Принцип работы расходомера с овальными шестернями

Точное измерение расхода жидкости — важнейшая задача в области гидродинамики и управления промышленными процессами. Среди множества представленных на рынке технологий расходомер с овальными шестернями — особенно прочный, точный и надёжный вариант, особенно для сложных условий эксплуатации вязких жидкостей. Принцип его работы, являясь разновидностью расходомера объёмного типа (ПЗ), элегантен своей механической простотой, но при этом обладает высокой производительностью.

В этой подробной статье рассматривается конструкция расходомера с овальными шестернями , механизм, преобразующий механическое движение в точные данные, его основные преимущества и наиболее популярные промышленные применения.

Что такое расходомер вытеснительного типа?

Прежде чем изучать особенности конструкции овальных шестерен, важно понять, к какой категории они относятся. Расходомеры объёмного типа — это объёмные приборы, которые измеряют расход путём многократного захвата фиксированного известного объёма жидкости и пропускания его от входа к выходу. Общий объём пропущенной жидкости представляет собой сумму этих дискретных порций.

В отличие от инференциальных расходомеров, которые определяют расход по скорости (например, турбинных или вихревых расходомеров), камерные расходомеры измеряют объём напрямую. Это фундаментальное отличие объясняет их высокую точность и меньшую зависимость от свойств жидкости, таких как вязкость и плотность. Счетчик с овальными шестернями — одна из самых популярных и эффективных конструкций в семействе камерных расходомеров.

Принцип работы: механическое сердцебиение

«Сердце» расходомера с овальными шестернями состоит из двух прецизионных, механически обработанных, взаимодействующих друг с другом овальных шестерён (также называемых роторами), установленных в измерительной камере с точными допусками. Работа прибора представляет собой непрерывный четырёхступенчатый цикл, обеспечивающий плавный и бесперебойный процесс измерения.

Вот пошаговое описание того, как это работает:

Шаг 1: Поступление жидкости и первоначальное улавливание

При поступлении жидкости во входное отверстие счетчика сила потока создает перепад давления, который воздействует на шестерни. Это давление приводит во вращение первую овальную шестерню. При ее вращении небольшой, точно определенный объем жидкости захватывается в серповидном пространстве между внешним краем шестерни и внутренней стенкой измерительной камеры.

Шаг 2: Вращение и перенос

Первая шестерня, придя в движение, приводит во вращение вторую. Продолжая вращение, первая шестерня проходит мимо впускного отверстия, на мгновение перекрывая его, и начинает перемещать скопившуюся жидкость к выпускному отверстию расходомера.

Шаг 3: Одновременный захват второй передачей

Пока первая шестерня выпускает жидкость, вторая шестерня одновременно выполняет то же самое улавливание с противоположной стороны камеры. Она улавливает идентичный фиксированный объём жидкости в своём собственном пространстве в форме полумесяца, обеспечивая непрерывность процесса измерения.

Шаг 4: Разрядка и повторение цикла

Затем вторая шестерня вращается и выпускает захваченный объём жидкости, в то время как первая шестерня начинает новый цикл захвата. Синхронизированное зацепление двух овальных шестерён обеспечивает постоянное герметичное уплотнение между впускным и выпускным отверстиями, предотвращая попадание неизмеряемой жидкости в систему. Процесс повторяется непрерывно, обеспечивая плавное и непрерывное измерение расхода.

За каждый полный оборот шестеренчатой пары на 360 градусов вытесняется определённый фиксированный объём жидкости. Поскольку этот объём известен и постоянен, общий объёмный расходомер представляет собой сумму этих дискретных объёмов. Таким образом, расход прямо и линейно пропорционален скорости вращения шестерен.

От механического движения к цифровым данным

Хотя механический принцип прост, это движение необходимо преобразовать в пригодный для использования электронный сигнал для современных систем управления. Это достигается с помощью сложной системы датчиков и передатчиков.

В одну или обе овальные шестерни встроены мощные постоянные магниты. Датчик, обычно датчик Холла или геркон, установлен на внешней стороне корпуса счётчика, в непосредственной близости от вращающихся шестерён.

При вращении шестерён встроенные магниты проходят мимо датчика. Каждый раз, когда магнит проходит мимо датчика, генерируется электрический импульс. Конструкция обеспечивает генерацию точного количества импульсов за каждый полный оборот зубчатой пары.

Затем микропроцессорный передатчик или дисплей выполняет заключительный этап. Он подсчитывает эти импульсы высокого разрешения за определённый интервал времени. Зная точный объём, вытесненный за один импульс, прибор может точно рассчитать:

Расход: объем жидкости, проходящий через счетчик за единицу времени (например, литры в минуту или м3/ч).
Суммарный объем: суммарный объем жидкости, прошедшей через счетчик с момента последнего сброса показаний.

Основные преимущества расходомера с овальными шестернями

Уникальный принцип работы счетчика с овальными шестернями обеспечивает ряд существенных преимуществ:

* Высокая точность и повторяемость: они часто достигают точности ±0,5% и выше, что делает их одними из самых точных измерителей на рынке. Превосходная повторяемость достигается благодаря их прямому вытеснительному принципу действия.

* Идеально подходят для вязких жидкостей: это, пожалуй, их главное преимущество. В отличие от многих других технологий (таких как расходомеры TUF или вихревые расходомеры), которые неэффективны при работе с густыми жидкостями, расходомеры с овальными шестернями позволяют точно и легко измерять расход масел, топлива, смазок, смол и сиропов.




* Нечувствительность к профилю потока: для них не требуются прямые участки трубопровода вверх или вниз по течению, что позволяет легко устанавливать их в ограниченном пространстве, где другие расходомеры не подходят.

* Превосходное измерение малых расходов: они могут поддерживать высокую точность даже при очень малых расходах.

* Не требует электропитания (для расходомера с овальными шестернями механического типа): простые модели могут быть оснащены чисто механическим регистратором и дисплеем, что делает их идеальными для удаленных или опасных мест, где отсутствует электропитание.

Распространенные области применения и отрасли

Универсальность и надежность расходомеров с овальными шестернями делают их предпочтительным выбором во многих отраслях промышленности:

* Топливо и масло: выдача бензина, дизельного топлива и керосина; контроль расхода топлива для котлов и генераторов; измерение расхода смазочных масел.

* Химикаты: Точное дозирование и впрыскивание добавок, катализаторов и полимеров.
* Продукты питания и напитки: измерение вязких ингредиентов, таких как сиропы, шоколад и растительные масла.
* Целлюлозно-бумажная промышленность: работа с химическими добавками и покрытиями.
* Коммерческий учет: высокоточные измерения для выставления счетов и контроля запасов ценных жидкостей.

Ограничения, которые следует учитывать

Несмотря на свою невероятную эффективность, расходомеры с овальными шестернями имеют два основных ограничения. Во-первых, они предназначены только для чистых жидкостей. Абразивные частицы или твёрдые частицы могут вызывать износ и повреждение прецизионных шестерён, снижая точность. Надлежащая фильтрация часто является обязательным условием. Во-вторых, они создают более высокий перепад давления по сравнению с неинтрузивными расходомерами, такими как магнитные или ультразвуковые.

Заключение

Работа расходомера с овальными шестернями является доказательством мощи творческого подхода к машиностроению. Его взаимоблокирующие роторы позволяют ему напрямую измерять дискретные объёмы жидкости, обеспечивая непревзойдённый уровень точности и надёжности, особенно для сложных и вязких жидкостей. Его простая и прочная конструкция обеспечивает исключительную ценность и надёжность в критически важных приложениях измерения расхода, гарантируя длительный срок службы и минимальные требования к обслуживанию. Расходомер с овальными шестернями продолжает оставаться лучшим выбором для любых процессов, требующих точности, надёжности и адаптивности.

На видео ниже наглядно показано, как работает расходомер с овальными шестернями.