齒輪流量計是一種十分典型的容積式流量計,由齒輪和腔體組成,齒輪每轉(zhuǎn)過一周,轉(zhuǎn)運固定體積的的流體,故通過記錄流量計齒輪的轉(zhuǎn)過圈數(shù),即可得到轉(zhuǎn)運的流量體積。
如圖1-1所示為齒輪流量計原理圖,1為流量計的一個計量腔,2為流量計腔體入口,3為霍爾元件,4為齒輪軸,5為流量計腔體出口,6為流量計殼體,7為圓柱齒輪。常規(guī)的齒輪流量計的工作過程為:被測流體從入口2進入到流量計腔體,在流體的推動下,相互嚙合的齒輪開始轉(zhuǎn)動,流體通過計量腔被轉(zhuǎn)運到出口。齒輪轉(zhuǎn)過一個齒的角度,會轉(zhuǎn)運兩個計量腔體積的流體。在齒輪流量計的殼體上的2個電磁傳感器,可以接收齒輪轉(zhuǎn)過時所發(fā)出的脈沖信號,通過記錄脈沖信號的個數(shù),對脈沖數(shù)累加計算,便可得到流量總體積,通過對信號頻率分析可得信號脈沖頻率可得實時流量。
對于齒輪流量計,國內(nèi)外很多大學以及研究機構(gòu)都展開過大量的研究。蘭州理工大學的趙君對圓柱齒輪流量計展開過研究,研究內(nèi)容為齒輪的結(jié)構(gòu)和流體的性質(zhì)所引起的齒輪流量計內(nèi)部泄露,從而導致測量精度下降的問題,實驗變量有兩個,包括齒輪的模數(shù)和流體的粘度。首先,通過理論計算的方式,得出結(jié)論:在機械結(jié)構(gòu)所允許的范圍內(nèi),齒輪的模數(shù)越大,對于降低泄露,提高精度的效果越好; 然后其又利用CFD技術,選擇具有不同粘度得流體的對流場進行仿真實驗,仿真實驗的結(jié)果顯示其誤差范圍為0.3537%~0.5199% ,與實際測量誤差0.3%~0.5% 相比差距較小。
上海大學機電工程與自動化學院的吳杰等人經(jīng)過研究以后,提出了齒輪流量計內(nèi)部端面泄漏的理論計算公式,通過觀察泄漏流體的流動矢量圖,結(jié)果顯示在泄露位置的流體的流速和方向都會變化,流速和方向改變后的流體會對流量計內(nèi)部產(chǎn)生沖擊,造成能量損失,降低測量精度和齒輪流量計的使用年限。劉彥軍等以圓柱齒輪流量計為研究對象,通過實驗分析了齒輪流量計在工作時,流體壓力和粘度對流量計內(nèi)部泄露大小的關系,研究結(jié)果表明,流體粘度越大,壓力越大,流量計內(nèi)部泄露也越大。
安徽理工大學張軍利用有限元分析的方法,對多種不同結(jié)構(gòu)的齒輪流量計進行了研究,根據(jù)其靜態(tài)和動態(tài)特性,提出了新的研究方法,并且取得了一定的研究成果,大大降低了齒輪流量計內(nèi)部的脈動,提升了測量精度,擴大了流量計的測量范圍。
北京航空航天大學的自動化控制學院的李文宏等開發(fā)設計了一種雙圓柱齒輪流量計,其設計的雙圓柱齒輪流量計測量精度較高,測量壓力最高可達40MP。但其研究成果并未能夠解決測量中流量脈動以及內(nèi)部泄露所引起的磨損和誤差等問題,其動態(tài)品質(zhì)不理想,頻率響應較為滯后。
在國外,生產(chǎn)齒輪流量計的公司主要有科威爾公司、威仕公司、KRACHT公司、德國凱姆流量測量公司等。德國凱姆流量測量公司成立于1965年,在公司剛成立時期,其生產(chǎn)的主要產(chǎn)品為渦輪流量計,在發(fā)展的過程中,產(chǎn)品線逐漸豐富,后轉(zhuǎn)為生產(chǎn)齒輪流量計,該公司生產(chǎn)的齒輪流量計可耐40MPa高壓,可測最高1000升每分鐘的流量,誤差保持在±0.5%以內(nèi),該公司產(chǎn)品主要用于各種油液的測量。
KRACHT公司成立于1911年,以生產(chǎn)流量計以及各種閥為主。該公司研制的一款VC流量計可耐40MPa高壓,可測最高250升每分鐘的流量,誤差保持在±0.3%以內(nèi)。
威仕公司于1989年成立,該公司以生產(chǎn)各種高精度的流量計為主,也生產(chǎn)與自家產(chǎn)品配合使用的各種儀器。該公司所研制的VHM齒輪流量計,可測最高20升每分鐘的流量,可耐40MPa高壓,誤差保持在±0.5%以內(nèi)。
科威爾公司于1975年成立,該公司研制的FG550容積式流量計可耐6.5MPa壓力,誤差保持在±0.1%以內(nèi),可測最高250升每分鐘,最低0.1升每分鐘的流量,該公司所生產(chǎn)的流量計主要用于各種工業(yè)上使用的液體材料的測量。