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 0 引言

    傳統的容積式流量計種類(lèi)很多，如腰輪、橢圓齒輪、圓盤(pán)、旋轉活塞、伺服、轉筒、濕式及硬刮板流量計等，雖具有安裝方便、量程比寬、測量精度高等特點(diǎn)。但是它們有一個(gè)共同的弱點(diǎn)，那就是對被測介質(zhì)的清潔度要求嚴格，介質(zhì)流經(jīng)流量計時(shí)固體顆粒不得大于各“計量室”與轉子之間所存在的zui小間隙，否則由于固體顆粒的影響，會(huì )造成流量計卡死，或者因磨損而早期失效。為了適應生產(chǎn)中對各種介質(zhì)流量的測量，要求在流量計的上游側安裝過(guò)濾器，過(guò)濾網(wǎng)的目數必須根據流經(jīng)的介質(zhì)及流量合理選擇。但在流體含雜質(zhì)量較高的場(chǎng)合，因過(guò)濾器不間斷地工作極易堵塞，需要進(jìn)行頻繁的清洗，造成管線(xiàn)無(wú)法正常輸液。也使流量計無(wú)法計量。例如未經(jīng)處理的井口原油，上述流量計是根本無(wú)法使用的。

    彈性刮板流量計，是在硬刮板流量計的基礎上結合實(shí)際應用開(kāi)發(fā)出來(lái)的一種容積式流量計。它的設計結構新穎*，其結構類(lèi)似于硬刮板流量計（刮板流量計也有人稱(chēng)之滑板流量計）。彈性刮板流量計中的刮板具有很大的回彈余地，其特點(diǎn)是作為計量部件的轉子和刮板與計量腔為彈性接觸，這樣使流體介質(zhì)中含雜量很高并有一定固體顆粒限度的的場(chǎng)合，也可以使用，不會(huì )發(fā)生嚴重磨損甚至卡死損壞等現象；由于其刮板具有很大回彈余地，克服了硬刮板流量計許多不便計量的缺點(diǎn)和困難。

    1 彈性刮板流量計的原理與結構

    1.1 工作原理

    彈性刮板流量計工作原理如圖1所示。

    當被測流體由流量計的入口流入流量計時(shí)，在流量計的進(jìn)口與出口之間產(chǎn)生一壓差，該壓差推動(dòng)刮板和轉子轉動(dòng)。從圖1中可看出，流量計的殼體內腔、轉子和一對刮板的外輪廓線(xiàn)所構成的計量室內充滿(mǎn)了被測流體，當轉子按箭頭方向旋轉時(shí)，3片刮板依次形成計量室，并把計量室里面的流體不斷地從入口側排向出口側。轉子每轉一圈，就排出3份固定體積的流體量，因此，只要測得轉子的轉數，便可獲得流經(jīng)流量計的液體體積量。將轉子的旋轉運動(dòng)，由磁鋼聯(lián)接機構傳遞到齒輪修正機構修正后，將轉子旋轉數轉換成相應的流量值，由計數器累積并指示或經(jīng)發(fā)訊器轉變成電信號輸出，從而完成計量過(guò)程

    1.2 結構

    彈性刮板流量計的總體結構如圖2所示。

    它由流量計測量主體、計數顯示機構和發(fā)訊器三大部件組成。

    測量主體的結構主要由殼體、擋塊、嵌條、轉子、刮板、扭簧、中心軸、上端蓋、下端蓋和法蘭組成。3片刮板等分裝在轉子上，刮板轉動(dòng)的半徑能伸能縮，始終接觸殼體內腔壁，在擋塊的作用下刮板轉動(dòng)半徑縮小。在刮板和轉子上采用較特殊的工藝裹敷著(zhù)一層耐油、耐磨并有彈性的橡膠，其嵌條也用橡膠制成，中心軸的出軸要密封聯(lián)接。通過(guò)上述措施后再加上刮板有扭簧的作用，使得測量主體的計量機構其固定部件與運動(dòng)部件能夠達到軟、柔接觸。因而既可防止了側隙、軸隙的泄漏，又可避免含有雜質(zhì)和固體顆粒的液體引起的卡死、磨損及損壞，從而保證了彈性刮板流量計的計量精度。

    計數顯示機構由齒輪修正機構、計數器和指針指示器組成。齒輪修正機構主要作用是進(jìn)行器差修正，從而使儀表的讀數與實(shí)際值盡量接近，達到應有的計量精度、儀表精度的超差往往是由于零件加工誤差和裝配不當造成，因此在進(jìn)入計數器積算之前，必須由修正機構進(jìn)行修正。齒輪修正機構利用掛輪改變齒輪修正機構的傳動(dòng)比來(lái)實(shí)現器差修正。計數器用來(lái)累積流量值，指示器則用以指示瞬時(shí)流量值。

    發(fā)訊器將流量計輸出軸的角位移，轉變成與流量相對應的電脈沖信號，遠傳給各種流量積算儀，以顯示流體的累計量和瞬時(shí)流量或遠傳給控制系統。

    彈性刮板流量計為了滿(mǎn)足不同使用的要求，該流量計分為普通型和耐腐蝕型二種。對于普通型，采用鑄鋼、不銹鋼、鉛黃銅和丁腈橡膠來(lái)制造接觸介質(zhì)的零部件，它適用于工作溫度低于80℃，并對上述材料不起腐蝕作用的介質(zhì)，如各種油品。對于耐腐蝕型，接觸介質(zhì)的金屬零部件，全部采用不銹鋼IGr18NDTi制成，橡膠則采用氟橡膠。

    1.3 計算公式

    彈性刮板流量計的轉子回轉一周時(shí)，由圖1可知，刮板在擋塊的作用下，其刮動(dòng)半徑由r₁變?yōu)閞₂。如前所述轉子每轉一圈，就排出3份計量室內的流體體積，也就是排出量為r₁與r₂構成的環(huán)形柱體V（忽略刮板厚度）。所以有下列計算式：

    V = π（r₁² - r₂²）H           （1）

    式中：r₁為殼體內腔（計量室）半徑；r₂為擋塊內半徑；H為計量室高度。

    如果流量計在計量流量時(shí)，在t時(shí)間內旋轉了n轉，那么，所排出的流體體積q_v為

    q_v = nV                      （2）

    對于具體的某一臺流量計而言。由于結構尺寸固定，V為定值。由式（2）可知，只要測出轉子的旋轉轉數n，便可獲得流經(jīng)流量計的液體體積流量q_v，而與時(shí)間t無(wú)關(guān)。

    2 彈性刮板流量計的誤差特性

    所謂誤差特性，就是指流量計的誤差值與流量測量值之間的關(guān)系。討論其誤差特性，就是討論和分析測量誤差值隨流量測量值的變化而變化的趨勢。

    2.1 壓力損失誤差特性

    液體由流量計的入口端流入后，受到轉子和刮板的阻擋，同時(shí)還受到流體流動(dòng)時(shí)由粘滯力引起的阻力及流體本身的流動(dòng)阻力。這樣，在進(jìn)、出口端必然會(huì )產(chǎn)生一定的壓力差，通常我們將這個(gè)壓力差稱(chēng)為流量計的壓力損失，用△P來(lái)表示。此差壓△P作用在刮板上形成一個(gè)驅動(dòng)力矩M_Q，它克服阻力矩M_Z而使轉子旋轉。即：

    M_Q = M_Z                  （3）

    阻力矩M_Z為機械阻力矩M_J與粘性阻力矩M_N之和，即：

    M_Z = M_J + M_N             （4）

    而M_J = S·△p·R        （5）

    式中：S為差壓有效作用面積；R為差壓有效作用半徑。

    由圖1可知，S = （r₁ - r₂）H       （6）

                       （7）

    將式（6）試（7）代入式（5）得：

                 （8）

    由式（3）、式（4）和式（5）可見(jiàn)，當阻力矩MZ增加時(shí)，其驅動(dòng)力矩MQ也隨之增加，從而流量計的進(jìn)、出口端引起的差壓△p增加。這種壓力損失對流量計的誤差特性有較大的影響。圖3給出了彈性刮板流量計壓力損失和精度曲線(xiàn)。

    2.2 機械摩擦阻力誤差特性

    由式（8）可知，機械摩擦阻力矩M_J與差壓△p成正比關(guān)系。有時(shí)為減小機械摩擦阻力和粘性摩擦阻力，人為地在刮板與計量腔之間及刮板與上、下蓋之間留有少許間隙，從而會(huì )引入與△p成正比的泄漏流。這種漏流使流量計的誤差特性曲線(xiàn)隨著(zhù)流量的減小而迅速下降。當流量增大時(shí)，粘性摩擦力矩MN迅速增大，從而差壓△p增加，特性曲線(xiàn)隨著(zhù)流量的增大而呈下降狀態(tài)。圖4是不同機械摩擦阻力時(shí)，流量計的誤差E與體積流量q_v曲線(xiàn)和壓力損失△p與體積流量q_v曲線(xiàn)圖。

    從以上分析和圖4曲線(xiàn)可見(jiàn)，減少彈性刮板流量計運動(dòng)部件的機械摩擦阻力是至關(guān)重要的，對流量計的誤差特性有很大的影響。

    2.3 流體漏流對誤差的影響

    彈性刮板流量計雖然通過(guò)包裹在刮板和轉子上的橡膠及安裝在擋塊上的橡膠條封住漏流側隙。但是由于流體的流動(dòng)將推動(dòng)運動(dòng)件動(dòng)作的原因，要*消除漏流，目前情況下還很難達到。特別是在應用過(guò)程中，由于零件的制造和裝配誤差，以及磨損作用，其側隙不可能*被封住。因此對于給定的流量計，產(chǎn)生漏流的間隙是一定的。

    彈性刮板流量計適合測量粘度較高的流體，當流量計的漏流間隙很小時(shí)，可以認為其間隙的漏流為粘性流動(dòng)，此時(shí)漏流量可表示為

             （9）

    式中：K為系數，常數；η為工作狀態(tài)下被測流體的動(dòng)力粘度，k·s/m²。

    從式（9）中可知，當流量增大時(shí)，流量計進(jìn)出口之間壓力差也增大，因此流量計的漏流量增加為減小漏流量，要求流量計的△p盡量小些為好，如果這種要求得到了滿(mǎn)足，就可獲得較理想的誤差特性。此外過(guò)大的△p也可能推開(kāi)刮板和橡膠條的封隙“舌頭”而產(chǎn)生泄流，使流量計的計量誤差超出允許值。

    從式（9）中還可以看出流體粘度η對漏流量△q的影響具有兩重性：一是當流體牯度增大時(shí)，流動(dòng)阻力增大，導致進(jìn)出口間壓力差△p增加使漏流△q增加。二是當流體粘度增大時(shí)，漏流量△q減少，式（9）也很明顯地反映了這一點(diǎn)。該兩重性是相互逆向的，所以總的來(lái)說(shuō)，粘度對誤差特性影響較小。

    3 應用注意事項

    彈性刮板流量計與其它流量計一樣，必須使用得當，方可保證其測量精度和使用壽命。

    ①被測液體應充滿(mǎn)流量計內腔及前后連接管道，為消除被測液體中所含的氣體，必要時(shí)在流量計的上游安裝氣體分離器。
    ②被測液體的流量范圍、工作壓力、介質(zhì)粘度、工作溫度等物理參數應符臺流量計使用說(shuō)明書(shū)的要求。
    ③雖然流量計可用來(lái)計量含固體顆粒的流體，但當固體顆粒過(guò)大時(shí)，將使流量計卡死、磨損，嚴重的將使流量計損壞，縮短了流量計的使用壽命。特別是較長(cháng)的纖維狀雜質(zhì)進(jìn)入流量計后，將會(huì )纏繞在轉子或轉軸上，將嚴重影響流量計的檢測精度，甚至損壞機械部件。故用于此類(lèi)介質(zhì)時(shí)，必須防止臟物進(jìn)入流量計，必要時(shí)在流量計上游安裝過(guò)濾器，并且定期清洗。
    ④流量計應安裝在灰塵少，無(wú)強烈振動(dòng)和距熱源較遠的地方，普通型流量計安裝時(shí)，周?chē)h(huán)境要無(wú)腐蝕性氣體。
    ⑤安裝處的環(huán)境溫度一般在-10~+50℃。
    ⑥流量計安裝在與其具有相同標稱(chēng)內徑的管道上，內徑的偏差應不超過(guò)流量計通徑的2%。管道與流量計連接時(shí)，應不使密封件突入流體內。接合部位無(wú)漏液現象。
    ⑦要注意流量計殼體的箭頭方向與液體流動(dòng)方向一致。
    ⑧由流量計的結構所知，其轉子只能單向旋轉，當它反向逆轉時(shí)，擋塊如同一個(gè)棘爪頂在刮板上，至使轉子無(wú)法轉動(dòng)，這樣管道內的介質(zhì)壓力全部作用在刮板上，勢必造成由不銹鋼片制成的刮板和轉子的損壞。故彈性刮板流量計在使用過(guò)程中決不允許有倒流現象發(fā)生。凡流量計使用在可能發(fā)生倒流的場(chǎng)合，都必須在流量計的下游側安裝單向閥，以保證其正常使用。
    ⑨流量計進(jìn)、出口軸線(xiàn)與相連管道軸線(xiàn)應同軸，無(wú)偏斜。
    ⑩在裝配時(shí)，有時(shí)為了使流量計轉子轉動(dòng)較為靈活，有意減小使刮板復位的彈簧復位扭矩。這樣雖然能改善小流量的特性曲線(xiàn)，但在大流量時(shí)。刮板刮過(guò)擋塊時(shí)將無(wú)法迅速復位或在擋塊上產(chǎn)生彈跳，嚴重影響其檢測精度，甚至使流量計誤差超出允許值。故刮板復位彈簧和復位扭矩不要隨意調整。
    ⑾安裝前管道要清洗干凈，為便于檢修，應裝有旁路管線(xiàn)，流量計前后應裝閥門(mén)。
    ⑿新安裝的流量計在開(kāi)始應用時(shí)，為防止原來(lái)管道內的焊接屑和土砂流過(guò)流量計，應先用一根法蘭短管代替流量計，待液體流過(guò)一段時(shí)間后，確認雜質(zhì)已排除，再換上流量計。如果設有旁通管道，則讓帶雜質(zhì)的流體先從旁通管道通過(guò)。
    ⒀需安過(guò)濾器的場(chǎng)合，為了避免清洗時(shí)流量計中斷工作，在應用過(guò)程中在流量計前并聯(lián)安裝2只過(guò)濾器。為了了解過(guò)濾器的堵塞情況便于清洗，在過(guò)濾器的前后方各裝一適應管道壓力的壓力表。
    ⒁當流體開(kāi)始通過(guò)流量計時(shí)，出口側的閥門(mén)應處于關(guān)閉狀態(tài)，先使流體充滿(mǎn)管道和流量計，然后再緩慢開(kāi)啟出口側閥門(mén)，確認運行正常時(shí)，再逐漸增大到所需要的流量。
    ⒂在流量計應用過(guò)程中，要經(jīng)常進(jìn)行檢查，看其運行是否正常。要注意磨損、腐蝕和固體物的粘著(zhù)等，發(fā)現異常要及時(shí)停運進(jìn)行維護修理。流量計要定期進(jìn)行標定，以保證使用過(guò)程中的精度。

    4 結束語(yǔ)

    彈性刮板流量計測量液體體積流量時(shí)，測量精度高、壓力損失小、性能穩定可靠，并且安裝維護方便、使用壽命長(cháng)、適宜于測量介質(zhì)為原油及各種石油制品。當配以電脈沖轉換器和流量積算儀時(shí)可以進(jìn)行遠距離流量積算，積算儀可以輸出0~l0mA或4~20mA標準電流信號，以與其它記錄儀、調節儀以及計算機配套使用。掌握好它的工作原理、結構和使用方法以及注意事項，就能夠充分發(fā)揮彈性刮板流量計的功能和作用，讓越來(lái)越多的用戶(hù)認可。