流量计计量室的密封问题分析

容积式流量计具有功能稳定、精确度高、量程宽、测量范围大等优点，因此广泛地用于工业的流量计量。

旋转活塞流量计是一种容积式流量计，其计量室的进出口腔的隔绝密封问题是关系到能否保证计量的准确、稳定的重要环节。该密封是由旋转活塞与内外圆筒及隔板的接触形成，而与隔板接触的、供活塞摆移的顶面缺口廓形设计尤为关键，工作时，该廓形既要保证活塞按正确轨迹运动不受干涉,又要保证缺口轮廓与隔板保持接触,使进出腔隔绝,形成可靠的密封。

旋转活塞流量计计量室的结构及其工作原理

如图1所示，顶面开有运动时能容纳隔板位置缺口的活塞7位于外圆筒1的内壁及内圆筒6的外壁构成的环形区域内,活塞的内外壁分别与内外圆筒的外、内壁接触,使活塞中心o‘对于内外圆筒中心o有一偏距e,不难看出,旋转活塞的外内半径r1, r2,与外内圆筒的内外半径R , r3有下列关系：

活塞壁厚 δ=r1-r2偏距 e=R-r1活塞外半径 r1=( R+r3+ δ) /2内外圆筒间有沿径向隔板将环形区隔断。

环形区的径向尺寸I=R-r3隔板在R以内长度l1略大于l隔板厚度为b隔板到o点距离l2=R-l1

这样, 环形区被活塞壁和隔板划成两个月牙形内外腔计量室, 在入口液体压力作用下, 活塞中心 o’绕 o 沿箭头做逆时针旋转, 活塞其余部分在环形区内摆移, 其内外圆柱面依次和内外圆筒接触, 计量腔不断作圆周移动, 输送流体。活塞中心 o‘绕o旋转一周,内外计量腔同时旋转一周,各输送排出一次液体。月牙形内外计量腔的容积和即为活塞中心旋转一周输送排出的液体体积流量,它是一个可计量的常量为:

其中, h—计量室的高度

根据活塞的转数n就能测出n转数下所流过的液体量:

流量计计量室的密封问题分析

1、密封原理

由上述对流量计结构及工作原理分析可知,活塞工作时,活塞外圆面、外圆筒内圆面及其相互接触,隔板和圆筒上下面构成外计量室;而活塞内圆面、内圆筒外圆面及其相互接触,隔板和圆筒上下面组成内计量室。活塞运动时要求其顶面与隔板接触处开有缺口,以保证运动不受干涉,更重要的是该缺口廓形还要保证始终与隔板的近中心的k处接触,以保证内计量室的密封;否则,以压力从入口输入的液体将不通过计量腔的输送,而直接经缺口窜入出口流出,轻则导致计量不准,重则导致流量计不能工作。

2、活塞顶面缺口廓形方程的分析和设计计算

1)如图2所示旋转活塞工作时其中心o’绕o逆时针转动,设oo‘连线与初始位置夹角为 α,以α 为参数，推导顶面缺口廓形的极坐标参数方程。为设计、加工方便，将极坐标系固结在活塞顶面上。设坐标系原点为o’，极轴的初始位置为缺口廓形的对称线o‘B，顺时针方向为相位角正向φ。

当0°≤ α ≤180°时缺口的右半廓形方程经过推导为:

其中e、b、l2、r1如前所述,均为已知。

2)当180°≤α≤360°时因对称关系,将-α,- φ代替(1)式中的α, φ即可得到180°≤α≤360°时的极坐标方程:

3、实例计算

原始数据: R= 27 mm,r1= 23 m m,r2= 21 mm,r3= 17 mm,l1= 11 mm,b= 2 mm

经计算e=R-r1= 4 mm,l3= 16 mm参数 α从小到大顺序取值到r和 φ的对应值见表1。

廓形的加工

将( 1)、( 2)式转换为直角坐标方程,如图3转换式如下:

(3)式仍然是 α的参数方程,直接获得y和x的函数关系y=f ( x )比较困难,可根据给出的 α值获得x, y的相应值(见上表) ,将其对应的坐标点作为节点,利用牛顿等差插值或样条插值建立分段的y=f ( x )的方程;以该方程为基础,可编制程序,方便地在NCN线切割机上完成加工。

提高密封可靠性的其他措施

1)液体在活塞顶面缺口处的泄漏主要发生在内计量室,尽量缩短内计量腔与入口的相通时间,以便减少压力作用的时间过程,设计入口形状和位置时,尽可能使入口接近外圆筒的内圆柱面。

2)同理,液体出口的形状位置的布置应尽早与计量腔相通。

结论

1、旋转活塞流量计计量室的动密封除了要认真考虑圆筒半径,活塞半径偏心距的尺寸关系,使活塞的内外柱面分别与内、外圆筒圆柱面接触相切外,还应认真考虑活塞顶面缺口与隔板的接触密封即缺口的廓形设计。

2、活塞顶面缺口廓形设计既要满足自己的正常运动不受干涉,更要考虑该处的动密封问题,因此,缺口形状不是随意的,而是精心设计的见图3。

3、活塞顶面缺口廓形可按(1)、(2)公式设计计算。

4、廓形可通过(1)、(2)、(3)参数方程获得节点拟合插值方程,在数控线切割机上完成加工。

U-How®康汇燃油流量计

U-How®康汇流量计是上海康汇实业发展有限公司，根据旋转活塞式工作原理自主研发生产的，具有测量流速低、量程宽、精度高、结构简单、工作安全可靠等特点的高精度流量传感器。

产品图片

工作原理

旋转活塞式流量计，是属于容积式流量计，它基于活塞与计量室一直保持的相切密封状态。并有一个固定的偏心距计量元件活塞，在压差的作用下，对活塞产生转动力矩，使活塞做偏心旋转运动，活塞的转数正比于流体的流量，通过记数机构记录出活塞转数，即可测得流体总流量。

旋转活塞式流量计进出口由隔板隔开。当被测流体从进口进入计量室，这时进出口形成压差，迫使活塞逆时针旋转如图a所示。流体连续流入，迫使活塞转动如图b所示，形成二个半月牙腔体，在压差作用下迫使活塞转动如图c，V2流体从出口排出，使活塞转动如图d所示，在压差作用下转动，活塞每转一周迸出的流体等于V1+V2的和。

工作原理图

流量计爆炸图：

结构尺寸图：

PDFM4D

PDFM8D

PDFM8DB

产品参数

1、机械部分：

型号	PDFM 4D	PDFM 8D	PDFM 8Db
液压连接器	M14 x1.5	M14 x1.5	M16/22 x1.5
最大工作压力 （MPa)	2.5	2.5	2.5
测量范围 (l/h)	1～ 80	20～ 200	80～ 320
精度 （﹪）	±1	±1	±1
重复率 （﹪）	±0.2	±0.2	±0.2
测量室体积 （ml)	5	12.44	12.44
内置滤网尺寸 （mm)	0.125	0.15	0.15
工作温度 （℃）	﹣20 ～80	﹣20 ～80	﹣20 ～80
存储温度 （℃）	﹣40 ～100	﹣40 ～100	﹣40 ～100

2、电子部分：

型号尺寸	KHDQ
工作电压 （V）	9～40
输出接口	RS485/RS232
数据线	2×0.75
工作温度 （℃）	﹣20～80
存储温度 （℃）	﹣40～100

测量介质：

可测量轻质和中质油料，如：汽油、柴油、煤油、石脑油、润滑油

产品资质

1. 发明专利：ZL201020504169.8流量传感器

2. 国家汽车质量监督检验中心车辆检测报告

3. 交通部委托北京计量院精度检测报告

油耗监控解决方案

应用对象

1.发动机：

火车、汽车、工程车、拖拉机、发电机组及内河或近海航行的船舶中测量各类动力机器的燃油消耗量，及各种较重液体的装卸计量和管道过液计量。

2.燃烧器：

车载锅炉、移动锅炉等设备的燃油消耗计量。

数据采集方式

通过采集流量计脉冲数据的方式，以RS485/RS232对接设备单位的系统集成

解决方案

实施案例

某大型石油集团：

吊管机、移动电站、多功能车、弯管机、空压机等

某大型采油厂：

锅炉车、清蜡车、超导车、水泥车、吊车等；

港口：

龙门吊、堆高机、正面吊、装载机等

其它：

轮胎胎压油耗测试；驾驶员驾驶技术比武；发动机性能标定

空压机

锅炉车