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1、气体罗茨流量计,气体罗茨流量计,一、概述：罗茨流量计又叫腰轮流量计，是一种容积式流量计。它内部设计有构成一定容积的计量室空间，利用机械测量元件把流体连续不断地分割成单个已知的体积部分，根据计量室逐次、重复地充满和排放该体积部分流体的次数来测量流量体积总量。容积式流量计是一种具有历史悠久的流量仪表，具有对上游流速分布不敏感，测量精度高，可用于高粘度流体并直接得到流体累计流量等特点。,二、结构和原理,腰轮流量计由壳体、腰轮转子组件（即内部测量元件）、驱动齿轮与计数指示组件等构成。在腰轮流量计的壳体内有一个计量室，计量室内有一对或两对可以相切旋转的腰轮（由此得名腰轮流量计），在流量计 壳体外面与两个
2、腰轮 同轴安装了一对驱动 齿轮，它们相互啮合使 两个腰轮可以相互联动。,工作原理是利用测量元件两个腰轮，把流体连续不断的分割成单个的体积部分，利用驱动齿轮和计数指示结构计量出流体总体积量。它有两个腰轮（酷似8字形）状的共轭转子，分别控制在各自的转轴上，有一个腰轮转动，另一个就跟着（同步齿轮联接）反向转动，相互间始终保持着一条线接触（准确说是接近），既不能相 互卡住，又不能有泄露间隙。,流量计的工作原理可以从图中的4个过程来分析。当有气体通过流量计时，在流量计进出口气体压力差的作用下，两腰轮将按如图方向旋转。当在进气口充入气体时，两个腰轮都向外转，如图位置1所示。当下边的腰轮放横（水平状态）时，
3、在它下边存有一定体积量的气体，连续转动时，一定体积量的气体将从排气口排出，见图位置2所示。,位置1,位置2,上边的腰轮将进来的气体存入上腔中，并将气体送出排气口，见图位置3、位置4所示。当进气压力高于排气压力时，两个腰轮将连续转动，一次次地排出气体。当两个腰轮各完成一周的转动时所排出的气体为一回转量V。在腰轮转动轴上带动一副蜗轮副和一套变速齿轮组合传送到计数装置进行累计流量计量。,位置3,位置4,流体从流入口送到流出口，只要知道计量室空间的容积和腰轮转动的转数，就可得到被计量流体的体积量。设计量室的容积为VI，流体流过时，腰轮的转数为N，则在N次动作的时间内流过流量计的流体体积V为:V=NVI
4、,工作原理示意图,气体罗茨流量计,部件构成与装配演示,三、腰轮气体流量计误差特性,腰轮气体流量计的误差特性是流量计的基本测量误差E与通过流量计的流量之间的关系。研究腰轮气体流量计的误差特性，就是研究其测量误差随流量的变化而变化的趋势。腰轮气体流量计的基本误差（相对误差）可用下式表示：式中：VI流量计显示值，m3；V通过流量计的实际值，m3。,由于在实际工作中，人们通常用示值相对误差来表示，因此由公式得 对于腰轮流量计检测部件动作一个周期有确定的单位体积（v）的气体由进口排向出口，则由公式得知,流量计工作过程中，在某一时间段内流量计检测部件动作N次，通过机械传递装置将动作传递到计数显示装置，使计
5、数器上的数字累加，以显示通过流量计的气体体积，因此，显示值VI 和N的关系可以表示为 VI=aN 式中：a与机械传动比和计数器单位量值有关的流量计齿轮常数。理想误差特性：,上式中表示，容积式流量计的误差只与计量室空间的容积v和齿轮比常数a有关。对于某一流量计，这两个参数都为常量，所以，式中所表示的误差也是常量，与通过流量计的流量大小无关。在误差特性曲线图上为一条水平线，如图中曲线所示。我们把这样的误差特性称为理想的误差特性曲线。,然而，在流量标准装置上对腰轮气体流量计进行特性试验时，其特征表现为：在小流量时，误差急剧向负方向倾斜；随着流量的增加，误差曲线逐渐向正向移动，并稳定在某一值上；在大流
6、量时某些流量计的误差特性曲线又开始向负方向倾斜。原因：是因为容积式气体流量计中除了湿式气体流量计外，都不可避免的存在漏流现象。这是一部分没有经过“计量室”计量而通过流量计测量元件与外壳之间的间隙直接从入口流向出口的（气体）量，在流量计示值上并未反映出来。显然，漏流越大，流量计误差就越大。,为了定量分析由于漏流的存在对误差特性的影响，可假设通过间隙的漏流量为q。当以流量qv通过流量计的气体总量为V时，通过间隙漏过流量计的总漏流量V为 也就是说，当腰轮气体流量计存在漏流时，通过计量室排出的（气体）总量由公式可知为NV，通过间隙漏过流量计时的（气体）总量为V。所以，实际通过流量计的（气体）总量为 V
7、=NV+V,实际误差为,由于漏流q的存在，误差不再是一个常数，而是一条随流量变化的曲线。,假设q为一常数。当流量qv很小时，小到极限情况就是qv=q，也就是说，通过流量计的流量都是漏过流量计的，流量计测量元件根本还没有动作。此时所有通过流量计的（气体）量都是漏流的结果，流量计的示值为零。,随着流量qv的增加，误差曲线也逐渐向正方向移动。当流量继续增加达到很大时，q/qv已变得很小，误差曲线逐渐趋向于理想误差曲线，基本为一常数。,四、压力损失特性,引起腰轮气体流量计压力损失的原因有两个方面：一是由于流量计测量元件动作的机械阻力引起的压力损失；二是由于（气体）粘性造成的流动阻力引起的压力损失。由于
8、腰轮气体流量计内部的测量元件（转子等）的动作是在（气体）压力差作用下进行的，（气体）要使流量计运行，必然要消耗一部分能量，这部分能量消耗最终以流量计前后不可恢复的压力损失的形式表现出来。显然，流量越大，压力损失p就越大；（气体）粘性越大，压力损失p也越大。,腰轮气体流量计的压力损失跟流量的关系并非线性，一般呈二次曲线的规律变化，它表示气体腰轮气体流量计的压力损失曲线。,压力损失对流量计误差特性的影响。式中：C2与流量计结构有关的常数；p流量计前后差压（压力损失）；气体密度。流量计转子与计量腔的间隙是一定的。漏流流量q与压力差成正比关系。随着通过流量计流量的增加，流量计前后的压力损失也增加，漏流
9、也随着增加。有时漏流增加的速度甚至比流量还快，这就是有的腰轮气体流量计为什么在流量很大时其误差曲线要向负方向倾斜的原因。,五、物性参数对流量计特性的影响,由于腰轮气体流量计产生误差的根本原因是因为漏流的存在，所以，在研究物性参数对流量计特性的影响时，主要研究物性对漏流的影响。对于气体介质，主要考虑气体密度的影响。漏流模型时代入误差公式可得,同样，在大流量条件下，q/qv1，将式（3-18）展开并忽略高次项后得（3-19）从式（3-19）可以看出，在同流量条件下，误差E与 成线性关系。,图3-9为某气体腰轮流量计的实验误差特性曲线，随着工作压力的提高，误差曲线向正向移动。,腰轮气体流量计的选择、
10、安装,腰轮气体流量计的产品型式很多，每种产品对介质的适应性不同，且各有特点，所以根据被测介质的特性和使用要求，来合理选择流量计非常重要。选定了流量计后，正确的安装和使用，定期维护是保持流量计高准确度正常工作的保证。腰轮气体流量计的选择 腰轮气体流量计的选择要考虑如下三个方面：流量计的型式、流量计的性能、流量计的配套设备。腰轮气体流量计型式的选择应根据实际工作条件和被测介质特性进行。,在腰轮气体流量计性能选择方面主要应考虑以下五个要素：流量范围；测量准确度；耐压性能（工作压力）压力损失；适用目的。,流量范围 腰轮气体流量计的流量范围与适用特点（连续工作还是间歇工作）、测量准确度等因素有关。同一腰
11、轮气体流量计，用于间歇测量时，其流量范围较大，（主要是上限流量可以比连续工作时大）；对于测量准确度，用于低准确度测量时，其流量范围较大，而用于高准确度测量时，流量范围较小。为了保持仪表良好的性能和较长的使用寿命，使用时的工作流量最好选择不超过仪表最大流量的70%80%。,测量准确度 腰轮气体流量计是目前测量准确度较高的流量计之一。制造商在产品样本上给出的测量准确度是指在实验室参比条件下得到的基本误差，而在实际使用中由于现场条件的偏离，必然会带来附加误差，实际误差是基本误差和附加误差的合成。所以仪表选型时应根据现场可能出现的问题采取措施。现场条件对测量准确度影响较大的主要有被测介质粘度的影响和温
12、度的影响。,耐压性能（工作压力）和压力损失 流量计的工作压力要有流量计的工作壳体来承受，对工作压力的不同要求，应采用不同材质的受压部件，以免引起使用上的不安全。常规产品最高壳体承压等级可达到1.0Mpa压力。压力损失也是选择流量计时必须考虑的重要问题。尤其是大流量使用时，更应注意核算流量计的压力损失是否能满足用户的使用要求。,使用目的 使用目的指流量计是用于贸易结算和成本核算，还是用于过程参数控制。用于核算计量的流量计主要考虑其计量准确度是否满足核算的要求，且根据用户要求应选配具有体积修正仪、IC卡控制器、各种信号输出接口、历史数据库等各种配套设备及功能。,腰轮气体流量计的安装 安装的一般要求
13、如下：环境条件：周围无腐蚀性气体，机械振动小，灰尘少且远离热源的场所。对于配有体积修正仪的智能型流量计，还应有符合规定的电磁环境。环境温度：一般不超过-20+80范围。管道条件：在安装流量计前，管道必须进行清洗和吹扫，清楚一切杂物、锈蚀和污垢。连续管道一般应与流量计进出口等口径同轴线，不得有凸出管壁的凸出物突入管道内。流量计应采取无应力安装，充分考虑工作温度引起的管道应力。,使用腰轮气体流量计测量各种气体的流量，实际上是使用装有腰轮气体流量计的计量系统。除腰轮气体流量计外，还配套有管路系统、控制阀门，以及根据实际需要配备的过滤器、控制阀及温度、压力测量仪表和压力、流量调节等设备。腰轮气体流量计
14、是少数几种使用时仪表前不需要前后直管段的流量计之一。腰轮气体流量计根据其工作原理有不同的安装方式，例如气体腰轮流量计根据工作原理和气质情况，大多数要求在垂直管道上安装，膜式燃气表则要求在水平管道上安装。为了便于检修维护和不影响流通和使用，流量计安装一般都要设置旁路管道。在垂直管道上安装时，流量计一般应安装在旁路管道中，以防止主管道杂物沉积于流量计内。,流通管道中安装的流量调节阀、开关阀和旁通阀应工作可靠，例如旁通阀如果存在任何泄露，都将造成计量准确度的严重下降。为了便于观察和检查，旁通管路的切断可由两个开关阀串联组成，在两个阀间的连接短管上，设一小口径检漏阀，可方便地检查旁通阀的切断情况。根据
15、需要，在靠近流量计的进口处，安装合适的温度测量仪表和压力测量仪表，以便确定被测气体的温度和压力。,腰轮气体流量计的使用与维护,安装好流量计后，正确使用和及时维护流量计极为重要。只有正确使用流量计，才能使流量计在规定的准确度范围内工作；只有及时维护使用中的流量计，才能使流量计正常运转。在试运行和正常运行中，腰轮气体流量计的使用应注意以下问题：试运行 新选型设计的或重新安装的腰轮气体流量计系统，经安装检查后，应进行试运行工作检验。试运行工作应按下述程序运行。,关闭流量计前后的阀门（开关阀和调节阀），缓慢打开旁通阀，使气体从旁通阀流过，冲洗管道中残留的杂物并使流量计进出口压力平衡。若无旁通管路，则可
16、先用一短管代替流量计装在管路中使气体通过，待管路被洗干净后，取下短管换上流量计。启动流量计工作。对有信号远传的智能型流量计。先接好信号线和电源线，接通电源使仪表正常工作。然后，先缓慢打开流量计前的开关阀，再缓慢打开流量计后的调节阀，最后缓慢关闭旁通阀门。用流量计出口的调节阀调节流量，使流量计在正常流量下工作。,如果被测气体的温度很高，与环境温度的温差较大，则流量计运行前应注意对计量系统进行预热，使流量计和管路系统慢慢升温以保证流量计正常运行。观察记录各项运行参数的变化，例如温度、压力等系统应没有大的振动、噪声和泄露等情况，经稳定运行一段时间后，试运行结束后。,正常运行 腰轮气体流量计计量系统经
17、试运行正常从而投入正常运行后，操作人员应从以下几方面做好使用和维护工作。运行时经常注意被测介质的流量、温度、压力等参数是否符合流量计的使用范围。如偏离较大，应查明原因，并考虑解决方法。启动和关闭流量计的工作仍应按试运行时的顺序进行。一般应制定严格的操作程序及规范，包括流量计的使用规范、检验流量计的操作规程和检定周期、流量计故障处理程序、备用流量计的启用规定及流量计和旁通阀的封印等。,定期对整个计量系统进行检查、维护和检验。内容包括流量计、阀门和管路系统，过滤器等配套设备，温度计、压力表和密度计等测量仪表，安全阀、限流阀和报警器等保护设备，以及流量显示仪表、记录装置、补偿装置等流量辅助设备。,G型罗茨流量计,
