机械毕业设计96容积式流量计设计

目 录 1绪论 4 1 1当前背景 4 1 2课题简介 4 1 3课题意义 5 2 原始技术参数及生产纲领 6 2 1原始技术参数 6 2 2生产纲领计算 6 3 确定生产类型 7 3 1查资料进行选择性的方案比较 7 3 1 1各种流量计的分析 7 3 1 2选定设计、生产的流量计型号 15 3 2刮板 式 流量计工作原理设计 19 4 刮板 式 流量计的设计 21 4 1刮板 式 流量计主要部件设计简介 21 4 2流量计辅助驱动轮系 21 4 3刮板式流量计主要部件 22 4 3 1外壳设计 22 4 3 2内部测量元件 22 4 3 3辅助驱动轮系 23 5流量计的使用与维护 28 结论 30 致谢 31 参考文 献 32 摘要 石油，石油产品的出售、购买、商业性的交接中，准确的计量是极其重要的，计量准确可避免买卖之间争议，并使损耗保持在控制的范围之内。同样油田、管道、炼厂对油气水等各种介质，也要进行生产过程控制和管理性质的流量计量，其它生产领域也会有流体的流量测试。 在流体的流动中，具有某一定面积的截面，把流体过该截面的体积与时间之比称为流量。用流体流过的体积与时间之比来表示流量时、称为体积流量（或容积流量）。用翻斗测量液体体积的方法，在油田是不陌生 的，容积式流量计，就是根据同样的原理测量经管道的流量体积量的流量计。这种流量计，由于再原理上都有使流体充满具有一定容积的 “ 斗 ” 的空间，然后，把这样分流体送到流出口排出，因此叫容积式流量计，也叫正排量流量计。 当被计量的流体经过流量计时，推动刮板和转子旋转，与此同时，刮板沿着一种特殊的轨迹成放射状的伸出或缩回。但是每天两个相对的刮板端口之间的距离是一定值，所以在括报连续转动时，在两个邻的刮板，转子，壳体内腔，以及上下盖板之间就形成了一个容积固定的计量空间，转子每天转一圈，就可以排成四个同样闭和的体积 精确的计 量空间的液体量。不论哪种型式的刮板流量计，其动作原理是相同的 。 关键词 流量计量 计量空间 刮板流量计 Abstract The petroleum, the petroleum product sells, the purchase, incommercial connecting with, the accurate measurement is extremelyimportant, the measurement is accurate may avoid between businessdisputing, and makes the loss to maintain in the control scope. Sameoil field, pipeline, refinery to oil gas water and so on each kind ofmedium, also must carry on the industrial control and the managementarchery target current capacity measurement, other realms ofproduction also can have the fluid the current capacity test. In fluid flowing, has some certain area the section, is called thefluid this section volume and the time ratio of the current capacity.With the fluid stream volume and the time recently expressed whencurrent capacity, is called the rate of volume flow (or volumetricflow). With turns fights the survey liquid volume the method, in theoil field is not strange, the volume type flowmeter, is the basissimilar principle survey after the pipeline current capacity volumequantity flowmeter. This kind of flowmeter, because again in theprinciple all has causes the fluid to fill has the certain volumefights the space, then, divides the fluid to deliver like this flowsthe exportation to discharge, therefore is called the volume typeflowmeter, also argues the displacement flowmeter. When the flowmeter measurement of fluid, and promoting the scraper rotor rotating at the same time, a special scraper along the radial trajectory into the extended or retracted.But the scraper day two relative distance between the port is a certain value, including newspaper in continuous rotation, the two neighbors in the scraper, rotor, Shell inner cavity, as well as from top to bottom has developed between Flat the measurement of a fixed volume of space, a day to circle the rotor, the same four will be closed and lined up the volume - precise measurement of the liquid space.Regardless of what type of scraper flowmeter, the principle is the same action The Keyword Flow measurement Measurement space scraper flowmeter 1 绪论 1 1 当前背景 石油，石油产品的出售、购买、商业性的交接中，准确的计量是极其重要的，计量准确可避免买卖之间争议，并使损耗保持在控制的范围之内。同样油田、管道、炼厂对油气水等各种介质，也要进行生产过程控制和管理性质的流量计量，其它生产领域也会有流体的流量测试。 流量测量方法和仪表的种类繁多 ,分类方法也很多。至今为止 ,可供工业用的流量仪表种类达 60 种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。 这 60 多种流量仪表 ,每种产品都有它特 定的适用性 ,也都有它的局限性。按测量对象划分就有封闭管道和明渠两大类 ;按测量目的又可分为总量测量和流量测量 ,其仪表分别称作总量表和流量计。 总量表测量一段时间内流过管道的流量 ,是以短暂时间内流过的总量除以该时间的商来表示 ,实际上流量计通常亦备有累积流量装置 ,做总量表使用 ,而总量表亦备有流量发讯装置。因此 ,以严格意义来分流量计和总量表已无实际意义。 容积式流量计又称排量流量计（ positive displacement flowmeter），简称PD流量计或 PDF，在流量仪表中是精度最高的一类。它利用机械测量 元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。 PD 流量计一般不具有时间基准，为得到瞬时流量值需要另外附加测量时间的装置。定排量测量方法可追溯到 18 世纪， 20世纪 30年代进入普遍商业应用。 1 2 课题简介 在流体的流动中，具有某一定面积的截面，把流体过该截面的体积与时间之比称为流量。用流体流过的体积与时间之比来表示流量时、称为体积流量（或容积流量）。用翻斗测量液体体积的方法，在油田是不陌生的，容积式流量计，就是根据同样的原理测量经管道的 流量体积量的流量计。这种流量计，由于再原理上都有使流体充满具有一定容积的“斗”的空间，然后，把这样分流体送到流出口排出，因此叫容积式流量计，也叫正排量流量计。 容积式流量计可以说在许多方面是从泵或压缩机的原理发展起来的，到1930 年容积流量计已在油灌车、油库和小的输送管道上进行石油液体的精确计量了。在 1950年和 1966年，世界上一些大管道输油和大油轮上出现，容积流量计已发展到每小时能计量 1600 立方米的流量了，普遍认为容积流量计是由于石油测量方面最准确的一种流量计。 本设计的 LBC （ Y）型金属刮板流量计 就是根据容积式原理进行设计的。 1 3 课题意义 容积式流量计又称排量流量计（ positive displacement flowmeter），简称PD流量计或 PDF，在流量仪表中是精度最高的一类。 PDF 由于具有精确的计量特性，在石油、化工、涂料、医药、食品以及能源等工业部门计量昂贵介质的总量或流量。在这些流程工业中进药液注入、抽出或混合配比控制，化学液中触媒、硬化剂、聚合防止剂等添加剂的定量注入，向食品流体和化妆品添加香料，涂装线涂料的定量供给等。 PDF 最大用途是石油制品等的储运交接和分发等计量，这些 应用领域可作为财务核算的依据或作为纳税和买卖双方执行合同的法定计量。 在以体积流量计组合的间接法质量流量测量中， PDF 与速度式等推导体积流量计相比，所的体积是直接几何量，体积量的影响因素要单纯些。在不适合采取密度计测量的高压天然气测量中，不易处理的气体压缩系数，用 PDF 可间接求得。具有高精度、长期性能保持性和良好重复性的高品质 PDF，在比较法流量标准装置中用作标准流量计（又称校准用流量计， reference flowmeter 或 master flowmeter）作流量量值传递。 PDF 相对庞大笨重，尤其是大 流量、大口径仪表，逐渐被涡轮式、电磁式、涡街式和科里奥利质量式替代一部分。然而其优良的重复性和精度长期保持性等性能优势，仍能保持着许多应用领域，在可预见的未来不会全被其它仪表所替代。PDF 在国外还广泛应用于液化石油气，在我国则尚处于起动初始阶段。 2 原始技术参数及生产纲领 2 1 原始技术参数 某公司所生产的同类型 产品主要销往江苏油田和其他油田， 本设计的原始技术参数就来源于该公司。 其主要求为： 1、 管道公称通经： 80mm 2、 要求流量范围： 1260m/h 3、 工作压力范围： 2.56.3Mpa 4、 工作 温度范围： 150 5、 精度等级要求： 0.2 6、 压力损失范围： 0.1 7、 液 体 ：原油 2 2 生产纲领计算 该 公司的 产品年产量为 3000 台左右，设其备品率为 10%，机械加工废品率为 5%现制定该产品的机械加工工艺规程。 )1( nQN %)5%101(3000 3450 该产品的年产量为 3450 台，现已知该产品属于轻型机械，根据机械制造工艺设计简明 手册（李益民）表 1.1-2生产类型与生产纲领的关系。可确定其生产类型为中批量生产。 3 确定生产类型 3 1 查资料进行选择性的方案比较 3 1 1 各种流量计的分析 流量测量方法和仪表的种类繁多 ,分类方法也很多。至今为止 ,可供工 业用的流量仪表种类达 60 种之多。品种如此之多的原因就在于至今还没找到一种对任何流体、任何量程、任何流动状态以及任何使用条件都适用的流量仪表。 按照目前最流行、最广泛的分类法 ,即分为 :容积式流量计、差压式流量计、浮子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、流体振荡流量计中的涡街流量计、 旋 涡式流量计、 质量流量计和插入式流量计来分别阐述各种流量计的原理、特点、应用概况及国内外的发展情况。 而目前市场销售的流量计主要有： 1、差压式流量计 2、浮子式流量计 3、叶轮式流量计 4、旋涡式流量计 5、超声流量计等 6、质量式流量计 7、容积式流量计 1、差压式流量计 差压式流量计是目前工业生产中常用于测量气体、液体和蒸汽流量的一种流量计仪表。使用比较光泛，其主要具有两个非常突出的优点是： （ A） 、结构简单，安装方便，工作可靠，成本低，又具有一定的准确度，基本能满足工程测量的需要。 （ B） 、研究 设计和使用历史悠久，有丰富的、可靠的实验数据，设计加工已经标准化。只要按标准设计加工的差压式流量计，不需要进行标定，也能在已知的不确定度范围内进行流量测量。 尤其是第二个优点，使得差压式流量计在制造和使用上都非常方便。因为对一个流量计，特别是大流量测量用的流量计，在标定和检定时会遇到各 种各样的困难。 缺点 : (1)测量精度普遍偏低 ; (2)范围度窄 ,一般仅 3:14:1; (3)现场安装条件要求高 ; (4)压损大 (指孔板、喷嘴等 )。 应用概况 : 差压式流量计应用范围特别广泛 ,在封闭管道的流 量测量中各种对 象都有应用 ,如流体方面 :单相、混相、洁净、脏污、粘性流等 ;工作状态方面 :常压、高压、真空、常温、高温、低温等 ;管径方面 :从几 mm到几 m;流动条件方面 :亚音速、音速、脉动流等。它在各工业部门的用量约占流量计全部用量的 1/41/3。 2、浮子式流量计 浮子流量计又名转子流量计（或面积流量计）。与差压式流量计不同，浮子流量计在测量过程中，始终保持节流件（浮子）前后的降压不变，而是通过改变流通面积来改变流量的仪表，所以浮子流量计也称作恒压降流量计。 浮子流量计具有悠久的历史，由于它 具有结构简单、刻度直观、使用维护方便、压损小而恒定等优点，所以被广泛应用与工业流量测量领域。浮子流量计在 20 世纪初就已经出现， 30 年代有较大发展， 50年代在性能和品种有很大提高。我国于 20 世纪 50 年代后期开始生产玻璃浮子流量计， 60年代，国内曾组织过全国性的浮子流量计的研究工作，并统一制定关于浮子式流量计的设计标准。 浮子流量计按其制造材料的不同，可分为玻璃浮子流量计和金属管浮子流量计两大类。玻璃浮子流量计结构简单，浮子的位置清晰可见，刻度直观，成本低廉，一般只用于常温、常压下透明介质的流量测量。这 种流量计只有就地指示，不能远传流量信号，多用于工业原料的配比计量。金属管浮子流量计由于采用金属锥管，流量计工作时无法直接看到浮子的位置和工作情况，需要用间接的方法给出浮子的位置，因此按其传输信号的方式不同，金属管浮子流量计又可分为远传型和就地指示型两种。这种流量计多用于高温、高压介质，不透明及腐蚀性介质的流量测量。除了能用于工业原料配比计量外，还能输出标准信号与记录仪和显示器配套使用计量累积流量。 特点 : (1)玻璃锥管浮子流量计结构简单 ,使用方便 ,缺点是耐压力低 ,有 玻璃管易碎的较大风险 ; (2)适 用于小管径和低流速 ; (3)压力损失较低。 3、叶轮式流量计 叶轮式流量计是一种速度式流量仪表，主要有涡轮式流量计、分流旋翼流量计、水表和叶轮风速计等。 涡轮流量计是叶轮式流量计的主要品种，在国际上已有近半个世纪的工业应用历史，我国从 60 年代中期开始生产，已形成系列化仪表。它利用置于流体中的叶轮的旋转角速度与流体流速成比例的关系，通过测量叶轮的转速来反映通过管道的体积流量大小，是目前流量仪表中比较成熟的高精度仪表。涡轮流量计由涡轮流量传感器和流量显示仪表（流量积算仪）组成，可实现瞬时流量和 累积流量的计量。传感器输出与流量成正比的脉冲频率信号，该信号通过传输线路远距离传送给仪表，便于进行累积和显示。此外，传感器输出的脉冲频率信号可以单独与计算机配套使用，由计算机代替流量显示仪表实现密度或温度、压力补偿，显示质量流量或空气、天然气的低粘度流体介质，通常用于流体总量的测量。如今，涡轮流量计已在石油、化工、科研、国防和计量等各部门中获得广泛使用。 优点 : (1)高精度 ,在所有流量计中 ,属于最精确的流量计 ; (2)重复性好 ; (3)元零点漂移 ,抗干扰能力好 ; (4)范围度宽 ; (5)结构紧凑。 缺点 : (1)不能长期保持校准特性 ; (2)流体物性对流量特性有较大影响。 应用概况 : 涡轮流量计在以下一些测量对象获得广泛应用 :石油、有机液体、无机液、液化气、天然气和低温流体统在欧洲和美国 ,涡轮流量计在用量上是仅次于孔板流量计的天然计量仪表 ,仅荷兰在天然气管线上就采用了 2600 多台各种尺寸 ,压力从 0.86.5MPa 的气体涡轮流量计 ,它们已成为优良的天然气计量仪表。 4、旋涡式流量计 旋涡流量计是 20 世纪 70 年代发展起来的一种新型流量仪表。因许多优点，受到国内外广大用户欢迎，发展较快，应用不断扩大， 再某些领域已部分代替了差压式流量计或其它流量仪表。 旋涡流量计是利用流体震动原理来进行流量测量的。即在特定流动条件下，流体一部分动能产生流体震动，且震动频率与流体的流速（或流量）有一定的关系。这种流量计可分为为自然震荡的卡门旋涡分离型和流体强迫震荡的旋涡进动型两种。前者称为涡街流量计（ Vortex Shedding Flow meter） ,后者称为旋进旋涡流量计（ Swirl Flow meter） .除此以外，还有射流流量计（ Flu-idic Flow meter）以及一种比较新型的空腔震荡流量计（ Cavity Oscillation Flow meter）也属旋涡流量计的范畴。目前用得最多的是旋涡流量计，它的主要特点： 1） 输出是与流量成正比的脉冲信号，适用于流体总量测量，无零件点漂移； 2） 与差压式流量计、浮子流量计等相比，测量精度较高、一般可达（ 1% 2%） R； 3） 压力损失叫小，测量范围叫大，可大 10 1到 20甚至更大； 4） 结构简单牢固、维护方便、安装费用较低； 5） 适用范围较广，可用于液体、气体、蒸汽的流量测量，气液通用； 6） 在一定的雷诺数范围内，输出信号频率不受流体物性和组分变化影响，仪表系数仅于旋涡发 生体形状和尺寸有关，为旋涡发生体的标准化创造了条件； 7） 可根据介质和现场选择相应的检测方法，仪表的适应性较强。 但旋涡流量计也存在着一定的局限性： 1） 它是一种速度式流量计，旋涡分离的稳定性受流速分布影响，换上游不同形式阻流件，应配置足够长的直管段，才能保证测量精确度。不少专家认为，它对直管的要求不会比节流装置低； 2） 与同口径涡轮流量计相比，仪表系数较低，且随口径增大而降低，分辨率也降低，所以满管式仪表的通径大都在 300mm以下； 3） 不适用于低雷诺数的流量（一般 ReD 2*104） ,所以，对于高粘度、低流速和小口径的情况下应用受到限制； 4） 不适用于管内有较严重的旋转流以及管道产生振动的场所； 5） 旋涡分离是管内局部压力会明显下降，测量液体时，当压力降到液体当时温度所对应的饱和蒸汽时，将发生气蚀现象，因此上限流速受压损和“气蚀”现象限制； 6）两相流、脉动流对测量有影响，在某些情况下甚至难以形成涡街，仪表无法工作； 5、超声流量计 超声波在流动的流体中传播时，可以载上流体流速的信息。因此，通过接受穿过流体的超声波就可以检测出流体的流速，从而换算成流量。一般来说，超声流量计是测量体积 流量值的。超声流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和积算系统三部分组成。超声波换能器将电能转换为超声波能量，将其发射并穿过被测流体，接收器接收到超声波信号，经电子线路放大并转换为代表流量的电信号，供显示积算仪显示和积算，这样就实现了流量的检测显示。 超声流量计是 20 世纪 70 年代随着 IC（集成电路）技术迅速发展才开始得到实际应用的一种非接触式仪表，相对于传统的流量计而言，它具有下列主要特点： 1） 解决了大管径、大流量及各类明渠、暗渠测量困难的问题。因为一般流量计随着管径的增大会带来制造和运输上的困难， 有不少流量计只适用于圆形管道，而且造价提高，能耗加大，安装不便。这些问题，超声波流量计均可避免，提高了流量测量仪表的性能价格比。 2） 对介质几乎无要求。超声流量计不仅可以测液体、气体、甚至对双相介质（主要是应用多普勒法）的流体流量也可以测量；由于利用超声测量原理可制成非接触式的测量仪表，所以不破坏流体的流场，没有压力损失，并且可解决其他类型流量计所难以测量的强腐蚀性、非导电性、放射性的流量测量问题。 3） 超声流量计的流量测量准确度几乎不受被测流体温度、压力、密度、粘度等参数的影响。 4） 超声流量 计的测量范围度宽，一般可达 20 1 6、质量流量计 前面讨论的各种流量计，无论是容积式、叶轮式、涡街式、电磁式、还是超声流量计，从原理上看，都是测量体积流量的。差压式流量计虽然从流量公式pKq v 和 pKqm 看 ，可以测量体积流量和质量流量，但其流量值是受流体介质的密度和温度、压力的变化影响的，需要作密度或温度压力的修正，不能直接得到质量流量。在工业生产过程参数检测和控制等方面的要求，产品交易储存等都需要直接知道介质的质量流量。 尤其是随着现代化工业的发展，要求节约能源和物料以提高经济效益，以及被测介质价格的上涨，对测量准确度的要求越来越高，测量体积流量再人工乘上密度求取质量流量的方式再也不能满足现代生产的要求。人们迫切希望流量计能直接测量和显示被测介质的质量流量值，而不受其他参数的影响。 质量流量计可以分成如下两大类 ： 1） 直接式质量流量计 ： 直接式质量流量计是指流量计的输出信号能直接反映流体介质的质量流量值，原理上与介质所处的状态参数（温度压力）和物性参数（粘度密度）等无关的流量计。 近十几年来，直接式质量流量计得到了很快 的发展。尤其是一种基于测量介质流动中所受科里奥利（ Coriolis）力的质量流量计和一种热式质量流量计，由于在测量质量流量计方面具有高准确度高重复性和高稳定性的特点。在工业上得到了广泛的应用。 2） 间接式质量流量计 ： 间接式质量流量计可分成两类：一类是组合式质量流量计，也可以称推导式质量流量计：另一类是补偿式质量流量计。组合式质量流量计和补偿式质量流量计实际上是测量方法和技术，是由多种仪表组成的质量流量测量系统。 3） 组合式质量流量计同时检测流体介质的体积流量值vq和密度值 ；或者同时用两种不同类型的流量计测量流量（如差压式流量计和涡轮流量计），然后通过运算器运算出与介质质量流量有关的信号输出。 4） 补偿式质量流量计同时检测介质的体积流量和介质温度压力值，再根据介质密度与温度 压力的关系，由运算单元计算得到该状态下介质的密度值，最后计算得到介质的质量流量值输出。 5） 间接式质量流量测量方法是较早地在工业上应用的一种质量流量测量方法，对于温度压力变化范围较小的测量场合，或是温度 -密度成线性关系的介质来说，采 用间接式质量流量计能得到比较满意的测量结果。但对于不满足上述条件的介质，由于其温度压力与密度之间的关系比较复杂，很难实现自动准确的补偿。因此，在工业上仍很有必要采用直接式质量流量计直接地测量介质的质量流量值。从根本上解决流体介质的质量流量的问题，仍是国内流量测量中的重要课题，有待人们深入研究解决。 7容积式流量计 容积式流量计，亦称定（正）排量流量计（ Positive Displacement Flowmeter） ,简称 P D流量计，是一种具有悠久历史的流量仪表。广泛应用于测量石油类流体（如石油 汽油柴油液化石油气等）饮料类流体（如酒类使用油等）气体（如空气低压天然气及煤气等）以及水的流量。在流量计中是精度最高的一类仪表之一。 容积式流量计是利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个己知体积，并进行重复不断地充满和排放该体积部分的流体而累加计量出流体总量的流量仪表。它类似于人们日常生活中“勺子舀水”的原理，即用一具有一定容积的小容器（或叫“计量斗”）来反复不断地计量流体体积。虽然，现代使用的容积式。虽然，现代使用的容积式流量计有很多种类，但流量计内部都有构成一定容积的“斗”空间，是容积 式流量计的基本特点。 容积式流量计是一种无时基的仪表，其测量时间间隔是任意选取的，因此，一般不用它来测量瞬间时流量，而是常用来计量累积流量（又称总量）。它是一种累积流量计（又称总量表）。 A、 容积式流量计具有如下特点 。 1） 测量准确度高，是所有流量仪表中测量精度最高的一类仪表。其测量液体的基本误差一般可达 0 1%R 到 0 5%R，甚至更高。而且容积式流量计的特性一般不受流动状态的影响，也不受雷诺数大小的限制。除脏污介质和特别粘稠的流体外，它可用于各种液体和气体的流量测量。 2） 安装管道条件对流量计计量精度没有影响，流量计前不需要直管段，而绝大部分其他流量计都要受管内流体流速分布的影响，这使得容积式流量计在现场使用有极重要的意义。 3） 可用于高黏度液体的流量测量。 4） 测量范围度较宽，典型的流量范围度为 5： 1到 10： 1，特殊的可达30： 1，高精度测量时范围度有所降低。 5） 直读式仪表无需外部能源就可直接得到流体总量，使用方便。 B、容积式流量计的缺点如下 。 1） 机械结构较复杂，体积庞大笨重，尤其是大口径仪表。所以，容积式流量计一般只适用于中小口径。 2） 被测介质 的种类口径介质工作状态等的适应范围不够宽。容积式流量计的适用范围为：工作压力最高可达 10MPa，测量液体时工作温度可达 300C，测量气体时工作温度可达 120C。仪表口径为 10500mm，液体流量范围（ 0 43000） m)/h. 3） 大部分容积式流量计只适用于洁净单相流体。测量含有颗粒脏污物的流体时需安装过滤器，测量含有气体的液体时必须安装气体分离器。 4） 部分形式的仪表（如椭圆齿轮式腰轮式卵轮式旋转活塞式往复活塞式等）在测量过程中会给流动带来脉动，大口径仪表会产生较大噪声，甚 至使管道产生震动。 容积式流量计的结构形式很多，根据其测量元件的结构特点，主要有如下几种：转子型，它包括椭圆齿轮流量计，腰轮（罗茨）流量计，齿轮型流量计，双转子（螺杆）流量计等；刮板型，包括凸轮式和凹线式等多种结构形式的刮板流量计；活塞型，包括往复活塞流量计、旋转活塞流量计等；还有其他结构如圆盘流量计、模式气体流量计、湿式（又称转筒式）气体流量计等。 根据上面的材料进行分析，最适合公司企业 利益最大化，又可以满足销售方生产需要的流量计为： 容积式流量计 。 主要原因是因为 容积式流量计 可以适合压力不稳定的工作场合，可 以用于油田的原油管道计量，比较适合 订货方 要求；另一方面， 容积式流量计 技术要求不算太高，可以 适合在中、小型企业生产。 3 1 2 选定设计、生产的流量计型号 1、齿轮流量 计 齿轮流量计是一种较新的确容积式流量计，有些产品目录中亦称其为福达流量计，其结构原理如图 3-1 所示。在流量计的壳体内部有两个由特种工程塑料制成的齿轮状转子，内藏沿圆周分布的磁体。当流体进入流量计时，推动转子和磁体转动，安装在仪表壳体外的霍尔传感器感应到对应流量的磁脉冲信号，并转换成电脉冲信号后送到变送器进行线性化处理和显示。 这种流量计的优点 ：体积小，重量轻；运行时震动噪声小；可测量粘度高达 10000Pa.s 的流体；其计量准确度高，一般可达 0 5%R，加非线性补偿后可达（ 0 1% 0 5%） R的高精度，测量范围度最高可达 1000：1。 齿轮流量计有通用型高压型食品卫生型和全塑型等几种类型，适用于各种清洁液体的流量测量。根据流量计的口径大小，也允许流体中存在一定的颗粒杂质。 （图 3-1） 2、刮板型流量计 刮板流量计的结构有凸轮式和凹轮式两种形式，分别如图 3-2 和图 3-3所示。 2 1、 凸轮式刮板流量计 在图 3-2 示的凸轮式刮板流量 计中，流量计测量室（由流量计壳体与内转子圆筒组成的圆环）内有 A、 B、 C、 D两对可随内转筒转动和径向滑动的刮板。两对刮板的径向滑动由凸轮控制，径向连接的两个刮板 A、 C和 B、D的顶端之间的距离为一定值。 当有流体通过流量计时，在流量计进口流体的压差作用下，推动下推动刮板与转子旋转。到图 3-2 示的状态，刮板 A 和 D 由凸轮控制全部伸出转子圆筒，与测量室内壁接触，形成密封的“斗”空间（计量室），将进口的连续流体分隔出一个单元体积。此时，刮板 C 和 B 则全部收缩到转子圆筒内。在流体差压的作用下，刮板和转子继续旋转到图 b 的状态 ，刮板 A仍为全部伸出状态，而刮板 D 开始收缩的同时，刮板 B 开始伸出。当旋转到状态图 c 时，刮板 D 全部收缩到转子圆筒内，而刮板 B 由凸轮控制全部伸出转子圆筒与测量室内壁接触， B、 A 之间形成密封空间，将进口的连续流体又分隔出一个单元体积。旋转到状态图 d 时，随着刮板 A 开始收缩，计量室内的流体又开始排向出口。接着依次是刮板 A、 D形成密封空间。转子旋转一周，共有 4 个单元体积的流体通过流量计。只要记录转子的转动次数 N，同样可以用 该 式来表示通过流量计的流体流量。 （图 3-2） 3、 凹线式刮板流量计 凹线式刮板流量计的动作过 程几乎与凸轮式刮板流量计一样，区别在于凸轮式刮板的径向滑动是靠凹轮式来控制的，转子按顺时针方向转动；而凹轮式刮板的径向滑动是靠具有凹线的壳体来控制的，转子按逆时针方向转动，如图 3-3 所示。两对刮板在凹线的控制下，在转子的“十”字形槽内滑动。 （图 3-3） 刮板流量计适用于液体流量测量，计量准确度较高，一般可达 0 2级；运行时振动和噪声小；能计量含少量杂志的流体。 齿轮流量计 、 凸轮式刮板流量计 、 凹线式刮板流量计 着三种流量计，根据调查，某 公司制造成本最低的为： 凸轮式刮板流量计 。因为齿轮流量计，核心部件 齿 轮，该公司需要外购，成本较大，不宜该 公司利益； 凸轮式刮板流量计 和 凹线式刮板流量计 相比，凸轮式流量计设计对 该 本公司比较容易，现有的生产设备可以满足生产凸轮式流量计的需要，从而降低了生产成本，提高了 该 公司的利益。 3 2 刮板式流量计工作原理设计 当被计量的流体经过流量计时，推动刮板和转子旋转，与此同时，刮板沿着一种特殊的轨迹成放射状的伸出或缩回。但是每天两个相对的刮板端口之间的距离是一定值，所以在括报连续转动时，在两个邻的刮板，转子，壳体内腔，以及上下盖板之间就形成了一个容积固定的计量空间，转子每天转一圈，就可 以排成四个同样闭和的体积 精确的计量空间的液体量。不论哪种型式的刮板流量计，其动作原理是相同的。先就本设计的凸轮式刮板流量计加以说明。 （图 3-4） 图 3-4是凸轮式刮板流量计动作原理。当刮板处于图示位置时，刮板 A和 D全部伸出转子与计量室内壁相接触，并保证密封，刮板 B和 C全部收缩到转子内，当被测液体进入流量计后推动刮板和转子沿顺时针方向旋转。转子和刮板旋转八分之一圈时，刮板 A仍伸出，刮板 D开始受缩，刮板 C仍处于全部收缩状态，刮板 B 开始伸出。转子和刮板旋转四分之一圈时，刮板 A 仍全部伸出，当刮板 B也全 部伸出，这时被测液体充满由 A， B，转子，壳体内腔以及上下盖板之间组成的空间是一个被精确计量的液体体积。从图 3-4可以看到刮板运行到任何一个位置，只有随转子转动而无滑动，也就是说，人何一个刮板在这个凸轮面上而无滑动，也就是说，任何一个刮板在这个凸轮面上运动时，只有随转子转动而无滑动。 随着转子与刮板的继续转动，到图示位置，刮板 A， B 之间的液体由于 A 的逐渐缩回开始排出 ,与此同时刮板 C 开始伸出 ,在刮板 B 和 C 之间 ,又开始形成被精确计量的液体之积。这样不断的排出和形成被精确量的液体之积，从而达到被测介质进行计量的目的 。两队刮板每转一圈是 4个体积，本设计为两对刮板，因此每转一圈只有 4 个体积。这就是刮板流量的计量原理。 4 刮板式流量计的设计 4 1 刮板式流量计主要部件设计简介 流量计是一种流体用的计量器，它的形式有多种多样。本设计为凸轮式金属刮板流量计。主要用于石油的原油计量。现就其主要部件的设计一简要说明。 液体的流量，在单位时间内的大小，取决于管道的通径截面积和工作压力。管道截面积一定，工作压力越大，流体在单位时间内流径管道的流量也越多。因此，必须根据流体在管道中的最高工作压力， 求出在单位时间内的最高流量。也就是流量计在单位时间内可能承受的最高流量。反之管中上午工作压力越低，在单位时间内，流体流径一定比管道截面积流量越少，因此，流体流径管道的最低工作压，也就是流量计最低工作流量。以此为依据，求出了公称通径为 80mm的管道它的最高流量为 60M /h,最低流量为 12。另外，还要根据流量计内部的各个元件承受每小时的最高转速来确认。流量计计量腔的大小。根据以上条件设计的凸轮式金属刮板流量计的技术指标如下： 公称通径 80mm 工作压力 6 5MPa 流量范围 1260M /h 计量腔主要尺寸 D 280外壳体的内圆尺寸 a 210转子的外圆尺寸 H 218计量腔工作高度 通过计算除了 4 块的体积外，该计量的容积应为 0 0055556m 也就说该流计每转一圈它所排出的液体体积应为 0 0055556m。如果将该数乘以 9，它将成 0 005 m。在乘 20。她将成为 1 m，也就是说该流量计每转 180圈将输出 1 m的流体体积。该流量计的最高流量 60M/h，那么，它在输出最大流量时转速应为 10800转。根据流量计元件几种性能的验算，可以承受每小时 15000转的速，因此，可以达到和 满足 设计要求。 4 2 流量计辅助驱动轮系 根据流量计计腔体积的计算，它每转 9 圈相等于输出 0 05m每转 180圈时输出 1 m容积量来计算辅助驱动轮系，首先确定如果流量计每转 9圈带动大字轮计数连杆轴转一圈。因为大字轮计数器它的转动比有 1 1 1 2 1 3 1 4等等。它的首轮上刻有 10等份的数字，从 1到 10连杆轴转一圈，首轮上反映 从 0 到 1，也就是 1/10。此表头的速比是 1 1，首轮与字轮是10进位的。也就是首轮转一圈，第一个字轮转动 1/10，第一个字轮转一圈，第二个字轮也转动 1/10，以此类推，根据流量计每转 9圈，输出的流体体积量为 0 05m。如果把速比变成流量计转 9圈，大字轮计数器连杆轴转一圈。它的速比将是 1/9。也就是计数器首轮转动 1/10，它所显示的应是 0 05m。如果流量计转 90 圈，带动计数器首轮转一圈，第一个字轮转动 1/10，它所显示的应是 0 5m。如果流量计转动 180 圈，带动计数器首轮转两圈，第一个字轮转动 2/10，大字轮计数器，第二个窗口出现“ 2”字。它所显示的应是 1 m，换言之，如果选用速比为 1 2 的大字轮计数器，也就是连杆轴转两圈。首轮转动 1/10，转动 20圈计数器第二窗口出现“ 1”字，实际上流量计已经转子 180 圈，它的输出流量是 1 m，正好，窗口出现的“ 1”字也是 1 m，所有选用速比为 1 2 的大字轮计数器比较直观、适宜。 本设计的驱动轮系是，转子轴承座上有一齿轮为 35的齿轮 1，随着转子的旋转该齿轮带动装在计量下面。齿数为 70 的齿轮 2 转动。通过，连杆轴的作用，该齿轮又带动装在计量器上面。连杆轴上 的齿数为 20 的齿轮了，它又带动双联齿轮齿数为 45 的齿轮 4。该齿轮又带动双联齿轮齿数为 35 的齿轮 5。它又带动输出齿轮，齿数为 70 的齿轮 6一起转动。其运动方程式为 35/70*20/45*35/70=1/9 4 3 刮板式流量计主要部件 刮板流量计的主体部分由三大组件组成，即外壳、内部测量元件和辅助驱动轮系。 4 3 1 外壳设计 外壳分外壳和上端盖。 外壳、刮板流量计的外壳体起着承受被测液体工作压力并与管网进、出口连接。本设计的金属刮板量计公称通径为 80 毫米，工作压力为 2 0 4 0兆帕，流量最大 为 60M立方米。外壳的材质根据承压强度，及计量介质，可选用碳钢、铸铁、球墨铸铁、铝、青铜或不锈钢。本设计 的 外壳 材料 为 ZG 35铸钢（见图 4-01.1） ，端盖的材料为 ZG 30铸钢 （见图 4-01.2） 。 （图 4-01.1） （图 4-01.2） 刮板流量计可以是单壳或双壳结构，本设计为单壳结构，既作为承压容器，又作为测量部件壳，刮板紧贴壳体内壁滑动，而双壳结构的刮板流量计外壳全然是一个压力容器 150mm 以上通径的流量体几乎都是双壳体碳钢结构。 4 3 2 内部测量元件 内部测量元件，内部测 量元件主要由转子，刮板、刮板轴承、凸轮、凸轮轴承等组成。 （ 1） 转子 ： 转子的材质为球墨铸铁（ QT60 5）是一个空心的薄壁圆桶，在滚子圆桶壁上沿径向开有互成 90 度角的 4 个槽，与刮板的厚度有一定的间隙，供刮板在槽内滑动。见（图 4-02） （图 4-02） （ 2） 刮板 ： 刮板的材质为 EC110， 4 个刮板有两根连杆连接着，互成90度角，在空间交叉，互不相碰，在转子槽内既能伸出，又能缩回。见图（ 4-03） 图（ 4-03） （ 3） 刮板轴承 ： 轴承型号单列向心球型轴承（ 300）外购，刮板与凸轮之间有一个轴 承， 4 个轴承均在一个不动的具有一定形状的凸轮滚动，从而 使刮板，以凸轮曲线为轨迹。时而伸从转子伸出，时而又缩回到转子内 。 （ 4） 凸轮： 凸轮的材质为 4G13，它装在主轴上，固定不动，供 4个刮板轴承沿着它的轨迹转动。见图（ 4-04） 图（ 4-04） （ 5） 凸轮轴（也叫它主轴） ： 主轴的材质为 40G，主轴上、下端有螺纹，用两个压紧螺纹将其固定在外壳体的中心位置上不动，转子装在主轴上，可以转动，凸轮装在主轴上固定不动，因此转子只有围绕主轴转动，刮板上的轴承只有在凸轮曲线面上运动，从而达到计量的目的。 图（ 4-05） 4 3 3 辅助驱动轮系 1、轴承 深沟球轴承 ： 因为要选购的轴承，安装小径是 25mm，大径是 52mm，要承受载荷大于5.65KN,最高转速要大于 10000r/min。根据轴承手册选择 深沟球轴承代为 6025的轴承。 平面推力球轴承 ： 因为要选购的平面推力球轴承，安装小径是 25mm，大径是 52mm，最高转速要大于 4000r/min。根据轴承手册选择 深沟球轴承 代为 51305 的轴承。 2、 齿轮 根据 4.2 流量计辅助驱动轮系 的设计，各齿轮的材料选着 4CY13。各 齿轮的设计为： 齿轮 1： 模 数： 1 齿 数： 35 压力角： 20 公法线： 05.008.082.10 跨齿数： 4 精 度： 7-7-6De 齿轮 2： 模 数： 1 齿 数： 70 压力角： 20 公法线： 06.008.012.23 跨齿数： 8 精 度： 7-7-6De 齿轮 3： 模 数： 1 齿 数： 20 压力角： 20 公法线： 04.006.066.7 跨齿数： 3 精 度： 7-7-6De 齿轮 4： 模 数： m1 =1 m2=1 齿 数： z1 =35 z2=45 压力角： 1 = 20 2 = 20 公法线： 1为 05.008.082.10 2为 05.008.091.13 跨齿数： 1为 4 2为 5 精 度： 7-7-6De 齿轮 5： 模 数： 1 齿 数： 70 压力角： 20 公法线： 05.008.082.10 跨齿数： 4 精 度： 7-7-6De 5 流量计的使用与维护 1、流量计应按实验和的数据流量范围、工作压力、 工作温度和壳体上的流向标记安装使用。 2、新安装的管道先打开旁通道的阀门，将管道内的污杂物、氧化铁屑焊渣等排放干净，以防流量计损坏。 3、流量计在开始使用的时应缓慢地开放阀门，视其工作是否正常，一般可听其壳体内运转的声音和看计数器字轮运转来判断，当确认正常时，再逐渐增大流量，直到达到需要流量为止。 4、流量计使用时，应拧松排气螺塞，将气体排尽，