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一种新型微型液体涡轮流量计的研制


文章日期:2017-06-17|阅读数:


新型微型涡轮流量计是一种容积式与速度式计量原理相结合的产品,该文介绍了一种新型微型液体涡轮流量计的计量原理、基本结构,并通过运动分析,阐述了该结构涡轮流量计的性能特点,通过与传统涡轮流量计的比对,证明了此结构在小口径低流量计量方面具有计量精度更准确、适应范围广、稳定可靠等特点。

0.引言

涡轮流量计是一种速度式流量计, 一般由涡轮、轴承、前置放大器、显示仪表等组成,利用的是置于流动中的叶轮转速与流体流速成正比的原理,用于测量充满于封闭圆管道中连续流过的体积流量。 因为其具有精度高、重复性好、抗干扰能力强、测量范围宽、结构紧凑等优点,在整个工业领域有着广泛应用。

传统涡轮流量计, 多数采用的是直板型叶片轮,流体流经叶片时,相对叶片有一个入射角,从而在叶片转动时既产生摩擦阻力,又产生黏滞阻力,而这两个阻力都与液体的粘度成正比,即粘度越大阻力也就越大。 又由于直板型叶片轮直接装配在流量计壳体内,壳体与叶片相互之间间隙较大,因此当介质粘度较大时,叶片轮旋转阻力增大,而介质却已经在很大的间隙中流出,此时信号与流量就不能成为比例关系,造成极大的计量误差。

 

对于小口径涡轮流量计,由于小口径的磁电转换器中的磁钢在通过小流量时对直板型叶片轮产生的磁阻力矩相对较大,同时也影响了直板型叶片轮的正常转动。 为了保证仪表计量准确度,一般必须加大流体的流速,增加对直板型叶片轮的推动力,因此传统涡轮流量计适用于大口径、大流量工况情况下的计量。

1 微型液体涡轮流量计计量原理

汽车衡1.jpg

微型涡轮流量计计量原理如图 1 所示。 该流量计设计采用了速度式计量和容积式计量相结合的原理:在流量计壳体内,增加了一个计量腔体;计量腔体内装配螺旋型叶片轮,同时螺旋叶片内埋铸了磁钢(磁钢的 N/ S 极指向垂直于转轴的轴线),形成了核心计量组件。 当流体通过计量腔体时推动螺旋叶片轮旋转,磁钢也随之同步旋转,安装在流量计壳体上的传感器线圈感应到磁钢磁极的变化而产生了高低电平脉冲,将检测到的信号送入前置放大器,对信号进行放大、整形,进而用于流量显示和远传。

在测量范围内,传感器的输出脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比,其比值称为仪表常数,用 K(P / L) 表示。 每台传感器都经过实际测试标定仪表常数值。 当测出脉冲信号的频率 f 和某一段时

 

间内的脉冲总数 N 后,分别除以仪表常数 K( P / L)便可求得瞬时流量 q( L / s) 和累积流量 Q( L) ,即:

 

q=f / K , Q=N / K

 

式中: f 为脉冲信号的频率( P / s);N 为脉冲信号总量(P) 。

2 微型液体涡轮流量计结构

微型液体涡轮流量计的基本结构如图 2 所示,主要由壳体、计量管、轴承组件、叶轮、传感器线圈和带放大电路的输出装置等组成。

计量管安装在壳体中,前后两端各有一个轴承组件,埋铸了磁钢的叶轮靠轴承组件支撑,并调整位于壳体正中心,叶轮上均匀分布着 2 片螺旋叶片,流体流过时冲击叶片使叶轮产生转动。 线圈位于磁钢上方,发信器内放置放大电路。

 汽车衡2.jpg

所包含的容积式流量计通用的计量腔的双计量腔结构( 计量管与流体通道之间间隙、计量管内腔) ,即计量腔体与叶轮上的螺旋叶片之间的间隙可以控制,得以保证流体的流通量相对稳定,进而保证流量计的计量准确性和稳定性。

2. 1 壳体

 

不锈钢圆筒形结构,能够比较容易达到高压的要求。

2. 2 涡轮

 

涡轮由不导磁不锈钢材料制成,装有螺旋状叶片。 流体经过螺旋叶片上的任意不同半径时,流动方向都与螺旋叶片的角度平行,使得流体与叶轮旋转方向相同,没有夹角,因此流体在螺旋叶片上产生的摩擦阻力大大降低。 图 3 表明叶片表面和流体之间的半径和入射角是不存在的。

汽车衡3.jpg

2. 3 轴承

轴向推力,使轴承的摩擦转矩增大,加速铀承磨损,为了消除轴向力,需在结构上采取水力平衡措施,因此轴承设计成在前部球形、 后部锥型的组件形式,来支持反向流动,如图4 所示。

汽车衡4.jpg

同时设计上涡轮处直径 DH 略小于前后支架处直径 DS ,所以,在涡轮段流通截面扩大,流速降低,使流体静压上升 p,这个 p 的静压将起到抵消部分轴向推力的作用。

2. 4 微型液体涡轮流量计性能特点

 

1) 双计量腔结构保证较高的准确性、稳定性和重复性;2) 独特的螺旋叶片设计,更适用于低流速、小流量的流体计量,同样精度下,流量量程比更宽; 3) 对粘度变化的敏感度比容积式流量计和传统型涡轮流量计要小,粘度适应性更广。

3 结束语

 

新型微型涡轮流量计优于传统型的涡轮流量计,兼具容积式流量计和传统型涡轮流量计的使用范围,特别适用于小口径、小流量、粘度范围宽的流体计量,具有良好的可靠性、较高的准确度和重复性。 按此结构设计的 DN15 口径液体涡轮流量计,已达到国外同类同口径产品的水平。 该结构流量计及相关关键部件已申请了发明专利、并已获得4项实用新型专利。

 



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