耐溫橢圓齒輪流量計的製作方法

2023-06-11 17:40:41

專利名稱：耐溫橢圓齒輪流量計的製作方法
技術領域：
本發明涉及液體計量裝置，特別涉及一種適用於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;其中很多情況涉及高溫介質的流量測量。目前，生產中實際用於測量高溫液體流量的裝置為簡易測量孔板，即在高溫介質通過的管路中以法蘭結構嵌入中心部分有圓孔的金屬板，並在迎流面圓孔周緣做倒角處理，以利於介質以穩流形式通過圓孔。孔板的規格主要由工作條件下的工藝參數決定，此外也與其法蘭的公稱直徑有關，如DN40、50、80、100和150等規格。使用時根據介質流過孔板的流速及幾何尺寸即可算出單位時間內流過介質的質量，實現介質的流量測量。
目前廣泛採用的這種孔板測量裝置，因其結構簡單，只有單一材料製成的孔板，易於滿足高溫條件的工作要求。但它僅能屬於非精確的計量，尤其使用壽命很短，更難以承受介質內雜質的侵蝕，致使孔徑表面粗糙度遭到破壞，這又進一步降低了測量的精度。
本發明的目的在於提供一種適於測量高溫介質流量、耐腐蝕的容積式流量計，可提高測量的準確性及測量精度的穩定性，並能適於現場測量。
上述目的是以如下方式實現的本發明的容積式耐溫流量計有一鑄鋼製成的殼體，圍成一立體部分呈圓柱形的空間，空間內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壁中，其間有限位裝置，使計量箱與殼體成為相對固定的聯接，組成計量箱的側壁部分與鄰近的殼體內表面間留有適當間隙，以滿足其中高溫介質引起的材料間熱膨脹要求。
計量箱的空腔內裝有轉動部件。所述轉動部件系兩個互相嚙合的、截面呈橢圓的柱狀橢圓齒輪構成。通過兩個齒輪截面中心的轉軸彼此平行，分別支承於嵌在計量箱蓋內的孔中。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，齒數及模數也都一樣。這樣的結構確保計量箱內的空間被分隔成容積大小始終保持為常數，且彼此相等的兩個月牙腔。當橢圓齒輪旋轉一周時，通過流量計的流體總量總保持為常數，等於月牙形空腔容積的四倍。從而可保持流體通過流量計的穩定性。
為適應高溫介質的工作條件，應恰當選擇並確保橢圓齒輪外緣與計量箱月牙腔側壁內表面以及該二齒輪與計量箱兩蓋內表面間的間隙，使橢圓齒輪在60～350℃環境中靈活轉動，又能保持通過流體流量的均勻性。此外還應保持軸承墊與計量箱的蓋之間，以及軸承與軸間的恰當間隙，使軸能靈活轉動且不滲漏流體。
選擇具有高溫條件下防腐蝕能力的材料製作計量箱和蓋，以及橢圓齒輪。此外要恰當選擇殼體、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，並能充分保障高溫條件(如350℃)下容器的密封性及轉動部件與靜止部件的間隙。
為此，本發明按照有限元數學模型導出膨脹係數的變化規律，並可選用下列幾種材料組合方式<
>本發明軸承可取石墨浸銅和銻的材料製成。
為提高測量精度，本發明的容積式流量計採用機電一體化自動補償措施，以補償因流體溫度變化對其粘度的影響，進而給測量結果帶來的誤差。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換及自動補償系統。
在殼體內，計量箱的上蓋外側有一個鑲在橢圓齒輪軸端並與該橢圓齒輪同步旋轉的菱形齒輪，它與一個轉軸固定在計量箱上蓋外側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速均勻，從而使輸出信號穩定可靠。齒輪上端連接著磁力偶合器，隨著齒輪的旋轉帶動磁力偶合器同步旋轉，產生一個變化的磁場。由殼體外對應的電磁傳感器感應產生相應的電信號。磁力偶合器可用現有技術的同類裝置與計錄器連接。
上述電信號經記錄器中的A-D轉換器轉換成相應的數位訊號後送入單片CPU。CPU內事光存入溫度一壓力-流速公式，而且對應不同的流體成份，有多條這類公式，此外，機內還存有調整係數，根據輸入的溫度、流量、壓力以及粘度等參數選擇不同的公式及調整係數，綜合溫度傳感器、壓力傳感器傳來的信號，對測量結果實現自動補償流量值，並將實際流量顯示在液晶數顯器上。
上述補償系統在殼體外面的部分採取了妥善的散熱措施，使記錄器成為具有防爆能力的發訊系統，在實現本流量計可現場使用的同時，也可以實現遠距離的數據採集或連接計算機系統，實現集中控制和顯示。
採用本發明的橢圓齒輪流量計可適用於高達350℃的原油、渣油、重質油等的流量測量。其測量精度可達±0.5%以內，若實際流量超過設計最大流量25%以上時，測量精度可達到±0.2%以內。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。並可置於現場使用，還可實現遠距離發現或實現計算機集中管理。
以下結合附圖通過具體實例，詳細描述本發明耐溫橢圓齒輪流量計的具體實施方式
。其中

圖1是以局部剖面表示的本發明耐溫橢圓齒輪流量計結構示意圖;
圖2是沿圖1A-A線的本發明流量計剖面結構圖;
圖3表示本發明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於250℃下渣油熱原料管路上計量裝置的具體結構。其中殼體1系用ZG35Ⅱ鑄鋼製成，其主體部分為圓柱形的側壁，側壁上相對兩面裝有連接法蘭，用於與管路連接。殼體1內壁形成的空腔中與殼體1相對固定地裝有Cr18Ni12MO2Ti材料製成的計量箱2。計量箱的兩個蓋板2a，2b的外緣嵌入殼體1側壁的內表面。構成計量箱2的側壁外表面與殼體1的側壁內表面留有50～80μm的間隙。計量箱側壁與蓋板均由Cr18Ni12MO2Ti材料製成。側壁橫截面為圓環形。
計量箱2內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材料製成。橢圓齒輪的轉軸支承於蓋板2b中的軸承內。軸承由石墨浸銅材料製成。
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。它們一起套在轉軸7上;磁力偶合器5上端裝有一對對應磁極的永磁材料製成的磁鋼5a，5b。
磁力偶合器5經過散熱器8與記錄器6連接。記錄器中裝有A/D轉換器、單片CPU以及液晶顯示板。因A/D轉換器、單片CPU、液晶顯示板不屬於本發明的內容，故不詳述。
單片CPU內預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-檢驗液體在流量為Q1時的誤差;
E'2-檢驗液體在流量為Q2時的誤差;
Q1-檢驗時，下限流量檢驗值，一般可取Q1＝15%·Qmax;
Q2-檢驗時，上限流量檢驗值;
μ1-檢驗時的液體粘度;
μ-實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-檢驗液體的溫度;
A-流量計計量室及轉子材料的溫度係數，A＝3·λ;
λ-流量計計量室及轉子材料的線膨脹係數。
(4)V20＝Vt·ξt式中V20-標準狀態(20℃)下的液體體積;
Vt-溫度為t時的液體體積;
ξ-溫度修正係數，ξt＝1-β·(t-20);
β-液體的體積膨脹係數。
(5)VO＝Vp·/ξp式中VO-標準條件下液體的體積;
Vp-壓力為P時的液體體積;
ξp-壓力修正係數，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，即液體壓縮係數;
Pt-被測液體的壓力;
PO-標準大氣壓。
這個橢圓齒輪流量計使用的溫度範圍在225～350℃，適於測量流量範圍在12～120m3/h的熱原料油，管內的公稱壓力可在2.5MPa。利用本流量計的測量精度可達±0.5%。
圖3表示本發明的流量計實際使用時的布線管路。那在主管路上流量計前後分別布置閥門A和B，再於側線上布置閥門C。使用本發明流量計測量管路中的液體流量，應按下述步驟操作(1)將閥門A和B關嚴;
(2)慢慢開啟閥門C，直至在操作溫度下，側線中液體流量達到穩定時，方可將閥門C完全打開;
(3)在閥門C已開啟並且閥門B仍為關閉的狀態下，緩慢地開啟閥門A，使液體進入流量計，當流量計的溫度與操作溫度平衡時，再將閥門A完全打開;
(4)隨後，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，當流量計的溫度進一步與操作溫度均勻後，上述齒輪就能轉動。也就是說，在測量計的橢圓齒輪轉動之前，不要增大閥門B的開啟程度。
(5)隨著流量計的運轉漸趨穩定，逐步完全找開閥門B;
(6)與此同時最終關閉閥門C。至此，流量計完全進入正常的測量狀態。
權利要求
1.一種耐溫橢圓齒輪流量計，其特徵在於，它包括-殼體(1)，其圓柱形主體部分圍成一空間；-所述殼體(1)的空間內裝有計量箱(2)，其兩個圓形蓋板(2a，2b)嵌入殼體(1)側壁的內表面，該計量箱的橫截面為圓環狀，側壁外表面與殼體(1)的側壁內表面間有間隙；-計量箱(2)內裝有幾何尺寸相同、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，其轉軸彼此平行，二齒輪與計量箱側壁內表面有間隙，齒輪的轉軸支承在計量箱蓋(2b)中的軸承內；-殼體(1)由HT20-40灰鑄鐵製成，計量箱(2)和橢圓齒輪(3a，3b)均由QT42-10球墨鑄鐵製成；-軸承為石墨浸銅和銻的合金製成；-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)的轉軸的外端裝有齒輪(4a)，與中間的齒輪(4b)嚙合，齒輪(4b)套在轉軸(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磁極的永磁材料製成的磁鋼(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，其特徵在於，它包括-殼體(1)，其圓柱形主體部分圍成一空間;-所述殼體(1)的空間內裝有計量箱(2)，其兩個圓形蓋板(2a，2b)嵌入殼體(1)側壁的內表面，該計量箱的橫截面為圓環狀側壁外表面與殼體(1)的側壁內表面間有間隙;-計量箱(2)內裝有幾何尺寸相同，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，其轉軸彼此平行，二齒輪與計量箱側壁內表面有間隙，齒輪的轉軸支承在計量箱蓋板(2b)中的軸承內;-殼體(1)由ZG35Ⅱ鑄鋼製成，計量箱(2)和橢圓齒輪(3a，3b)均由QT42-10球墨鑄鐵製成;-軸承為石墨浸銅和銻的合金製成;-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)的轉軸的外端裝有齒輪(4a)，與中間的齒輪(4b)嚙合，齒輪(4b)套在轉軸(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磁極的永磁材料製成的磁板(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，其特徵在於，它包括-殼體(1)，其圓柱形主體部分圍成一空間;-所述殼體(1)的空間內裝有計量箱(2)，其兩個圓形蓋板(2a，2b)嵌入殼體(1)側壁的內表面，計量箱的橫截面為圓環狀側壁外表面與殼體(1)的側壁內表面間有間隙;-計量箱(2)內裝有幾何尺寸相同，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，其轉軸彼此平行，二齒輪與計量箱側壁內表面有間隙，齒輪的轉軸支承在計量箱蓋板(2b)中的軸承內;-殼體(1)由ZG35Ⅱ鑄鋼製成，計量箱(2)和橢圓齒輪(3a，3b)均由Cr18Ni12Mo2Ti不鏽鋼製成;-軸承為石墨浸銅和銻的合金製成;-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)的轉軸的外端裝有齒輪(4a)，與中間的齒輪(4b)嚙合，齒輪(4b)套在轉軸(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磁極的永磁材料製成的磁鋼(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，其特徵在於，它包括-殼體(1)，其圓柱形立體部分圍成一空間;-所述殼體(1)的空間內裝有計量箱(2)，其兩個圓形蓋板(2a，2b)嵌入殼體(1)側壁的內表面，該計量箱的橫截面為圓環狀側壁外表面與殼體(1)的側壁內表面間有間隙;-計量箱(2)內裝有幾何尺寸相同，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，其轉軸彼此平行，二齒輪與計量箱側壁內表面有間隙，齒輪的轉軸支承在計量箱蓋板(2b)中的軸承內;-殼體(1)、計量箱(2)和橢圓齒輪(3a，3b)都由不鏽鋼製成;-軸承為石墨浸銅和銻的合金製成;-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)的轉軸的外端裝有齒輪(4a)，與中間的齒輪(4b)嚙合，齒輪(4b)套在轉軸(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磁極的永磁材料製成的磁鋼(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轉換器、單片CPU和液晶顯示板;
5.一種如權利要求4所述的耐溫橢圓齒輪流量計，其特徵在於所述不鏽鋼的成份為Cr18Ni12Mo2Ti。
6.一種如權利要求1到5任一項所述的耐溫橢圓齒輪流量計，其特徵在於所述單片CPU內預存精度修正公式Eμ＝A-(A-E1)·μ1/μ;Eμ＝E1+(E2-E1)·μ2·(μ-μ2)/μ(μ2-μ1);E＝E'·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，Eμ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子材料的溫度係數，VO、Vp、V20、Vt分別為標準條件下、壓力為P、溫度為20℃、溫度為t時的液體體積，ξt、ξp分別為溫度修正係數和壓力修正係數。
全文摘要
一種耐溫橢圓齒輪流量計屬容積式流量計。它由裝在機殼內的計量箱和箱內的一對橢圓齒輪組成。兩個橢圓齒輪的轉軸彼此平等，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，並保持轉動部件與靜止部件間的適當間隙，以適應熱膨脹條件的要求。本流量計還有由帶磁極的齒輪組、磁力偶合器和記錄器構成的溫度、壓力、流量補償系統，進一步提高了本流量計的測量精度，可達±0.5％，本流量計可廣泛用於石油、化工等企業生產計量的工作中，並有防爆及遠距離發訊的能力。
文檔編號G01F11/10GK1104323SQ9410402
公開日1995年6月28日 申請日期1994年4月15日 優先權日1994年4月15日
發明者劉先東, 李開岐, 荀明家 申請人:中國石化大慶石油化工總廠煉油廠