеры. Лопасти в  данном случае под воздействием пружин или же благодаря механической связи  противоположных лопастей принудительно  прижимаются к внутренней поверхности  камеры, образуя две лопастные  пары. Здесь протечки через зазоры сведены до минимума. Но данный способ имеет существенный недостаток: трение лопастей о цилиндрическую поверхность  камеры, что приводит к изнашиванию  трущихся поверхностей и увеличивает  потерю давления. При кулачковом приводе  лопастей этих недостатков нет, но необходимо обеспечить малые (около 0,05 мм) зазоры, для чего кулачковый механизм, лопасти  и внутреннюю поверхности камеры выполняют с повышенной точностью, что обеспечивает минимальные неконтролируемые утечки жидкости в счетчике, поэтому данным счётчиком преимущественно измеряют количество маловязких жидкостей (легких нефтепродуктов, спирта и т. п.).

Профиль кулачка состоит  из четырех частей. Каждая лопасть  соответствует повороту цилиндра на 90°. В пределах первой части радиус кулачка возрастает от rmin до rшах, благодаря чему обеспечивается полное перемещение лопасти внутрь измерительной камеры. Во второй части кулачок сохраняет постоянный радиус rшах, и лопасть движется вдоль внутренней поверхности камеры, перемещая отмеренный объем жидкости из подводящей трубы в отводящую. В третьей части радиус кулачка уменьшается от rшах до rmln, что сопровождается перемещением лопасти внутрь цилиндра. В четвертой части кулачок имеет постоянный радиус rmin. Утопленная в цилиндре лопасть перемещается вдоль неподвижной вставки, которая разделяет входную и выходную полости счетчика.

При профилировании кулачка  в пределах первой и третьей частей надо стремиться к тому, чтобы не было резкого изменения ускорения  у лопастей. Выполнение данного условия  необходимо для сохранения длительной работоспособности счетчика. Для  уменьшения трения износа как нижних опорных торцов лопастей о нижнюю поверхность измерительной камеры, так и их боковых плоскостей о  стенки прорезей в цилиндре, целесообразно  устанавливать внизу камеры опорные  ролики или шарикоподшипники, а внутри цилиндра укреплять ролики, направляющие движение лопастей[1].

Таблица 1. Значения Q_max, Q_ном и Q_min для лопастных счетчиков жидкости класса 0,5, м³

Dy, мм	вязкость, м3/с
	(0,55-6)10-6			(6-60)10-6			(60-300)10-6
	Qmin	Qnom	Qmin	Qmin	Qnom	Qmin	Qmin	Qnom	Qmin
100	17.5	70	105	14	56	84	11.5	45	67.5
150	45	180	270	35	140	210	27.5	110	165
200	70	280	420	56	225	337	45	180	270

Объем V жидкости, проходящей через лопастной счетчик за один оборот цилиндра с лопастями, выражается уравнением:

где r_k и r_ц — радиусы камеры и цилиндра соответственно; Н — высота камеры и лопасти; l = r_mах - r_min — радиальный ход лопасти; s — толщина лопасти.

Диапазоны измерения лопастных  счетчиков зависят от вязкости жидкости и для класса точности. Из таблицы 1 видно, что с возрастанием вязкости уменьшаются значения Qmax, Qном и Qmln, но диапазоны измерения сохраняются неизменными, а именно: Q_max/Q_min = 6 и Q_ном /Q_min = 4.

Потеря давления в счётчике при наибольшем расходе до 0,05 МПа. Лопастные счетчики изготовляются  на рабочие давления: 1,0; 1,6; 2,5; 6,4 МПа  и на три диапазона температур измеряемой жидкости: от —40 до +50 °С, от +10 до +60 °С и от +60 до +120 °С.

Для измерения светлых  нефтепродуктов и других нейтральных  жидкостей разработаны лопастные  счетчики на диаметры 100, 150 и 200 мм типа ЛЖ. Корпус с крышкой и вращающийся  цилиндр изготовляют из чугуна, лопасти  из алюминиевого сплава, подшипники шариковые. Для передвижных установок на D = 100 мм спроектиро-ван облегченный счетчик с алюминиевым корпусом. Для измерения агрессивных сред разработаны лопастные счетчики типа ЛЖА. Они изготовлены из коррозионно-стойких материалов, а вместо шарикоподшипников применены подшипники скольжения. Для измерения сырого и дистиллированного парафина созданы лопастные счетчики типа ЛЖО с рубашкой, обогреваемой паром.

Все рассмотренные лопастные  счетчики имеют один вращающийся  цилиндр с одним каналом обтекания. Возможно построение симметричного  лопастного счетчика с двумя вращающимися цилиндрами и двумя измерительными камерами. Такая модификация рекомендуется  при измерении больших расходов (для гашения вибрации).

Область применения лопастных  расходомеров очень широка: измерение  расходов на испытательных стендах, в гидроприводах станков и  технологического оборудования, на стационарных и передвижных бензо- и маслозаправочных станциях, в топливных системах карбюраторных и дизельных двигателей автомобилей, тракторов, строительно-дорожных, сельскохозяйственных, лесозаготовительных машин, тепловозов и судов, как дозаторы при заливке танкеров, железнодорожных цистерн, резервуаров.

Рабочей средой могут быть: нефть и нефтепродукты (минеральные  масла, мазут, бензин, керосин, дизельное  топливо и др.), вода, жидкие химические вещества, сжиженный газ, кислород, азот, природный газ, фреон и многие другие однофазные жидкости и газы.

Преимущества: обладают высокой  точностью, однако потери давления при  измерении сред, выше, чем у турбинных  расходомеров. Точность замеров зависит  от скорости потока и вязкости среды. Для лопастных расходомеров характерны бесшумность в работе, чувствительность даже к капельным расходам рабочей  жидкости, малая инерционность вращающихся  частей, долговечность и надежность. Также эти счетчики легко ремонтировать. При необходимости  замены комплекта ротора снимают заднюю крышку, вынимают его из корпуса и заменяют новым, не разбирая весь прибор. При заказе счётчика указывают его тип и диапазон вязкостей измеряемой жидкости.

7 Ковшовые счетчики жидкости

Вращающаяся система счетчика состоит из цилиндрического ротора с крестообразным поперечным сечением (см. рисунок 10) и четырех полукруглых  корытообразных ковшей, которые размещены  в полукруглых пазах, выточенных в роторе.

Рисунок 10 - Схема ковшового  счетчика жидкости

На концах ротора имеются  две дисковые пластины с укрепленными на них четырьмя подшипниками. Внутри этих подшипников вращаются оси  ковшей. Для прохода жидкости имеется  кольцевой канал, расположенный  между измерительной камерой  и ротором. Внизу данного канала помещена вставка, препятствующая непосредственному  перетоку жидкости из входного отверстия в выходное.

Площадь поперечного сечения  канала равна:

где r_u — внутренний радиус измерительной камеры; r_p — наружный радиус ротора; Н — высота канала.

Для герметизации кольцевого канала, который всегда перекрыт двумя  или тремя ковшами, должно обеспечиваться соотношение между радиусом ковшей r_u и радиусом окружности r₀, на которой расположены их оси:

Принцип действия: движение ковшей и вращение ротора вызывается разностью давлений жидкости на входе и выходе. При этом ковши движутся плоскопараллельно, не меняя наклона относительно оси ротора. Такое движение обеспечивается с помощью четырех шестерен, укрепленных на осях ковшей и связанных четырьмя промежуточными шестернями с центральной неподвижной шестерней.

Но применяется и другой способ, заключающийся в применении особого четырехзвенного механизма, который состоит из диска, несущего четыре пальца, связанного кривошипами с ковшами. Диск расположен эксцентрично на передней промежуточной крышке и может вращаться вокруг своей оси. Геометрические оси ротора, диска, ковша и кривошипа — вершины четырехзвенного механизма. В результате при полном повороте ротора по часовой стрелке ковши также совершают полный по-ворот вокруг своих осей, но уже против часовой стрелки[1].

Достоинства ковшовых счётчиков:

1. Большой измерительный объем, благодаря чему они удобны для измерения сравнительно больших расходов жидкости в трубах диаметром 200— 400 мм. За полный оборот ротора через счетчик перемещается жидкость, не только находящаяся в кольцевом канале, но также и заполняющая полукруглые пазы в роторе. Поэтому измерительный объем счетчика равен всей площади измерительной камеры за вычетом крестообразной площади поперечного сечения ротора, а также площади поперечного сечения стенок ковшей.
2. Большой диапазон измерения: Qmax/Qmin = 10.
3. Малая погрешность в пределах диапазона измерения: ±0,5 % от измеряемой величины.

Основной  недостаток данных счетчиков — конструктивная сложность. У ковшовых сопротивление движению разделительных элементов возрастает с увеличением вязкости жидкости, как и у других счетчиков камерного типа, что приводит к соответствующему снижению предельно допустимых расходов. Потеря давления в большинстве случаев не превосходит 30 кПа (при очень большой вязкости не свыше 50 кПа).

8 Кольцевые счетчики жидкости

Рисунок 11 – Схема кольцевого счетчика жидкости

Подвижным элементом кольцевого счетчика является кольцо 8 (см. рисунок 11), находящееся внутри измерительной  камеры 2. Кольцо катится по внутренней поверхности камеры 2 под давлением  жидкости, которая поступает через  отверстие 6. Кольцо одновременно скользит вдоль перегородки 5, вытесняя жидкость из измеритель-ной камеры через выходное отверстие 4. При этом ось 7 кольца движется по часовой стрелке вокруг оси 3 внутри цилиндра.

Ось 7 поворачивается на 180°, после чего  внутри кольца окажется замкнутым определенный объем жидкости. Снаружи кольца поступает жидкость, под давлением которой оно продолжает свое движение и вытесняет замкнутую в нем жидкость через отверстие 4. Измерительный объем счетчика можно определить по выражению: