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專利名稱：耐溫橢圓齒輪流量計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及液體計量裝置，特別涉及一種適用于高溫液體計量的容積式流量計。
石油加工過程中，流量是重要的計量參數(shù)；其中很多情況涉及高溫介質(zhì)的流量測量。目前，生產(chǎn)中實(shí)際用于測量高溫液體流量的裝置為簡易測量孔板，即在高溫介質(zhì)通過的管路中以法蘭結(jié)構(gòu)嵌入中心部分有圓孔的金屬板，并在迎流面圓孔周緣做倒角處理，以利于介質(zhì)以穩(wěn)流形式通過圓孔。孔板的規(guī)格主要由工作條件下的工藝參數(shù)決定，此外也與其法蘭的公稱直徑有關(guān)，如DN40、50、80、100和150等規(guī)格。使用時根據(jù)介質(zhì)流過孔板的流速及幾何尺寸即可算出單位時間內(nèi)流過介質(zhì)的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)的流量測量。
目前廣泛采用的這種孔板測量裝置，因其結(jié)構(gòu)簡單，只有單一材料制成的孔板，易于滿足高溫條件的工作要求。但它僅能屬于非精確的計量，尤其使用壽命很短，更難以承受介質(zhì)內(nèi)雜質(zhì)的侵蝕，致使孔徑表面粗糙度遭到破壞，這又進(jìn)一步降低了測量的精度。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種適于測量高溫介質(zhì)流量、耐腐蝕的容積式流量計，可提高測量的準(zhǔn)確性及測量精度的穩(wěn)定性，并能適于現(xiàn)場測量。
上述目的是以如下方式實(shí)現(xiàn)的本實(shí)用新型的容積式耐溫流量計有一鑄鋼制成的殼體，圍成一立體部分呈圓柱形的空間，空間內(nèi)容納有同樣容積的計量箱。計量箱兩圓形箱蓋周緣嵌裝在殼體的側(cè)壁中，其間有限位裝置，使計量箱與殼體成為相對固定的聯(lián)接，組成計量箱的側(cè)壁部分與鄰近的殼體內(nèi)表面間留有適當(dāng)間隙，以滿足其中高溫介質(zhì)引起的材料間熱膨脹要求。
計量箱的空腔內(nèi)裝有轉(zhuǎn)動部件。所述轉(zhuǎn)動部件系兩個互相嚙合的、截面呈橢圓的柱狀橢圓齒輪構(gòu)成。通過兩個齒輪截面中心的轉(zhuǎn)軸彼此平行，分別支承于嵌在計量箱蓋內(nèi)的孔中。兩齒輪橢圓截面的長軸(或短軸)彼此垂直。兩個齒輪的幾何尺寸完全一樣，齒數(shù)及模數(shù)也都一樣。這樣的結(jié)構(gòu)確保計量箱內(nèi)的空間被分隔成容積大小始終保持為常數(shù)，且彼此相等的兩個月牙腔。當(dāng)橢圓齒輪旋轉(zhuǎn)一周時，通過流量計的流體總量總保持為常數(shù)，等于月牙形空腔容積的四倍。從而可保持流體通過流量計的穩(wěn)定性。
為適應(yīng)高溫介質(zhì)的工作條件，應(yīng)恰當(dāng)選擇并確保橢圓齒輪外緣與計量箱月牙腔側(cè)壁內(nèi)表面以及該二齒輪與計量箱兩蓋內(nèi)表面間的間隙，使橢圓齒輪在60～350℃環(huán)境中靈活轉(zhuǎn)動，又能保持通過流體流量的均勻性。此外還應(yīng)保持軸承墊與計量箱的蓋之間，以及軸承與軸間的恰當(dāng)間隙，使軸能靈活轉(zhuǎn)動且不滲漏流體。
選擇具有高溫條件下防腐蝕能力的材料制作計量箱和蓋，以及橢圓齒輪。此外要恰當(dāng)選擇殼體、計量箱和橢圓齒輪的材料組合，使其間有良好的熱膨脹配合，并能充分保障高溫條件(如350℃)下容器的密封性及轉(zhuǎn)動部件與靜止部件的間隙。
為此，本實(shí)用新型按照有限元數(shù)學(xué)模型導(dǎo)出膨脹系數(shù)的變化規(guī)律，并可選用下列幾種材料組合方式
本實(shí)用新型軸承可取石墨浸銅和銻的材料制成。
為提高測量精度，本實(shí)用新型的容積式流量計采用機(jī)電一體化自動補(bǔ)償措施，以補(bǔ)償因流體溫度變化對其粘度的影響，進(jìn)而給測量結(jié)果帶來的誤差。為此，本流量計附有由齒輪對，磁力偶合器和記錄器組成的信號轉(zhuǎn)換及自動補(bǔ)償系統(tǒng)。
在殼體內(nèi)，計量箱的上蓋外側(cè)有一個鑲在橢圓齒輪軸端并與該橢圓齒輪同步旋轉(zhuǎn)的菱形齒輪，它與一個轉(zhuǎn)軸固定在計量箱上蓋外側(cè)中心的矩形齒輪嚙合，這是一對齒輪組，用來使由橢圓齒輪傳出的轉(zhuǎn)速均勻，從而使輸出信號穩(wěn)定可靠。齒輪上端連接著磁力偶合器，隨著齒輪的旋轉(zhuǎn)帶動磁力偶合器同步旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個變化的磁場。由殼體外對應(yīng)的電磁傳感器感應(yīng)產(chǎn)生相應(yīng)的電信號。磁力偶合器可用現(xiàn)有技術(shù)的同類裝置與計錄器連接。
上述電信號經(jīng)記錄器中的A－D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號后送入單片CPU。CPU內(nèi)事光存入溫度－壓力－流速公式，而且對應(yīng)不同的流體成份，有多條這類公式，此外，機(jī)內(nèi)還存有調(diào)整系數(shù)，根據(jù)輸入的溫度、流量、壓力以及粘度等參數(shù)選擇不同的公式及調(diào)整系數(shù)，綜合溫度傳感器、壓力傳感器傳來的信號，對測量結(jié)果實(shí)現(xiàn)自動補(bǔ)償流量值，并將實(shí)際流量顯示在液晶數(shù)顯器上。
上述補(bǔ)償系統(tǒng)在殼體外面的部分采取了妥善的散熱措施，使記錄器成為具有防爆能力的發(fā)訊系統(tǒng)，在實(shí)現(xiàn)本流量計可現(xiàn)場使用的同時，也可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)采集或連接計算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)集中控制和顯示。
采用本實(shí)用新型的橢圓齒輪流量計可適用于高達(dá)350℃的原油、渣油、重質(zhì)油等的流量測量。其測量精度可達(dá)±0.5％以內(nèi)，若實(shí)際流量超過設(shè)計最大流量25％以上時，測量精度可達(dá)到±0.2％以內(nèi)。本流量計具有高溫條件下耐腐蝕性能。能以液晶顯示方式顯示瞬時流量和累積總量。并可置于現(xiàn)場使用，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離發(fā)現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)計算機(jī)集中管理。
以下結(jié)合附圖通過具體實(shí)例，詳細(xì)描述本實(shí)用新型耐溫橢圓齒輪流量計的具體實(shí)施方式
。其中


圖1是以局部剖面表示的本實(shí)用新型耐溫橢圓齒輪流量計結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是沿圖1A－A線的本實(shí)用新型流量計剖面結(jié)構(gòu)圖；圖3表示本實(shí)用新型流量計使用時的布線管路圖，用以說明其動作過程。
圖1和圖2所表示的耐溫橢圓齒輪流量計系用于250℃下渣油熱原料管路上計量裝置的具體結(jié)構(gòu)。其中殼體1系用ZG35Ⅱ鑄鋼制成，其主體部分為圓柱形的側(cè)壁，側(cè)壁上相對兩面裝有連接法蘭，用于與管路連接。殼體1內(nèi)壁形成的空腔中與殼體1相對固定地裝有Cr18Ni12Mo2Ti材料制成的計量箱2。計量箱的兩個蓋板2a，2b的外緣嵌入殼體1側(cè)壁的內(nèi)表面。構(gòu)成計量箱2的側(cè)壁外表面與殼體1的側(cè)壁內(nèi)表面留有50～80μm的間隙。計量箱側(cè)壁與蓋板均由Cr18Ni12Mo2Ti材料制成。側(cè)壁橫截面為圓環(huán)形。
計量箱2內(nèi)裝有兩個幾何尺寸完全相同的橫截面為橢圓的柱狀橢圓齒輪3a，3b；它們也是由Cr18Ni12Mo2Ti材料制成。橢圓齒輪的轉(zhuǎn)軸支承于蓋板2b中的軸承內(nèi)。軸承由石墨浸銅材料制成。
橢圓齒輪3a軸端裝有齒輪4a，與中間的齒輪4b嚙合；齒輪4b上端連接著磁力偶合器5。它們一起套在轉(zhuǎn)軸7上；磁力偶合器5上端裝有一對對應(yīng)磁極的永磁材料制成的磁鋼5a，5b。
磁力偶合器5經(jīng)過散熱器8與記錄器6連接。記錄器中裝有A／D轉(zhuǎn)換器、單片CPU以及液晶顯示板。因A／D轉(zhuǎn)換器、單片CPU、液晶顯示板不屬于本實(shí)用新型的內(nèi)容，故不詳述。
單片CPU內(nèi)預(yù)先存有精度修正公式(1)Eμ＝A－(A－E1)·μ1／μ式中Eμ——被測液體的粘度為μ時的基本誤差；E1——檢驗(yàn)液體的粘度為μ1時的基本誤差；A——流量計固有誤差；A＝E1＋(E’1－E’2)·Q1／(Q2－Q1)
式中E’1－檢驗(yàn)液體在流量為Q1時的誤差；E’2——檢驗(yàn)液體在流量為Q2時的誤差；Q1——檢驗(yàn)時，下限流量檢驗(yàn)值，一般可取Q1＝15％·Qmax；Q2——檢驗(yàn)時，上限流量檢驗(yàn)值；μ1——檢驗(yàn)時的液體粘度；μ——實(shí)際使用時的液體粘度。
(2)Eμ＝E1＋(E2－E1)·μ2·(μ－μ1)／μ·(μ2－μ1)式中Eμ——被測液體的粘度為μ時的基本誤差；E1——被測液體的粘度為μ1時的基本誤差；E2——被測液體的粘度為μ2時的基本誤差；μ1，μ2——分別為兩種檢驗(yàn)液體的粘度。
(3)E＝E’μ·A·(T－T1)式中E——被測液體溫度為T時的基本誤差；E’μ——由溫度引起的液體粘度變化的基本誤差；T——被測液體的溫度；T1——檢驗(yàn)液體的溫度；A——流量計計量室及轉(zhuǎn)子材料的溫度系數(shù)，A＝3·λ；λ——流量計計量室及轉(zhuǎn)子材料的線膨脹系數(shù)。
(4)V20＝Vt·ξt式中V20——標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(20℃)下的液體體積；Vt——溫度為t時的液體體積；ξ——溫度修正系數(shù)，ξt＝1－β·(t－20)；β——液體的體積膨脹系數(shù)。
(5)Vo＝Vp·／ξp式中Vo——標(biāo)準(zhǔn)條件下液體的體積；Vp——壓力為P時的液體體積；ξp——壓力修正系數(shù)，ξp＝1－γ·(Pt－Po)γ——在一定溫度下，壓力每變化一個大氣壓，液體體積的變化值，即液體壓縮系數(shù)；Pt——被測液體的壓力；Po——標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。
這個橢圓齒輪流量計使用的溫度范圍在225～350℃，適于測量流量范圍在12℃120m3／h的熱原料油，管內(nèi)的公稱壓力可在2.5MPa。利用本流量計的測量精度可達(dá)±0.5％。
圖3表示本實(shí)用新型的流量計實(shí)際使用時的布線管路。那在主管路上流量計前后分別布置閥門A和B，再于側(cè)線上布置閥門C。使用本實(shí)用新型流量計測量管路中的液體流量，應(yīng)按下述步驟操作(1)將閥門A和B關(guān)嚴(yán)；(2)慢慢開啟閥門C，直至在操作溫度下，側(cè)線中液體流量達(dá)到穩(wěn)定時，方可將閥門C完全打開；(3)在閥門C已開啟并且閥門B仍為關(guān)閉的狀態(tài)下，緩慢地開啟閥門A，使液體進(jìn)入流量計，當(dāng)流量計的溫度與操作溫度平衡時，再將閥門A完全打開；(4)隨后，慢慢開啟閥門B至其全部孔徑的5％左右，使得僅能有小流量的液體通過流量計。如果此時流量計的橢圓齒輪不動，這時無需改變各閥門的位置，當(dāng)流量計的溫度進(jìn)一步與操作溫度均勻后，上述齒輪就能轉(zhuǎn)動。也就是說，在測量計的橢圓齒輪轉(zhuǎn)動之前，不要增大閥門B的開啟程度。
(5)隨著流量計的運(yùn)轉(zhuǎn)漸趨穩(wěn)定，逐步完全找開閥門B；(6)與此同時最終關(guān)閉閥門C。至此，流量計完全進(jìn)入正常的測量狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種耐溫橢圓齒輪流量計，其特征在于，它包括-殼體(1)，其圓柱形主體部分圍成一空間；-所述殼體(1)的空間內(nèi)裝有計量箱(2)，其兩個圓形蓋板(2a，2b)嵌入殼體(1)側(cè)壁的內(nèi)表面，該計量箱的橫截面為圓環(huán)狀，側(cè)壁外表面與殼體(1)的側(cè)壁內(nèi)表面間有間隙；-計量箱(2)內(nèi)裝有幾何尺寸相同、橫截面為橢圓的兩個柱形橢圓齒輪(3a，3b)，兩個齒輪互相嚙合，其轉(zhuǎn)軸彼此平行，二齒輪與計量箱側(cè)壁內(nèi)表面有間隙，齒輪的轉(zhuǎn)軸支承在計量箱蓋(2b)中的軸承內(nèi)；-殼體(1)由HT20-40灰鑄鐵制成，計量箱(2)和橢圓齒輪(3a，3b)均由QT42-10球墨鑄鐵制成；-軸承為石墨浸銅和銻的合金制成；-軸承與計量箱蓋板(2a，2b)及軸承套與軸間有間隙；-橢圓齒輪(3a)的轉(zhuǎn)軸的外端裝有齒輪(4a)，與中間的齒輪(4b)嚙合，齒輪(4b)套在轉(zhuǎn)軸(7)上，組成齒輪組；-齒輪(4b)上端連接磁力偶合器(5)，磁力偶合器上端裝有一對對應(yīng)磁極的永磁材料制成的磁鋼(5a，5b)；-磁力偶合器(5)與記錄器(6)通過散熱器(8)相連，記錄器(6)中有A/D轉(zhuǎn)換器、單片CPU和液晶顯示板；
2.一種耐溫橢圓齒輪流量計，其特征在于，它包括——?dú)んw(1)，其圓柱形主體部分圍成一空間；——所述殼體(1)的空間內(nèi)裝有計量箱(2)，其兩個圓形蓋板(2a，2b)嵌入殼體(1)側(cè)壁的內(nèi)表面，該計量箱的橫截面為圓環(huán)狀側(cè)壁外表面與殼體(1)的側(cè)壁內(nèi)表面間有間隙；——計量箱(2)內(nèi)裝有幾何尺寸相同，橫截面為橢圓的兩個柱形橢圓齒輪(3a，3b)，兩個齒輪互相嚙合，其轉(zhuǎn)軸彼此平行，二齒輪與計量箱側(cè)壁內(nèi)表面有間隙，齒輪的轉(zhuǎn)軸支承在計量箱蓋板(2b)中的軸承內(nèi)；——?dú)んw(1)由ZG35Ⅱ鑄鋼制成，計量箱(2)和橢圓齒輪(3a，3b)均由QT42－10球墨鑄鐵制成；——軸承為石墨浸銅和銻的合金制成；——軸承與計量箱蓋板(2a，2b)及軸承套與軸間有間隙；——橢圓齒輪(3a)的轉(zhuǎn)軸的外端裝有齒輪(4a)，與中間的齒輪(4b)嚙合，齒輪(4b)套在轉(zhuǎn)軸(7)上，組成齒輪組；——齒輪(4b)上端連接磁力偶合器(5)，磁力偶合器上端裝有一對對應(yīng)磁極的永磁材料制成的磁板(5a，5b)；——磁力偶合器(5)與記錄器(6)通過散熱器(8)相連，記錄器(6)中有A／D轉(zhuǎn)換器、單片CPU和液晶顯示板；
3.一種耐溫橢圓齒輪流量計，其特征在于，它包括——?dú)んw(1)，其圓柱形主體部分圍成一空間；——所述殼體(1)的空間內(nèi)裝有計量箱(2)，其兩個圓形蓋板(2a，2b)嵌入殼體(1)側(cè)壁的內(nèi)表面，計量箱的橫截面為圓環(huán)狀側(cè)壁外表面與殼體(1)的側(cè)壁內(nèi)表面間有間隙；——計量箱(2)內(nèi)裝有幾何尺寸相同，橫截面為橢圓的兩個柱形橢圓齒輪(3a，3b)，兩個齒輪互相嚙合，其轉(zhuǎn)軸彼此平行，二齒輪與計量箱側(cè)壁內(nèi)表面有間隙，齒輪的轉(zhuǎn)軸支承在計量箱蓋板(2b)中的軸承內(nèi)；——?dú)んw(1)由ZG35Ⅱ鑄鋼制成，計量箱(2)和橢圓齒輪(3a，3b)均由Cr18Ni12Mo2Ti不銹鋼制成；——軸承為石墨浸銅和銻的合金制成；——軸承與計量箱蓋板(2a，2b)及軸承套與軸間有間隙；——橢圓齒輪(3a)的轉(zhuǎn)軸的外端裝有齒輪(4a)，與中間的齒輪(4b)嚙合，齒輪(4b)套在轉(zhuǎn)軸(7)上，組成齒輪組；——齒輪(4b)上端連接磁力偶合器(5)，磁力偶合器上端裝有一對對應(yīng)磁極的永磁材料制成的磁鋼(5a，5b)；——磁力偶合器(5)與記錄器(6)通過散熱器(8)相連，記錄器(6)中有A／D轉(zhuǎn)換器、單片CPU和液晶顯示板；
4.一種耐溫橢圓齒輪流量計，其特征在于，它包括——?dú)んw(1)，其圓柱形主體部分圍成一空間；——所述殼體(1)的空間內(nèi)裝有計量箱(2)，其兩個圓形蓋板(2a，2b)嵌入殼體(1)側(cè)壁的內(nèi)表面，該計量箱的橫截面為圓環(huán)狀側(cè)壁外表面與殼體(1)的側(cè)壁內(nèi)表面間有間隙；——計量箱(2)內(nèi)裝有幾何尺寸相同，橫截面為橢圓的兩個柱形橢圓齒輪(3a，3b)，兩個齒輪互相嚙合，其轉(zhuǎn)軸彼此平行，二齒輪與計量箱側(cè)壁內(nèi)表面有間隙，齒輪的轉(zhuǎn)軸支承在計量箱蓋板(2b)中的軸承內(nèi)；——?dú)んw(1)、計量箱(2)和橢圓齒輪(3a，3b)都由不銹鋼制成；——軸承為石墨浸銅和銻的合金制成；——軸承與計量箱蓋板(2a，2b)及軸承套與軸間有間隙；——橢圓齒輪(3a)的轉(zhuǎn)軸的外端裝有齒輪(4a)，與中間的齒輪(4b)嚙合，齒輪(4b)套在轉(zhuǎn)軸(7)上，組成齒輪組；——齒輪(4b)上端連接磁力偶合器(5)，磁力偶合器上端裝有一對對應(yīng)磁極的永磁材料制成的磁鋼(5a，5b)；——磁力偶合器(5)與計錄器(6)通過散熱器(8)相連，記錄器(6)中有A／D轉(zhuǎn)換器、單片CPU和液晶顯示板；
5.一種如權(quán)利要求4所述的耐溫橢圓齒輪流量計，其特征在于所述不銹鋼的成份為Cr18Ni12Mo2Ti。
6.一種如權(quán)利要求1到5任一項(xiàng)所述的耐溫橢圓齒輪流量計，其特征在于所述單片CPU內(nèi)預(yù)存精度修正公式Eμ＝A－(A－E1)·μ1／μ；Eμ＝E1＋(E2－E1)·μ2·(μ－μ1)／μ(μ2－μ1)；E＝E’μ·A·(T－T1)；V20＝Vt·ξt；Vo＝Vp／ξp；其中Eμ，E1，E2分別為被測液體粘度為μ，μ1，μ2時的基本誤差，E為被測液體溫度為T時的基本誤差，E’μ為因溫度引起液體粘度變化的基本誤差，A為流量計計量室和轉(zhuǎn)子材料的溫度系數(shù)，Vo、Vp、V20、Vt分別為標(biāo)準(zhǔn)條件下、壓力為P、溫度為20℃、溫度為t時的液體體積，ξt、ξp分別為溫度修正系數(shù)和壓力修正系數(shù)。
專利摘要一種耐溫橢圓齒輪流量計屬容積式流量計。它由裝在機(jī)殼內(nèi)的計量箱和箱內(nèi)的一對橢圓齒輪組成。兩個橢圓齒輪的轉(zhuǎn)軸彼此平等，其截面為橢圓的長軸互相垂直。選擇殼體、計量箱和橢圓齒輪的材料組合，并保持轉(zhuǎn)動部件與靜止部件間的適當(dāng)間隙，以適應(yīng)熱膨脹條件的要求。本流量計還有由帶磁極的齒輪組、磁力耦合器和記錄器構(gòu)成的溫度、壓力、流量補(bǔ)償系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了本流量計的測量精度，可達(dá)±0.5％。
文檔編號G01F11/10GK2212191SQ94208458
公開日1995年11月8日 申請日期1994年4月15日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月15日
發(fā)明者劉先東, 李開岐, 荀明家 申請人:中國石化大慶石油化工總廠煉油廠