腰轮流量计.docx
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腰轮流量计
腰轮流量计
1.概述
腰轮流量计又称罗茨流量计，是容积式流量仪表，用于测量流经管道中的流体体积。
计量精度为0.2级、0.5级，是流量仪表中精确度最高的一种计量仪表，目前已有0.1级的高精度腰轮流量计面世，已开始进入市场。
腰轮流量计由于测量介质的不同分为气体腰轮流量计和液体腰轮流量计。
液体腰轮流量计占有较大的比重，通常所称的腰轮流量计大多是指液体腰轮流量计这一类。
由于腰轮流量计的高精度性能，已日益成为油品用户最主要的计量仪表之一。
特别是原油计量，腰轮流量计是最佳的首选品之一。
最近食品和化工行业也开始使用腰轮流量计.
腰轮流量计，利用机械测量元件——腰轮转子，将流体连续不断地分割成单个的流体体积，根据计量室逐次重复地充满和排放该体积的次数来测量流体体的总量，通过与转子轴相连的传动机构、精度调整机构将旋转次数传递到计数器，计数器可现场指示流体的总量；也可根据需要将旋转次数变成电脉冲信号，远传给显示仪表或计算机，实现远距离流量计算功能。
近年来随着计算机技术的飞跃发展，市场已出现将微机技术应用于腰轮流量计的尝试，它充分利用单片机强大的计算功能和高速运算速度，将原机械表头部分的减速传动机构,精度调整机构，机械计数器，光电脉冲发讯器，四部分简化成一体型电子表头，用LCD液晶显示的方式显示出累积流量和瞬时流量，采用电子表头不仅结构简单，而且可对腰轮流量计的非线性进行修正，进而可提高其计量精度。
2.主要特点和技术指标
2.1主要特点
a.精确度高。
腰轮流量计是用两个（或四个）摆线型腰轮与壳体形成计量室进行流量测量的容积式流量计。
精确的间隙，先进的生产工艺，保证了极高的计量精确度，基本误差极限不仅可达±0.2％，必要时还可达到±0.1％以内。
b.无接触旋转，重复性好。
摆线型腰轮运转时互相不接触，避免互相磨损；即使更换轴承和其它零件，亦不会改变腰轮间的间隙值，从而保证了流量计有良好的重复性。
c.振动和噪音小。
公称通径50mm以上的流量计，采用45°组合的摆线型腰轮构成双转子结构，工作中震动噪音小。
公称通径250mm以上的流量计，采用螺旋型腰轮，运转平衡，排量均匀，振动和噪音大大减小。
d.计量精确度不受流体流动状态的影响，流量计前后可不设直管段。
e.适应介质粘度范围广。
无论测量高粘度或低粘度液体，均可在较大范围内保证较高的精确度。
f.公称压力2.5MPa以上的流量计，采用双壳体结构。
计量腔内外处于等压状态，消除了金属受压变形对计量室容积的影响，保证流量计精确度与工作压力高低无关。
g.系列化，品种多，规格多。
积木式结构，按需要组合，功能齐全，经济合理。
h.组部件互换性强，维修简便，运行可靠；数字显示，直观清晰。
2.2主要技术指标
2.2.1执行的产品标准
a.腰轮流量计符合中华人民共和国专业标准：
ZBN12001-87《容积式流量计通用技术条件》；
b.符合GB3836.1－83《爆炸性环境用防爆电气设备通用要求》和GB3836.2－83《爆炸性环境用防爆电气设备隔爆型电气设备“d”》
2.2.2测量单元的参数与性能：
2.2.2.1公称通径、流量范围、基本误差限及液体粘度见表1
表1
基差本误限
±0.5%
±0.2%,±0.1%
流体粘度（mPa·s）
>0.5~2
>2~6
>6~150
>150~500
>0.5~2
>2~6
>6~150
>150~500
公称通径
流量范围m3/h
15
0.6~2.5
0.5~2.5
0.25~2.5
0.2~2.2
0.8~2.5
0.6~2.5
0.5~2.5
0.2~2.0
25
1.5~6
1.2~6
0.6~6
0.4~5
2~6
1.5~6
1.2~6
0.5~5
40
4~16
3.2~16
1.6~16
1.2~14
5.5~16
4~16
3.2~16
1.4~14
50
6.3~25
5~25
2.5~25
2~22
8.5~25
6.3~25
5~25
2.2~22
80
15~60
12~60
6~60
4~50
20~60
15~60
12~60
5~50
100
25~100
20~100
10~100
7.5~85
35~100
25~100
20~100
8.5~85
150
63~250
50~250
25~250
20~220
80~250
63~250
50~250
22~220
200
75~300
60~300
30~300
22~260
100~300
75~300
60~300
26~260
250
150~600
120~600
60~600
40~500
200~600
150~600
120~600
50~500
300
250~1000
200~1000
100~1000
75~850
350~1000
250~1000
200~1000
85~850
400
500~2000
400~2000
200~2000
160~180
650~2000
500~2000
400~2000
180~1800
500
750~3000
600~3000
300~3000
210~2500
1000~3000
750~3000
600~3000
250~2500
2.2.2.2流量计的压力损失如图1所示
2.2.2.3公称压力0.6MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa。
2.2.2.4过载能力流量计能承受超过流量上限值20％的过载负荷，运行时间不超过30min，恢复正常流量后，其基本误差和重复性误差应仍合格。
2.2.2.5积算单元的参数见表2
3.工作原理
如图2所示2个腰轮转子A、B有两个驱动齿轮带动，它们具有相互滚动而又不接触旋转的特殊形状，图2a中P1为仪表入口侧压力，P2为出口侧压力，显然P1＞P2，B转子在两侧压差的作用下，逆时针旋转，成为主动轮，而A转子因两侧压力相等，无转动力矩，由于B转子的转动，固定在B转子轴上
图1
公称通径DＮmm
流量范围上限m3/h
积算单元
脉冲发讯器
指针型显示器
机械计数器
接调整机构或
分动机构输出
接收传感器
输出（转动）
7887
LPS-02
指针度盘
累积计数器（7位）
可复零（5位）
总量累计
（8位）
总量计数
（7位）
容积／
脉冲
Ｌ／1
每转
脉冲
γ－1
最高输出频率HZ
每转脉冲数
γ－1
容积／转Ｌ／r
最小分度Ｌ
容积／末位字Ｌ
容积／末位字Ｌ
最小分度Ｌ
容积／末位字Ｌ
15
2.5
1
0.01
1
0.01
100
1330
100
25
6
1
0.01
1
0.01
100
860
100
40
16
10
0.1
10
0.1
100
740
100
50
25
10
0.1
10
0.1
100
493
100
80
60
10
0.1
10
10
10
10
0.1
100
465
100
100
100
10
0.1
10
10
10
10
0.1
100
460
100
150
250
100
1
100
100
100
100
0.5/0.1
200/1000
700
100
200
300
100
1
100
100
10
100
0.5/0.1
200/1000
840
100
250
600
100
1
100
100
100
100
0.5/0.1
200/1000
950
200
300
1000
100
1
100
100
100
100
0.5/0.1
200/1000
1160
200
400
2000
1000
1000
1000
1
1000
650
200
500
3000
1000
1000
1000
1
1000
1000
200
表2
（图2）
的驱动齿轮带动A转子轴上的驱动齿轮进行转动，从而使A转子进行旋转。
在图2b中，两个转子均在压差作用下产生旋转力矩，B转子的转动力矩由大逐渐减小，A转子的转动力矩由小逐渐增大，在图2c中A转子的转动力矩达到最大，成为主动轮，B转子的转动力矩达到最小变为从动轮，经过图2d所示的位置又旋转到图2a的位置，完成一个循环，即一对转子每旋转一周则有四个计量室容积（转子与计量室内壁构成）的液体从仪表入口排到出口。
传感器每转排量的计算
V＝KLD2K－排量系数（摆线0.7854）L－腰轮长度D－腰轮直径
传感器输出轴转速的计算
n＝Q／VQ－单位时间的流量V－每转排量
由于转子与计量室内壁尺寸不变，则腰轮每转一周的排液量是固定的。
单位时间内排出液体体积的多少只与转子的转数成正比。
通过与腰轮连接的密封轴、减速器、补偿器，将旋转的次数传递到计数器即可计算出液体的总量（现场积算型），将脉冲发讯器与传感器连接，即可将流量（转速）变成脉冲信号进行远传（电远传型）。
4.基本结构
腰轮流量计有传感器和表头两大部分组成（如图3）
4.1传感器部分
4.1.1根据腰轮所处的位置可分为立式结构和卧式结构，
立式结构中腰轮轴为竖直安装，腰轮轴下端由硬质合金作止推轴承，旋转轴径支撑采用石墨轴承，由于是立式安装，腰轮组的重量对轴承的偏心磨损大大降低，从而提高了石墨轴承的使用寿命，这是大中型口经常采用的结构。
卧式结构中腰轮轴为水平安装，旋转轴径支撑采用滚动轴承（或石墨轴承）。
由于滚动轴承起动力矩小，相对石墨轴承而言，转速较高，从而可以缩小流量计的体积，通过提高转速可以获得较高的精度，这种结构适用于中小口径的流量计，这是测量轻质油的腰轮流量计常采用的结构。
4.1.2根据工作压力的大小可分为单壳体结构和双壳体结构
工作压力在1.6MPa以下的腰轮流量计常采用单壳体结构，该结构由于腰轮转子直接与壳体内壁组成计量室，具有结构简单，成本较低的优点。
工作压力在2.5MPa以上的腰轮流量计常采用双壳体结构，该结构在壳体内部又增加了一个壳体，内壳内壁与腰轮组构成计量室，这种计量室可避免或减小因压力增大而产生变形，以提高测量精度，并具有维修方便的优点。
4.1.3根据公称通径或流量大小可分为单组腰轮和双组腰轮以及直腰轮和螺旋腰轮结构
公称通径小（一般小于50mm）的腰轮流量计常采用单组腰轮的结构，即一根腰轮主轴上安装一个腰轮转子，壳体内腔无中隔板隔开。
这种结构适用于流量小的场合，具有结构简单、泄流量小、精度易保证等优点。
4.1.4根据密封形式不同可分为机械密封和磁密封两种结构
图3（立式结构）
公称通径大（一般大于80mm）的腰轮流量计常采用双腰轮结构，即一根腰轮主轴上安装两个互成45°角的腰轮，中间用中隔板分开。
这样的结构可使流体对两个腰轮主轴的旋转力矩进行平衡，大大减小了流量计在大流量下流体对腰轮的冲击而带来的震动。
相当于把2台流量计并联，共用壳体和主轴。
对于一个腰轮来说，流体对其产生的旋转驱动力矩为旋转角的某一函数（如正弦函数）时，则腰轮的旋转运动为周期变速稳定运转，给流量计带来了振动和噪音。
而增加一个成45°角的腰轮，其相应的驱动力矩也滞后45°，对该腰轮组来说，合成后的驱动力矩将变得平稳，运动变得稳定，振动和噪音大大减小。
设想一下如果在一根轴上安装更多的互成一定角度的腰轮，则腰轮的转动将更加平稳，正是基于这种思想，我厂在250mm口径的腰轮流量计中大胆地采用了螺旋形腰轮转子结构，已成功地生产出了LL-250、LL-300、LL-400、LL-500螺旋形腰轮流量计。
螺旋形腰轮的每一个截面均与直腰轮一样，呈摆线形状，但每一截面都互成一个角度，并连续变化，上下端面互成45°。
机械密封结构如图4所示
图4
机械密封，结构简单，传递动力矩大。
主要由连接座、轴承、轴及密封件（O形圈）组成，下面与腰轮输出轴连接，上面与齿轮结构（减速器或调整机构）连接，达到内外密封而又传递转数的功能，转轴需精细加工，表面光洁度要求很高，轴的中间部分有O形圈形成多层密封。
O形圈磨损后会产生泄漏。
磁密封结构如图5所示，它由内、外磁钢组成，两磁钢间有密封罩将液体隔开。
内磁钢与腰轮轴相连，外磁钢与表头连接，当内磁钢在腰轮轴的带动下转动时，通过磁偶和，使外磁钢随内磁钢一起同步转动，这就准确地将腰轮轴的转动传递到表头上。
磁密封的优点是：
密封可靠、无泄漏。
缺点是：
传递的转动力矩小、高温（<100℃）下工作，易退磁，在突然关阀断流时，由于外磁钢惯性作用产生抖动，可能会影响到发讯器脉冲的准确性。
图5
4.2表头部分
表头部分包括减速器、精度调整器（调整机构）、计数器（指示器）、光电脉冲发讯器四部分。
4.2.1减速器
为将高速旋转的腰轮轴的转速传到计数器中去，并使计数器指示单位为整数值，常常采用减速器进行减速，在中小口径腰轮流量计中还常将部分减速齿轮放在传感器中；在0.6MPa的腰轮流量计中大部分减速齿轮都在传感器中，这样可以减小表头中齿轮传递的力矩，从而延长了表头的使用寿命。
4.2.2精度调整器与调整机构
精度调整器具有多种形式，目前以塔轮式（补偿器）与更换齿轮式（调整机构）较多。
塔轮式以美国布鲁克斯和日本东机工为主要代表。
其特点是：
结构复杂，级差小，可在线调整。
补偿器由4组行星轮和11个齿轮组成的塔轮构成。
通过改变换档杆上齿轮与塔轮啮合位置，来改变系统的传动比，从而达到误差调整的目的。
换档杆推入，流量计示值减少；拉出，流量计示值增大。
左换挡杆为细调，共11档，每档可调0.055%；右换档杆为粗调，共11档，每档可调0.57%。
两个换档杆共组合121档，可根据需要的补偿量，用两个换档杆调整出所需的补偿值。
调整机构是将减速器和精度调整器做成一起的装置。
是由定轴轮系组成的减速轮系，又叫容差调整器。
如图6所示，其作用有二，一是补偿传感器计
图6
量室容积的制造误差及介质粘度、流量变化产生的误差；二是进行系数转换。
轮系中齿轮Z8与Z9为可更换的齿轮组。
当流量计的基本误差超限时，可选择适当的齿轮组（见表4）予以修正。
其优点是结构简单，可调范围大、级差小，但调整不方便。
早期生产的其它精度调整机构还有摩擦轮式，超越离合器式。
4.2.3显示器
显示器的作用是现场积算体积总量。
显示器有三种：
一种是指针型显示器，由指针、度盘加小型计数器构成，又分可复零和不复零；一种是7887型计数器，双排数字，大数字（字高18mm）可以复零，用于单次计量，上面一排小数字8位，不可复零，连续积算总量，此计数器是进口美国布鲁克斯产品；第三种是LPS-02型机械计数器，单排数字，7位，字高18mm，不可复零，用于连续积算总量。
4.2.4LPF－5型防爆光电脉冲发讯器
发讯器主要由光电开关，光栅盘，放大整形电路构成。
按照国家专门机构批准的防爆图纸制造，可在易燃易爆场所工作。
发讯器的作用是将传感器或调整机构输出的转速信号转换成电脉冲信号，实现对流量信号的远传。
在标定装置需要用电脉冲信号标定时也用到发讯器。
5应用范围和要求
5.1应用范围
腰轮流量计由于其优良的技术性能,故在石油、化工行业广泛应用，特别是采油厂、炼油厂、油品交接站、油库、港口等地方用得较多，其用途见表3
工业
液体
用途
石油和
石油化工
原油、石脑油、汽油、煤油、柴油、重油、润滑油、石腊、沥青、乙烯、聚乙烯、苯乙烯、乙醇、丙酮、苯、甲苯
计量站、中转站、外输计量、装车、装船、售油计量、原油按比例掺合、过程控制、定量发货、装车、装桶、飞机加油等
化学
甲醇、酒精、粘胶
过程控制、介质装运、原料进出口计量
药品和漆
葡萄糖、表面活性剂、麦芽糖、糖浆、清漆及其原料
各种类型的混合比例、质量控制、液体装运
食品
糖蜜、酒精、植物油、松节油
原料混合、装罐、装桶
炼钢和造船
重油、轻油、汽轮机油、冷却油
燃料消耗
造纸
黑液、绿液
原料配比、稀释、进出计量
供电
原油、重油、石脑油
燃料消耗
表3
5.2使用要求
5.2.1环境条件
a.环境温度：
－20～＋55℃；
b.相对湿度：
45％～85％；
c.大气压力：
86～106KPa。
d.外壳防护等级：
相当于IP54；
e.工作场所应无剧烈振动；
f.远传防爆型流量计周围应无地磁场以外的强磁场干扰。
5.2.2工作条件
a被测流体温度范围:
－20～100℃；80～150℃；140～200℃；200～300℃；
b被测流体粘度范围:
0.6～500mPa.s.
c.公称工作压力：
0.6MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.3MPa五个规格；
d.供电电源：
12V.DC±5％，或24V.DC±5％；
e.在流量计入口前，必须装过滤器。
5.2.3安全
电远传流量计的防爆等级为dⅡBT4。
可在ⅡB级T4组以下的爆炸性气体环境中工作。
5.2.4安装条件与要求
a.流量计与管道的连接为法兰连接：
法兰标准符合国家标准。
b.安装地点。
应安装在振动尽量小和便于维修的地方，室外要防雨淋。
有地脚螺钉的应用地脚螺钉固定在水泥地基上；
c.流量计前必须装过滤器。
大量实践证明，安装良好的过滤器，是减少故障和延长使用寿命的有效途径，建议过滤器直接与流量计相连；为了便于观察过滤器的流动能力，建议过滤器前后装上压力表；
d.当液体中含气量过大时，应在过滤器前装消气器；
e.旁通管路的设置，为便于维修和清洗过滤器，而不影响生产，连续运行的系统建议设旁通管路。
断续运行的场所可不设旁通管路。
5.2.5安装注意事项
a.防止杂质进入流量计
大多数流量计损坏的原因是安装时有固体颗粒等杂质进入流量计所致。
因此一定要保证安装时无异物混入流量计；
b.扫线前，应拆下流量及换装直管段；特别是新铺设的管道，可能会有鳞片状的杂质或焊渣等颗粒，装流量计前，应先清洗管路，让液体通过管路，可以冲掉管道内的残余固体异物。
c.管道内液体的流动方向，必须与流量计外壳上箭头所指方向一致；卧式流量计和立式流量计的腰轮轴要保证横平竖直
d.便于读数。
带现场积算显示的流量计，安装时其示数窗口应朝向便于读数的方向；
e.吊装
公称通径DN80以上的流量计，上盖上有吊环螺钉，供吊装用，小于DN80的流量计，吊装时绳索可以系于法兰颈基处，此时必须扶牢流量计，不然的话，因仪表的重心较高，有可能歪倒；
f.注意不要碰碎显示器上的玻璃；
g.安装时注意不要使仪表外壳和法兰承受过大的外部应力，管道开档尺寸要合适以免拉裂法兰或计量室变形。
密封用垫片不得进入管道内部。
h.发讯器按说明书正确接线，以免损坏电子器件和防止水汽进入。
6.维护保养、修理和常见故障的排除
6.1日常维护与保养
LL型腰轮流量计无需经常性的维护与保养，只要对减速器或调整机构以上部分（简称表头）的轮系经常加润滑油，就能保证仪表正常运行。
润滑油：
硅油或钟表油
加油周期：
连续运行的流量计每隔半年加油一次；断续运行的流量计每隔一年加油一次。
对有加油孔的流量计需每半月加油一次，每次不得少于10ml。
6.2运行时的维护与保养
为了延长使用寿命和计量的准确性，运行过程中应注意作好以下工作。
a检查、清洗过滤器
保证过滤器处于良好的工作状态，是流量计正常运转的必要条件，运行过程中观察过滤器前后的压力损失，当压力损失大于0.05MPa时，就应当清洗过滤器；若过滤器前后无压力表，可视流量大小判别是否需要清洗过滤器，在其它条件不变的情况下，流量示值比预定值下降30%时，就应当对过滤器拆开清洗；
检查滤网，如有破损应及时更换，以免杂质卡住流量计。
b.在流量计名牌规定的流量和压力范围内使用，不要超限；
流量计允许的过载能力是20％，但不得超过30min。
长期过载运行，将会加速内部的磨损，并有可能降低计量精确度。
c.注意鉴别流量计内部有无异常声音。
正常运转时，震动与噪声甚小。
如果震动与噪声加剧，就应当停机检查原因，有可能是腰轮或同步齿轮的圆柱销松动，也可能是轴承磨损严重。
d.勿使液体倒流
当流量计现场显示器的指针或计数器的字轮反转时，就说明管道内的液体已经倒流，应予检查避免。
6.3检定周期
a连续运行的流量计，为保证计量精确度，建议每隔半年，至多不超过一年要重新标定一次。
或按技术监督部门规定周期检定。
b.流量计出现故障，传感器拆开修理后，需重新检定，方可使用；
c.流量计经标定，若基本误差超差时，可通过更换调整齿轮或调节换档杆予以调整。
6.4正常维修程序
流量计需维修和调整时，可按下列程序进行
6.4.1首先将密封轴上的放油孔螺钉拧出，将油放出，拆下调整机构或减速器与密封轴相连的4个螺钉，取下表头，将流量计分为表头与传感器两大部分，分别进行维护、修理或调整。
6.4.2表头的清洗与润滑
a.清洗：
表头可分解为指示器（或机械计数器）、调整机构或分动机构、精度补偿器、减速器和光电脉冲发讯器等部分。
用干净的绸子布擦拭各齿轮所有可接触到的零件，除去尘埃和油污；
b.润滑：
擦拭干净后用硅油或钟表油,润滑所有的齿轮和轴套.然后将以上部分再组装成一体,即可装回到传感器上。
6.4.3误差调整
直调式流量计，根据需要的调整量，用补偿器上的二个换挡杆直接调整，更换齿轮式流量计按以下方式进行。
6.4.3.1当流量计的基本误差超差时，可通过更换轮系（见图6）中的一对齿轮Z8和Z9，进行修正（容差调整）。
流量计的误差，在出厂时已调好，不得随意乱动。
只有对流量计重新检定时，才允许进行容差调整（更换齿轮），换齿轮后应再次进行检定，确定其精确度。
6.4.3.2基本误差和容差补偿量的确定
（1）首先，根据检定结果，计算各流量点的基本误差
基本误差公式：
E＝
（1）式中：
E—流量计的基本误差；V指—流量计的指示值（L）
V标—体积管标准容积值（L）；Emax—基本误差最大值
Emin—基本误差最小值；
各流量点检定3次时E＝（E1+E2+E3）÷3
（2）判断调整后能否达到预期的精度
（Emax－Emin）÷2≤预期的精度值（0.1％；0.2％；0.5％）
（3）计算误差调整值
当基本误差最大值超过允许上限时（正误差大），按下式计算容差调整值：
容差调整值＝－
（2）
当基本误差最小值超过允许下限时（负误差大），按下式计算容差调整值：
容差调整值＝＋
（3）
（4）计算重复性误差δr各流量点检定3次时
δr＝（Emax－Emin）÷1.69按检定规程要求δr不超过精度值的三分之一。
式中1.69－测量次数3次时的极差法系数
6.4.3.3调整齿轮的选择和换档杆的调整
取下调整机构上原装的调整齿轮（参见图6），确认其齿数，据齿数查表4，找出其对应的补偿量，再与6.4.3.2求出的容差调整值相加（代数和）所得结果，就是所需的容差补偿量，查表4，找出表
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