容積式流量計又稱為定排量流量計,一般包括腰輪流量計、刮板流量計、雙轉子流量計、橢圓齒輪流量計、旋轉活塞流量計和膜式燃氣表等。
1.腰輪流量計
(1)原理
腰輪流量計內部有一個具有一定容積的計量“斗”空間,該空間一般是由流量計內的運動部件和其外殼構成的,不同的“斗”空間類型就形成了不同的腰輪流量計。當流體流過流量計時,流量計的進口和出口之間產生一個壓力差(壓力損失),在這個壓力差的作用下,使流量計內的運動部件不斷運動,將流體一次次充滿計量“斗”空間并從進口送到出口。預先求出其空間的體積,測量出運動部件的運動次數(shù),從而求出流過的流體體積。根據(jù)每單位時間內測得的運動部件的運動次數(shù),可以求出流體的流量。
(2)特點
①多用于對各種清潔流體的流量測量,一般不受流體流動狀態(tài)的影響,也不受雷諾數(shù)大小的限制,準確度高,可達0.1級~2.5級。
②量程比較寬。一般的流量計量程比為10∶130∶1,可能還更寬,當高準確度測量時量程比會有所降低。
③安裝管道條件對流量計計量準確度沒有影響。由于腰輪流量計在使用中,對上游流動狀態(tài)變化不敏感,所以流量計前后一般不需要直管段。
④一般帶有溫度、壓力自動補償?shù)囊惑w化智能型腰輪流量計具有自動體積轉換、壓縮因子修正、標態(tài)總量顯示輸出的功能。
⑤工作壓力最高達1.0MPa,工作溫度可達80℃??趶綖?25~400)mm,流量范圍為(0.02~3500)m3/h。由于其機械結構較復雜,大口徑流量計體積龐大笨重,所以只適用于中小口徑場合。
2.刮板式流量計
(1)原理
刮板式流量計主要由流量計主體、連接部分和表頭(指示器)組成。一般來說,這種流量計的轉子上裝有兩對可以徑向內外滑動的刮板,轉子在流量計進、出口差壓作用下轉動,每轉動1周排出4份“計量空間”的流體體積。與前面所講的橢圓齒輪流量計相同,只要測出轉動次數(shù),就可以計算出排出流體的體積量。
(2)特點
①由于流量計是直接根據(jù)體積進行流量測量的,影響測量準確度的因素較少,所以其測量準確度較高,其示值誤差一般為±0.1%~±0.5%。在其結構設計上機械摩擦小,壓力損失也比較小,比如在最大流量測量時,壓力損失一般不超過30kPa。
②適應性強,刮板不易磨損,能承受較高壓力。對于不同黏度以及帶有細顆粒雜質的液體,均能保證準確的計量。適用于輕油和原油的流量計量及作為原油貿易交接結算儀表。
③單殼體結構簡單,重量輕;雙殼體結構不受管道熱脹及壓力的影響,變形量小。安裝方便,運行平穩(wěn)、無震動、噪聲小。
④流量計可選用機械計數(shù)表頭實現(xiàn)就地指示,也可配備脈沖發(fā)訊器或智能儀表實現(xiàn)遠傳。
3.雙轉子流量計
(1)原理
雙轉子流量計的基型結構由測量室和轉子、外殼、誤差調整器、計數(shù)器以及自動壓力潤滑系統(tǒng)(以下簡稱“APL系統(tǒng)”)等組成。轉子的結構分為兩種形式:一種為標準結構;另一種為軸向結構。流量測量是在測量室內進行的,雙轉子流量計的工作原理是在流體差壓的作用下,轉子產生旋轉運動,轉動時轉子把從流量計的入口流入測量室內的被測液體分割成已知體積的“螺旋狀液塊”,隨著轉子的轉動,這些“液塊”經過計數(shù)機構計數(shù)后被排出測量室,最后由流量計出口排出。液體流量與轉子的轉數(shù)成正比,轉子的轉數(shù)通過傳動齒輪系統(tǒng)傳送到計數(shù)器顯示流體流量。
(2)特點
①雙轉子流量計多用于管道中液體流量連續(xù)或間斷測量和控制的儀表。它具有量程范圍大、準確度高、壓力損失小、黏度適應性強、運轉平穩(wěn)無脈動、安裝簡易等優(yōu)點。適用于原油、高凝油、高含水原油、石油制品,以及化工、化纖、交通、商貿、食品、醫(yī)藥衛(wèi)生、科研和軍事工業(yè)中流量的計量。
②雙轉子流量計還可現(xiàn)場指示累積流量、瞬時流量、單次流量等,亦可輸出脈沖信號、(420)mA或(15)V模擬信號、(420)mA+HART、MODBUS、支持RS232、RS485通信等。
③雙轉子流量計準確度等級有0.1級、0.2級、0.5級。工作液體溫度范圍可以達到-29℃~+232℃。適用于石油、化工及各種工業(yè)液體的計量,工作液體的黏度達1000Pa·S以上。
4.橢圓齒輪流量計(1)原理橢圓齒輪流量計的機械測量部分是殼體和裝在殼體內的一對相互嚙合的橢圓齒輪,它們與蓋板構成一個密閉的流體計量空間,流體的進出口分別位于兩個橢圓齒輪軸線構成平面的兩側殼體上,下方齒輪在兩側壓力差的作用下,產生逆時針方向旋轉,為主動輪;上方齒輪因兩側壓力相等,不產生旋轉力矩,是從動輪,由下方齒輪帶動,順時針方向旋轉。流體進入流量計時,進出口壓力差p(p=p1-p2)的存在,使得橢圓齒輪受到力矩的作用而轉動。
(2)特點
①由于該流量計是借助于固定的容積計量流量的,與流體的流動狀態(tài)及黏度無關。但是,黏度變化會引起泄漏量的變化,泄漏量過大將影響測量準確度。
②只要保證加工準確度和各運動部件的緊密配合,保證使用中不腐蝕和磨損,即可得到很高的測量準確度,一般情況下為0.5%~1%,較好時可達0.2%。
③具有量程范圍寬、準確度高、壓力損失小、黏度適應性強、能測量高溫高黏液體、使用方便、安裝簡易等優(yōu)點。
④具有可現(xiàn)場指示累積流量、瞬時流量、單次流量等功能。
5.活塞流量計
活塞流量計一般包括旋轉活塞流量計、往復活塞流量計。
(1)旋轉活塞流量計
①原理
旋轉活塞流量計位于固定的內外圈之間,活塞的軸靠著導輥滾動,中間隔板將計量空間分成兩部分,活塞的上缺口與隔板咬合,當活塞依箭頭方向運動時與隔板成直線運動?;钊谶M出口流體壓力差的作用下,始終與內外圓桶壁緊密接觸旋轉,交替不斷地將活塞與內外圓筒之間的流體排出,通過計算活塞旋轉次數(shù)可得到流過的流體量。其工作原理是當被測液體從進口端進入流量計的計量室時,在進出口端形成一個壓差迫使活塞按一定方向旋轉。隨著液體的繼續(xù)流入,旋轉活塞轉到一定的位置;形成一個封閉的新月形截面的容腔,在差壓作用下活塞繼續(xù)旋轉,所形成的封閉的新月形截面與出口端連通而開始排液,當活塞轉到另一個位置時,又形成一個封閉的新月形截面的容腔;再繼續(xù)旋轉則與出口端連通而排液,即活塞回到初始位置。這樣活塞轉一周即通過聯(lián)軸器和計數(shù)計
機構可計量出流經流量計的液體。
②特點
旋轉活塞流量計不僅具備一般容積式流量計的特點,還具有自身的特點,主要是活塞可以實現(xiàn)懸浮運動,磨損極小,一般免維護,活塞腔體運行空間大,介質中微小顆粒可自行排出。因此,適用于測量多種介質,特別適用于測量高黏度介質,具有耐高溫、高壓、運行可靠、通流能力較大等優(yōu)點。其結構也簡單,拆裝便捷。計量部件如需清洗,無需特殊工具,可很方便地將其從殼體上拆下,清洗后無需調整即可復位,又不影響計量準確度。但是,旋轉活塞流量計在工作過程中會有一定的泄漏量,準確度等級相對較低。
旋轉活塞式流量計的計數(shù)器采用液晶顯示,能顯示瞬時流量、累積流量。輸出信號:(4~20)mA或(1~5)VDC。具有現(xiàn)場指示型和遠傳型兩種,可實現(xiàn)管道流量遠距離的集中控制。
(2)往復活塞流量計
往復活塞流量計一般在加油機中使用較多,它的準確度很高,但是其通徑受到限制,只能在25mm以下,僅用于給汽車加油。因為當通徑增大后,流量計內作往復運動的部件的尺寸和質量會大幅度增加,往復運動產生的巨大慣性力,會形成一個強大的振動源,這個振動源能破壞計量系統(tǒng)和計量準確度。
6.膜式燃氣表
(1)工作原理
膜式燃氣表是采用柔性膜片計量室方式來測量氣體體積流量的,其原理是被計量的燃氣在壓力差的作用下,經分配閥交替進入燃氣表容積恒定的柔性膜片計量室,即高于常壓的被測氣體進入膜片一側的腔內,所產生的壓強推動膜片向另一側移動,當膜片移到另一側的極限位置時,分配閥與帶動膜片的搖臂連桿等轉換機構導通了第二個膜片的一側,帶動第一個膜片返回移動; 第二個膜片移動到極限位置時,轉換機構又改變第一個膜片的出氣口為進氣口,同樣靠第一個膜片產生的力相繼帶動返回,這個膜片的另一側又有了氣體的推動力而繼續(xù)做往返運動,并也能改變第二個膜片的移動方向。這樣膜片的往復移動依次形成了充氣、排氣,同時膜片所牽動的立軸作往復的擺動運動,通過其各自的擺桿、連桿等轉換機構同時帶動一個指示裝置,將這一充氣、排氣的循環(huán)過程轉換成相應的氣體體積流量,再通過傳動機構傳遞到計數(shù)器,從而實現(xiàn)連續(xù)自動體積流量計量功能。
(2)IC卡燃氣表
①結構原理
IC卡智能燃氣表是在傳統(tǒng)膜式燃氣表的基礎上,增加了嵌入式軟件及電子控制器、閥門及計數(shù)采樣器,具有預付費功能的智能計量儀表。用戶只需拿IC卡到燃氣公司營業(yè)網(wǎng)點或已開通的各商業(yè)銀行網(wǎng)點購氣,再將購氣后的IC卡插入燃氣表,氣表便顯示所購氣量并開始供氣使用。當通過機電轉換裝置進行數(shù)據(jù)采樣時,每采集到一個脈沖后進行扣減;當剩余氣量不足設定值后,該表會自動提示用戶再次購氣;如果剩余量為零,表內閥門將自動關閉,直到再次充值才能自動開啟閥門,正常使用燃氣表。
智能控制部分主要由中央控制器(MCU)、閥門控制電路、機電轉換傳感器、電源管理、液晶顯示、IC卡讀寫接口等組成。
②主要功能
a.準確計量
通過機電轉換傳感器進行燃氣流量的準確計量,如果采用干簧管的傳感器,需能實時監(jiān)測出外界的磁場干擾。在檢測到外界磁場干擾時,能夠及時控制閥門,以防止用戶惡意偷盜氣,給燃氣公司帶來損失。
b.電源監(jiān)控
在燃氣表中能夠實時對電源電壓進行檢測,當系統(tǒng)電壓不足時,需能提醒用戶更換電池;當系統(tǒng)電壓處于掉電狀態(tài)時,系統(tǒng)應能及時保存當前的數(shù)據(jù),及時關閉閥門,并報警提示用戶;電池使用完畢,需要更換電池后才能正常運行燃氣表。
c.閥門控制
在氣量使用完畢后,能準確可靠地進行閥門的關閉控制,當IC卡充值后能及時打開閥門。
d.液晶顯示與報警
液晶上應能顯示當前累計氣量、剩余氣量、余量不足、電量不足等警告信息,并同時以聲光等進行報警提示。