Расходомеры объёмного типа (PD-метры) универсальны и экономичны. Их можно использовать для измерения расхода чистых, агрессивных жидкостей и газов. Если вам нужен высокоточный расходомер по разумной цене, расходомер объёмного типа часто является оптимальным выбором.
В этой статье объясняется принцип работы объемных расходомеров, технологии, лежащие в основе различных типов объемных расходомеров, их основные преимущества и области применения.
Что такое расходомер вытеснительного типа?
Расходомеры объёмного типа, также известные как расходомеры постоянного объёма (ПД), представляют собой высокоточный тип расходомеров. Они разделяют жидкость на фиксированные объёмы с помощью механических элементов. Суммарный расход рассчитывается на основе количества циклов заполнения и опорожнения измерительной камеры.
Расходомеры объёмного типа являются одними из самых точных. Иногда их точность может достигать 0.2% от фактического расхода. Они подходят для измерения расхода в таких отраслях, как химическая, нефтяная, фармацевтическая, металлургическая и пищевая.
Кроме того, эти расходомеры могут работать без источника питания. При установке не требуется наличие прямых участков трубопровода до или после расходомера. Они идеально подходят для измерения расхода вязких жидкостей, таких как нефть, топливо и растворители.
Как работают расходомеры вытеснительного типа?
Объемный расходомер использует механические измерительные элементы для разделения жидкости на отдельные порции известного объема. Общий объем жидкости измеряется путем многократного заполнения и опорожнения измерительной камеры данной порцией жидкости.
Принцип работы типичного расходомера объёмного расхода (с эллиптическими шестернями) показан на рисунке 1. Две эллиптические шестерни вращаются в контакте друг с другом. P1 и p2 представляют собой входное и выходное давление соответственно, причём, очевидно, p1 > p2.
Нижняя шестерня (a) вращается против часовой стрелки под действием разности давлений с обеих сторон, выступая в роли ведущей. Верхняя шестерня, благодаря одинаковому давлению с обеих сторон, не создаёт крутящего момента и является ведомой. Она приводится в движение нижней шестерней и вращается по часовой стрелке.
В положении 1(b) обе шестерни создают крутящий момент под действием разности давлений и продолжают вращаться. При установке в положение 1(c) верхняя шестерня становится ведущей, а нижняя — ведомой, продолжая вращение до положения, аналогичного показанному на рисунке 1(a), совершая один цикл.
За один рабочий цикл происходит сброс объема жидкости из четырех полостей серповидной формы, образованных шестернями и стенкой корпуса; этот объем называется «циркулирующим объемом» расходомера.
«Объём циркуляции» расходомера равен υ. Число оборотов шестерни за единицу времени равно N. Тогда объём жидкости, протекающей через расходомер за это время, равен V.
Следовательно, V = Nυ
Типы расходомеров вытеснительного типа
К распространённым типам объёмных расходомеров относятся расходомеры с овальными шестернями, ротационные импеллерные расходомеры, скребковые расходомеры, ротационные поршневые расходомеры и винтовые расходомеры. Все они основаны на одном и том же основном принципе: периодическом движении механических компонентов для разделения фиксированного объёма жидкости.
Овальная шестерня
Расходомеры с овальными шестернями относятся к типу расходомеров объёмного типа. Они являются одними из самых точных расходомеров.
Расходомеры с овальными шестернями измеряют расход за счёт вращения внутренних шестерён при протекании через них жидкости. Общий объём расхода измеряется количеством циклов наполнения и опорожнения измерительной камеры.
Расходомеры с овальными шестернями могут быть изготовлены из различных материалов, таких как чугун, литая сталь, нержавеющая сталь 304 и нержавеющая сталь 316.
Они широко используются для измерения сред с высокой вязкостью, таких как дизельное топливо, бензин, керосин, тяжелая нефть, парафин, асфальт, мазут, гидравлическое масло, моторное масло и сырая нефть.
цилиндрический редуктор
Расходомеры с косозубыми шестернями используют зацепленные косозубые шестерни в качестве роторов для разделения жидкости на фиксированные объемы для измерения.
Ротор (винтовая шестерня) расходомера с винтовой шестерней вращается под действием перепада давления жидкости. За один оборот выбрасывается фиксированный объём жидкости. Общий объём жидкости можно рассчитать, измерив число оборотов шестерни.
Расходомеры с косозубыми шестернями обеспечивают точность ±0.5%R, а результаты измерений не зависят от свойств жидкости. Они подходят для измерения расхода высоковязких сред (например, тяжёлой нефти и смол).
Расходомеры с винтовыми шестернями требуют горизонтальной или вертикальной установки, ось вращения должна быть параллельна земле. Если расходомер содержит твердые частицы или газы, необходимо установить фильтр или вентиляционное устройство.
Возвратно-поступательный/качающийся поршень
Расходомер с колебательным поршнем состоит из корпуса, внутреннего и внешнего цилиндров, вращающегося поршня, перегородок и магнитной муфты. Его основным компонентом является вращающийся поршень, который приводится во вращение эксцентрично под действием разности давлений на входе и выходе. Магнитная муфта передает число оборотов счетному механизму для измерения расхода.
Каждый поршень приводится в действие механически или магнитно, впрыскивая жидкость в цилиндр и затем выбрасывая её. Каждый ход представляет собой конечное количество жидкости (устройство может быть однопоршневым или многопоршневым).
Расходомеры с качающимся поршнем обладают большой пропускной способностью и простой конструкцией. Они обычно используются для измерения расхода вязких жидкостей, например, масла на испытательных стендах двигателей.
Эти расходомеры также используются в бытовых системах водоснабжения, пропуская небольшие количества примесей, таких как трубная накипь и мелкий песок. Однако они не пропускают крупные частицы или абразивные вещества.
Нутирующий диск
Измерительный элемент расходомера с осциллирующим диском состоит из плоского диска, окружающего центральную сферу. Этот элемент установлен в измерительной камере с дугообразными боковыми стенками, что позволяет ему вращаться.
Диск, установленный на сфере, совершает колебания вокруг своей оси под действием потока жидкости. Каждый оборот соответствует прохождению определённого количества жидкости. Круглый диск расходомера с колебательным диском установлен на главном валу внутри цилиндрической камеры.
Отслеживая движение главного вала, расходомер может определить количество всасываний и сбросов жидкости из камеры. Эта информация используется для определения расхода.
Расходомер с осциллирующим диском — наиболее распространённый и точный тип объёмного расходомера. Он представляет собой экономичный и эффективный вариант для измерения расхода промышленных жидкостей. Он может использоваться в различных областях, включая рециркуляцию конденсата, подачу питательной воды в котлы и дозирование добавок.
Поворотная лопасть
Роторный расходомер состоит из двух или более лопастей. Вращающееся рабочее колесо делит пространство между лопастями на отдельные объёмы. Каждый оборот (или проход лопасти) учитывается.
Расход = Объем измерительной камеры × Скорость вращения × 4
Мембранный клапан
Мембранный расходомер — это устройство, измеряющее и транспортирующее жидкости посредством возвратно-поступательного движения гибкой мембраны. Он в основном используется для измерения и транспортировки жидкостей.
Основным компонентом мембранного расходомера является гибкая мембрана. Жидкость всасывается через входное отверстие колеблющейся мембраны и выводится через выходное отверстие. Расход определяется путём подсчёта циклов колебаний мембраны.
Мембранные расходомеры компактны, обладают высокой коррозионной стойкостью и подходят для высоковязких, коррозионных или легко засоряющихся жидкостей. Они обеспечивают гибкую регулировку расхода и высокую точность.
Би-ротор и три-ротор
Двухроторные расходомеры в основном используются для точного измерения и контроля расхода жидкости. Они состоят из пары винтовых роторов. По мере протекания жидкости через неподвижную камеру роторы вращаются. Каждый оборот обеспечивает сброс фиксированного количества жидкости, и расходомер рассчитывает расход на основе числа оборотов.
Двухроторные расходомеры могут достигать классов точности 0.5 и 0.2 с погрешностью повторяемости, не превышающей 1/3 от предельной погрешности. Они способны работать с высоковязкими жидкостями, что делает их идеальными для промышленного применения.
Трехроторные расходомеры используют три синхронно вращающихся ротора для измерения расхода жидкостей в закрытых трубопроводах. Их внутренние компоненты не имеют прямого контакта металлических деталей, что обеспечивает низкое трение и длительный срок службы. Они подходят для измерения расхода промышленных жидкостей, таких как сырая и очищенная нефть.
По сравнению с обычными роторными расходомерами, трёхроторные расходомеры обеспечивают измерение объёма за счёт синхронного вращения трёх роторов. Они обеспечивают более высокую точность и подходят для использования в условиях высоких расходов.
Преимущества и соображения
Наши преимущества
Расходомеры объемного типа обладают многочисленными преимуществами, что делает их превосходящими другие технологии расходомеров в определенных областях применения.
- Подходит для случаев, когда требуются высокоточные измерения, особенно для высоковязких жидкостей.
- Требуется минимальное техническое обслуживание.
- Отличные характеристики высокого давления и гидравлики.
- Не требуется прямолинейность, не подвержен влиянию турбулентности.
- Прямое считывание накопленных значений без внешнего источника питания.
- Состояние трубы (например, длина прямого участка трубы) не оказывает существенного влияния на точность измерения.
- Точность остается неизменной в широком диапазоне вязкости и температуры.
- Более экономична, чем некоторые другие технологии, подходящие для аналогичных применений.
Соображения
Некоторые характеристики расходомеров объёмного типа делают их непригодными для определённых применений. Для защиты шестерён некоторых из них требуются вязкие или смазывающие среды.
Полигональные расходомеры вытеснительного типа, как правило, способны измерять только однонаправленный поток. Они подходят только для чистых сред и не подходят для применений с кавитацией.
Металлические расходомеры объёмного типа значительно тяжелее обычных. Это связано с тем, что корпус клапана расходомера обычно толще, что приводит к значительно более высокой стоимости.
Рекомендации по выбору
Шестерёнчатые расходомеры, являющиеся разновидностью объёмных расходомеров, широко используются для измерения расхода жидкости. Правильный выбор напрямую влияет на точность, стабильность и срок службы измерений. Поэтому при выборе объёмного расходомера следует учитывать следующие ключевые моменты.
1. Характеристики текучей среды
Учитывайте, является ли среда химически коррозионной. Это определяет выбор материала для компонентов, контактирующих с ней. Например, нержавеющая сталь 304, нержавеющая сталь 316, сплав «Хастеллой» или специальные покрытия.
В качестве альтернативы, проверьте, содержит ли среда твердые частицы или примеси. При наличии частиц перед расходомером необходимо установить фильтр для предотвращения заклинивания и износа шестерен. В сложных случаях следует рассмотреть возможность использования других типов расходомеров.
Учитывайте динамическую вязкость среды при рабочей температуре. Шестерёнчатые расходомеры подходят для измерения жидкостей средней и высокой вязкости. Чем выше вязкость, тем меньше внутренние утечки, что повышает удобство измерения.
2. Рабочие параметры
Диапазон расхода: определяет минимальный, нормальный и максимальный расход. При выборе диапазона максимальный расход не должен превышать верхний предел расходомера. Рекомендуемый нормальный расход должен составлять от 20% до 80% (или от 1/2 до 2/3) диапазона расходомера.
Рабочая температура: фактическая температура среды. Она влияет на выбор материала, уплотнительного материала и необходимость использования высокотемпературного устройства отвода тепла.
Рабочее давление: максимальное рабочее давление системы. Убедитесь, что номинальное давление расходомера соответствует требованиям, чтобы предотвратить повреждение от избыточного давления. Распространённые номинальные значения давления: 1.6 МПа, 2.5 МПа, 4.0 МПа и 6.3 МПа.
3. Условия и окружающая среда установки
Диаметр трубы. Диаметр расходомера и диаметр трубы могут различаться. Однако их необходимо соединять через переходник (сужающийся или расширяющийся), обеспечивая достаточную длину прямого участка трубы.
Направление установки. Обычно требуется горизонтальное или вертикальное расположение. Для большинства шестеренчатых расходомеров существуют особые требования к направлению установки; следуйте инструкциям производителя.
Учитывайте температуру окружающей среды, влажность, требования к взрывозащите и степень защиты расходомера. В суровых условиях, например, в условиях запыленности, выбирайте изделия с высокой степенью защиты.
4. Выходные данные и функции
Учитывайте требования к выходному сигналу: нужен ли выходной сигнал, и если да, то какого типа? Например, 4–20 мА, импульсный, HART, Modbus и т. д. Для удалённого отображения, управления или интеграции с системой DCS/PLC.
Требуется ли для локального дисплея механический стрелочный счётчик, ЖК-дисплей, отображение суммарного расхода, функция сброса и т. д.? Для удобного просмотра мгновенного и суммарного расхода на месте.
5. Точность и экономичность
Класс точности. Например, ±0.5%, ±0.2%. Для торговых расчетов или точных измерений следует выбрать более высокий класс точности (например, 0.2 или 0.5).
Общая стоимость. Учитывайте стоимость покупки, установки, обслуживания, калибровки и запасных частей. Выбирайте продукт с высоким соотношением цены и производительности, отвечающий всем требованиям к производительности.
Насколько точен расходомер вытеснительного типа?
Расходомеры объёмного типа относятся к числу самых точных. Они особенно подходят для измерения расхода высоковязких жидкостей (например, масел). Однако они не подходят для жидкостей с примесями или низкой вязкостью. Кроме того, их адаптация к измерениям в трубопроводах большого диаметра ограничена.
Точность объёмных расходомеров обычно составляет от 0.25% до 0.5%. У некоторых высокоточных моделей погрешность может достигать ±0.2%. Однако на их точность влияют утечки, передаточное отношение и т. д. Эти погрешности можно скорректировать с помощью формул.
Промышленное применение
Расходомеры объёмного типа (ДП), являясь одними из трёх основных расходомеров, занимают важное место наряду с расходомерами дифференциального давления и поплавковыми расходомерами, занимая важное место в многочисленных областях применения. Они особенно подходят для точного измерения общего количества дорогостоящих сред, таких как нефть и природный газ, обеспечивая точный учёт ресурсов и эффективное управление ими.
На рынках промышленно развитых стран объёмные расходомеры, особенно объёмные, демонстрируют высокие показатели продаж. Статистика показывает, что на них приходится около 13–23% продаж, что свидетельствует об их широком применении в промышленном измерительном оборудовании.
- Нефть и газ
- Очистка воды и сточных вод
- Химия
- Энергоснабжение
- Фармацевтика
- Продукты питания и напитки
- Целлюлозно-бумажная
- Металлургия и майнинг
- Аэрокосмическая индустрия
- Гидравлические испытания
FAQ
Дополнительные примеры и решения для измерения расхода
Расходомеры объёмного типа играют важнейшую роль в различных отраслях промышленности. Они точно измеряют расход жидкости с точностью от ±0.1% до ±0.5%. Они особенно подходят для измерения общего объёма высоковязких сред и дорогостоящих жидкостей, таких как нефть и природный газ. Вы можете выбрать подходящий тип расходомера в зависимости от требований вашей области применения и характеристик жидкости.
Компания Sino-inst обладает обширным опытом и знаниями. Мы предлагаем широкий ассортимент высококачественных объёмных расходомеров для различных промышленных применений. Вы можете выбрать подходящий тип расходомера в зависимости от ваших требований и характеристик жидкости.
Команда Sino-inst всегда готова помочь вам. Если вам нужно купить объёмный расходомер или узнать больше, свяжитесь с нами сегодня!