推薦一種全新的，性能*的，容積式流量計(jì)—雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)
世界上流行的容積式流量計(jì)，在國(guó)內(nèi)均有生產(chǎn)，但都處于仿制階段，沒有一種容積式流量計(jì)，具備獨(dú)立的中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。在結(jié)構(gòu)上，國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品相差不大，但在計(jì)量性能上，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品仍落后于*水平。當(dāng)用于低粘度輕質(zhì)燃料油，如車用汽油和航空煤油（簡(jiǎn)稱汽煤油）時(shí)，這種差距尤為突出。究其原因是：主要因我國(guó)的技術(shù)工藝水平落后；其次，這些流量計(jì)的結(jié)構(gòu)本身存在問題，它們不適合用于低粘度介質(zhì)的高準(zhǔn)確度計(jì)量。主要原因有二：所有做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流量計(jì)均采用線密封，密封效果不佳；這些流量計(jì)中zui少有一個(gè)型面結(jié)構(gòu)的重要零件，對(duì)型面很難進(jìn)行精密加工，直接降低了計(jì)量準(zhǔn)確度。
作者提出，計(jì)量汽煤油的高準(zhǔn)確度流量計(jì)，應(yīng)具備三個(gè)條件：1、保留旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，摒棄往復(fù)運(yùn)動(dòng)。往復(fù)活塞流量計(jì)只能用于極小流量；2、采用面密封，摒棄線密封；3、采用圓柱面及平面結(jié)構(gòu)，摒棄型面結(jié)構(gòu)。經(jīng)多年潛心研究，終于設(shè)計(jì)成功滿足上述三要求的產(chǎn)品，被命名為《雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)》，簡(jiǎn)稱SXL流量計(jì)。并獲得國(guó)家發(fā)明，號(hào)為95103885.0，作者趙汝沅為權(quán)人。申請(qǐng)前，曾對(duì)世界各國(guó)的文獻(xiàn)上溯20年進(jìn)行檢索，連近似案例也未查到。故本發(fā)明有較高的新穎性和創(chuàng)造性。它不局限于一個(gè)具體的產(chǎn)品，對(duì)多因素排列組合后，可發(fā)展成為一個(gè)龐大的產(chǎn)品體系。工藝手段成熟后可推向國(guó)外，在計(jì)量汽煤油的場(chǎng)合，我們的結(jié)構(gòu)方案優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品，這是具有中國(guó)獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的容積式流計(jì)。
一、流量計(jì)是世界上應(yīng)用zui廣泛的計(jì)量器具之一
“流量計(jì)” 是測(cè)量呈流動(dòng)狀態(tài)的物質(zhì)量的儀器。流動(dòng)狀態(tài)的物質(zhì)包括氣體、液體、更復(fù)雜的還有氣液、液固、液液、氣液固等兩相或三相狀態(tài)的物質(zhì)。所以流量計(jì)的測(cè)量對(duì)象函蓋了一個(gè)非常寬泛的范圍。
在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的前題下，將流量計(jì)用作貿(mào)易交接的依據(jù)，是對(duì)流量計(jì)需求量zui大的場(chǎng)合。家家戶戶安裝的水表、煤氣表（或天然氣表），公路邊加油站中矗立的加油機(jī)都是這種應(yīng)用的實(shí)例。對(duì)流量計(jì)需求數(shù)量?jī)H次于貿(mào)易交接的還有：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的過程控制，和各種不同類型的科學(xué)研究與科學(xué)試驗(yàn)。在這些方面對(duì)流量計(jì)不同品種規(guī)格、不同性能、不同數(shù)量的需求也是相當(dāng)可觀的。不夸張地說，除了家用電器外，流量計(jì)是社會(huì)需求量相當(dāng)大的工業(yè)產(chǎn)品之一。
二、用于含金量高的流體物資的流量計(jì)，要求其計(jì)量準(zhǔn)確度也高。
在商品社會(huì)里，流量計(jì)具有突出的經(jīng)濟(jì)屬性。
用句通俗的話說，越是值錢的東西，要求計(jì)量的越準(zhǔn)。自來水、煤氣或天然氣、車用汽油都是對(duì)人類社會(huì)重要的稀缺物資和能源。當(dāng)使用相同的計(jì)量單位，在進(jìn)行比較時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)其含金量相差非常懸殊。以北京的物價(jià)為例，每立方米的天然氣和自來水的價(jià)格是2－4元，而車用汽油每立方米的價(jià)格是5000元左右，兩者相差約1250~2500倍。對(duì)于計(jì)量它們的流量計(jì)的要求，相差也很懸殊。自來水表和熱水表的允許示值誤差是±2%~±5%，膜式煤氣表的示值誤差定為±1.5%~±4%。加油站中的加油機(jī)在計(jì)量車用汽油的過程中，其允許的示值誤差是±0.3%。就計(jì)量誤差而言，兩大類相差5－16倍。
對(duì)于含金量高的物資在貿(mào)易交接中，由于計(jì)量誤差的存在，必然給貿(mào)易雙方的其中一方，造成經(jīng)濟(jì)損失。計(jì)量誤差越大，這種經(jīng)濟(jì)損失也越大，這是貿(mào)易雙方都不愿看到的。因此產(chǎn)生了對(duì)高準(zhǔn)確度流量計(jì)的強(qiáng)烈需求。
±0.2%和±0.5的流量計(jì)，其計(jì)量誤差間的差值，一般是0.3%，zui多可達(dá)0.7%。一座5000立方米的油罐，在完成一次排空或注滿的過程中，如果分別采用±0.2%和±0.5的兩種流量計(jì)，其間形成的差值將是15~35立方米，介質(zhì)如是車用汽油，其價(jià)格將是7.5~17.5萬元。所以貿(mào)易雙方都愿出高價(jià)，購(gòu)買貨真價(jià)實(shí)的真正高準(zhǔn)確度的流量計(jì)。
除了作為能源的各種燃料油以外，石化行業(yè)的其他流體產(chǎn)品；呈流體狀態(tài)的有機(jī)或無機(jī)的化工原料、中間體、成品；液體食品如奶及奶制品、飲料及酒類；醫(yī)藥行業(yè)中的流體物料等，均屬含金量高的物資。在其生產(chǎn)過程和流通領(lǐng)域里均需高準(zhǔn)確度的流量計(jì)。
我國(guó)目前作為能源用的成品油，其年需求量大約是1.5億噸，其中汽煤油和輕柴油各占一半。1.5億噸油大致有2億立方米，成品油從煉油廠生產(chǎn)出來后，到達(dá)真正消費(fèi)者之間，假定平均三易其主，在這些貿(mào)易交接中，在全國(guó)范圍內(nèi)要進(jìn)行6億立方米一次的達(dá)到0.2級(jí)的精密流量計(jì)量。這對(duì)高準(zhǔn)確流量計(jì)是一個(gè)多么龐大的需求量。
三、容積式流量計(jì)在流體物資貿(mào)易交接中的特殊地位
流量計(jì)是一個(gè)非常龐大的家族，容積式流量計(jì)是這個(gè)家族中的成員之一，而且是zui古老的成員。
容積式流量計(jì)有強(qiáng)大的生命力，久盛不衰，在流體物資的貿(mào)易交接中，作為計(jì)量依據(jù)，并*，是由以下原因造成的：
1.容積式流量可以達(dá)到很高的計(jì)量準(zhǔn)確度，作為標(biāo)準(zhǔn)表用的流量計(jì)，其示值誤差可控制在±0.1%范圍之內(nèi)。
2.在貿(mào)易交接中，人們只關(guān)心被計(jì)量物資（介質(zhì)）的總量，即流量計(jì)量的累計(jì)量，并不關(guān)注瞬時(shí)流量的大小。容積式流量計(jì)恰巧能滿足這一要求。容積式流量計(jì)，計(jì)量的結(jié)果就是流體物資的總量，或稱為被計(jì)量介質(zhì)的累積量。
3.容積式流量計(jì)對(duì)流場(chǎng)的變動(dòng)很不敏感，并有很強(qiáng)的適應(yīng)能力。它對(duì)被計(jì)量介質(zhì)的壓力、流速，是層流還是紊流均無特殊要求。介質(zhì)的溫度發(fā)生變化時(shí)，亦可有效地進(jìn)行修正。許多速度式流量計(jì)，在其上下游均應(yīng)有一段特殊要求的直管段，而容積式流量計(jì)則*沒有這種必要。流場(chǎng)的變動(dòng)，在貿(mào)易交接的計(jì)量中是經(jīng)常發(fā)生的。
4.對(duì)眾多物理性因素的干擾，容積式流量計(jì)都有很好的抗御能力。在計(jì)量環(huán)境內(nèi)，如發(fā)生電場(chǎng)的變動(dòng)、磁場(chǎng)的變動(dòng)、電磁波的干擾、存在著一個(gè)固定的或變動(dòng)的震動(dòng)源，上述因素對(duì)于電磁流量計(jì)，渦街流量計(jì)，超聲波流量計(jì)，根據(jù)哥氏加速度原理設(shè)計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)等，均對(duì)其計(jì)量質(zhì)量形成負(fù)面影響，降低其計(jì)量準(zhǔn)確度。而容積式流量計(jì)則基本上不受這些因素的干擾。
5.根據(jù)哥氏加速度原理設(shè)計(jì)的質(zhì)量流量計(jì)，它的計(jì)量準(zhǔn)確度也相當(dāng)高，但是其通徑范圍受到限制，計(jì)量中的能量消耗較大。容積式流量計(jì)則相反，它的通徑范圍很寬，開封儀表廠為黃島油庫(kù)設(shè)計(jì)制造的腰輪流量計(jì)，其通徑達(dá)到500mm。容積式流量計(jì)在計(jì)量中的能量消耗，比質(zhì)量流量計(jì)要少得多。
與任何技術(shù)方案一樣，對(duì)容積式流量計(jì)也應(yīng)一分為二，它的不足主要表現(xiàn)在：大通徑的容積式流量計(jì)體大笨重；參與計(jì)量的部件加工精密，制造成本高；安裝要求嚴(yán)格；對(duì)被計(jì)量介質(zhì)中的固體雜質(zhì)敏感，容易卡死，一般在流量計(jì)上游應(yīng)安裝過濾器。
四、在世界范圍和我國(guó)常用的容積式流量計(jì)
容積式流量計(jì)的結(jié)構(gòu)方案非常多，經(jīng)過競(jìng)爭(zhēng)，優(yōu)勝劣汰，在世界范圍內(nèi)，常用的容積式流量計(jì)大體如圖1所示。按順序它們是：
1. 腰輪流量計(jì)；
2. 橢圓齒輪流量計(jì)；
3. 內(nèi)凸輪葉片流量計(jì)；
4. 外凸輪葉片流量計(jì)；
5. 端面葉片流量計(jì)；
6. 雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)；
7. 三轉(zhuǎn)子流量計(jì)；
8. 單轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)；
9. 往復(fù)活塞流量計(jì)。
其中，端面葉片流量計(jì)和三轉(zhuǎn)子流量計(jì)尚未在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)外，其余的7種流量計(jì)在我國(guó)均有企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)，并形成了相當(dāng)?shù)囊?guī)模。在改革開放前，腰輪流量計(jì)和橢圓齒輪流量計(jì)是我國(guó)容積式流量計(jì)行業(yè)的主要產(chǎn)品，其余的幾種類型，都是在改革開放后逐步開發(fā)出來的。
往復(fù)活塞流量計(jì)在加油機(jī)中使用，它的準(zhǔn)確度很高，但是它的通徑受到限制，只能在25mm以下，僅用于給汽車加油。因?yàn)楫?dāng)通徑增大后，流量計(jì)內(nèi)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的部件的尺寸和質(zhì)量會(huì)大幅度增加，往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的巨大慣性力，會(huì)形成一個(gè)強(qiáng)大的振動(dòng)源，這個(gè)振動(dòng)源能破壞計(jì)量系統(tǒng)和計(jì)量準(zhǔn)確度。
以上9種流量計(jì)全部是由國(guó)外開發(fā)的。不僅是容積式流量計(jì)，我國(guó)的整個(gè)流量計(jì)行業(yè)都處在仿制階段。仿制品的外形和結(jié)構(gòu)與國(guó)外產(chǎn)品大體相似，但產(chǎn)品性能和計(jì)量準(zhǔn)確度則總比人家稍遜*。究其原因，大約不外以下幾個(gè)方面：
1. 在仿制中對(duì)原創(chuàng)意圖并未*了解，只做到形似而未神似。例如，腰輪的外廓是一條連續(xù)的光滑的共軛曲線，不少企業(yè)的產(chǎn)品圖上，確是用幾條不同的圓弧拼湊起來的；橢圓齒輪的外廓也不是嚴(yán)格意義上的橢圓，而是一個(gè)特定形狀的卵形曲線；單轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)，活塞的腹板上有個(gè)水滴狀的缺口，許多生產(chǎn)企業(yè)并不知道這個(gè)缺口曲線的方程。
2. 現(xiàn)有的容積式流量計(jì)，參與計(jì)量的關(guān)鍵零部件多由復(fù)雜型面構(gòu)成，其中雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)的轉(zhuǎn)子，是由三維的型面組成，加工這些型面需要精密的機(jī)床，刀具，工裝，即使測(cè)量這些表面，也需設(shè)備。我們的企業(yè)不具備這些條件，因工藝質(zhì)量的問題，導(dǎo)至產(chǎn)品性能的降低。
3. 我們的產(chǎn)品質(zhì)量管理體系還不完善。
五、容積式流量計(jì)的工作機(jī)理
在圖1所示的容積式流量計(jì)中有以下的共同特點(diǎn)：
1. 所有的流量計(jì)都是由運(yùn)動(dòng)部件和相對(duì)靜止部件（例如殼體）組成，除序號(hào)9的往復(fù)活塞流量計(jì)的運(yùn)動(dòng)部件做往復(fù)運(yùn)動(dòng)外，其余的8種流量計(jì)的運(yùn)動(dòng)部件都做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
2. 運(yùn)動(dòng)部件與靜止部之間在某個(gè)位置，能形成一個(gè)封閉的空間，這個(gè)空間的容積是固定的被稱為測(cè)量室（Measuring chamber見JJG1004-86）（或稱計(jì)量室），測(cè)量室在介質(zhì)進(jìn)口附近形成，并移向出口將被計(jì)量介質(zhì)排出，以完成計(jì)量過程。每一種流量計(jì)都有一個(gè)訊號(hào)輸出軸，軸轉(zhuǎn)動(dòng)一圈代表流量計(jì)完成了一個(gè)工作循環(huán)，在一個(gè)工作循環(huán)中zui少有一個(gè)，也可能是多個(gè)測(cè)量室容積的介質(zhì)被計(jì)量過，即由流量計(jì)進(jìn)口輸向出口。在一個(gè)工作循環(huán)中一個(gè)或多個(gè)測(cè)量室的總?cè)莘e值，被記為v。
3. 所有運(yùn)動(dòng)部件能實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力，均來自對(duì)被計(jì)量介質(zhì)能量的消耗。運(yùn)動(dòng)部件被計(jì)量介質(zhì)驅(qū)動(dòng)后，流量計(jì)進(jìn)口處的壓力高于出口處的壓力。其差值被記為△p
4. 在運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件銜接處（或稱zui接近的地方），兩者之間必須保持一定的間隙。這個(gè)間隙有雙重的意義或雙重的作用。
A. 為產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)所必須。兩者之間如果是零間隙或負(fù)間隙，甚至間隙過小，都可能發(fā)生“抱死”，使相對(duì)運(yùn)動(dòng)無法進(jìn)行，這是流量計(jì)的機(jī)理所不允許的。
B. 運(yùn)動(dòng)部件和靜止部件銜接處的兩端，多是與進(jìn)口相通的高壓區(qū)，和與出口相通的低壓區(qū)。所以有間隙的銜接處起著對(duì)高低壓區(qū)之間的隔離作用，或密封作用。
以上兩種作用或兩種要求是矛盾的。為使相對(duì)運(yùn)動(dòng)順暢應(yīng)放大兩者間的間隙；為使密封有效，應(yīng)縮小間隙。實(shí)際的做法是在保持運(yùn)轉(zhuǎn)靈活的前提下，采用zui小的間隙。間隙的厚度被記為δ。
5. 因?yàn)檫M(jìn)出口之間存在壓差，運(yùn)動(dòng)部件與靜止部件（殼體）之間存在間隙，一部分介質(zhì)必將未經(jīng)計(jì)量由進(jìn)口漏向出口，這一部分介質(zhì)的量被稱為滑流量（Slippage 見JJG1004-86），在流體力學(xué)里，也被稱為“縫隙流”。流量計(jì)在一個(gè)工作循環(huán)中因縫隙流漏出介質(zhì)的容積被記為△v。 在一個(gè)工作循環(huán)中，由進(jìn)口向出口排出的介質(zhì)實(shí)際容積是[v]。
[v]＝v＋△v （1）
v可認(rèn)為是固定值，而△v則是一個(gè)變動(dòng)的量?！鱲的變動(dòng)范圍和它在[v]中所占的比例，將直接影響流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度。
六.△v的影響因素
容積式流量計(jì)中出現(xiàn)滑流量，這是一個(gè)無法避免，而又影響很大的現(xiàn)象。應(yīng)認(rèn)真對(duì)待，深入分析。
被稱為滑流量的縫隙流在流體力學(xué)里，有著成熟的分析和研究。容積式流量計(jì)中出現(xiàn)的縫隙流，發(fā)生在運(yùn)動(dòng)部件與靜止部件（多為殼體）之間的縫隙狀態(tài)，形成縫隙必須有兩個(gè)壁面，在容積式流量計(jì)中，靜止的壁面多為殼體，另一個(gè)壁面是由運(yùn)動(dòng)部件形成的，而且運(yùn)動(dòng)的方向與縫隙流的方向一致。這種縫隙流的方式如圖2所示。上壁面是靜止壁面，下壁面是運(yùn)動(dòng)壁面，運(yùn)動(dòng)速度為U。
圖2
圖2中縫隙流的模式可用式（2）表示。
（2）
在（2）式中的符號(hào)為：
q——縫隙的泄漏量，相當(dāng)于容積式流量計(jì)中的滑流量；它的量綱是 ；
K——因不同縫隙形式而產(chǎn)生的修正系數(shù)；
b——縫隙的寬度；
δ——產(chǎn)生縫隙的兩壁面間的垂直距離，亦稱縫隙厚度；
Δp— 縫隙兩端的壓差.即P1－P2＝Δp；
μ — 被計(jì)量介質(zhì)的動(dòng)力粘度；
L——縫隙的長(zhǎng)度；
U——運(yùn)動(dòng)壁面的速度值。
設(shè)完成一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間為△t， 則
△v＝q△t （3）
通過以上分析可以得出許多重要的結(jié)論：
1. 因[v]＝v＋△v，其中v是常值，△v是變量，在一定條件的前題下，△v必然存在著一個(gè)zui小值△vmin和zui大值△vmax。
△vmax－△vmin ＝
被定義為縫隙流的變動(dòng)范圍。其中△vmin的大小將影響流量計(jì)的測(cè)量正確度（correctness of measurement JJG-91），的大小將影響流量計(jì)的測(cè)量精密度（precision of measurement JJG-91）。由于△v的大小對(duì)△vmin和的大小有著直接影響，所以△v的大小將影響流量計(jì)的測(cè)量準(zhǔn)確度（accuracy of measurement JJG-91）。降低△v的值，是提高測(cè)量準(zhǔn)確度的zui重要手段。
2. 系數(shù)K反映了不同的縫隙結(jié)構(gòu)，對(duì)縫隙流的影響。常見的縫隙結(jié)構(gòu)有：平行平面縫隙、同心環(huán)縫隙、偏心環(huán)縫隙、不同曲率圓柱面間的縫隙、楔形縫隙等。在此應(yīng)特別說明，式（2）于描述呈一元流方式的縫隙流，例如呈旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流量計(jì)中切向縫隙流，呈往復(fù)運(yùn)動(dòng)的流量計(jì)中的軸向縫隙流。在做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式流量計(jì)中還有一種端面縫隙流，端面縫隙流是一種二元流的縫隙流，它表現(xiàn)了更為復(fù)雜的流體力學(xué)規(guī)律，是不能用式（2）進(jìn)行分析的。在總體的縫隙流中，端面縫隙流占據(jù)著重要的位置，欲提高流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度，就必須嚴(yán)格控制端面縫隙流。
3. b為縫隙的寬度，即轉(zhuǎn)子的高度或殼體計(jì)量腔的深度。它是流量計(jì)的主要結(jié)構(gòu)尺寸，一般難以改變。
4. δ—縫隙厚度，這是對(duì)縫隙流或△v影響zui大的因素。q值的大小與δ3成正比。為討論方便計(jì)，暫令U＝0時(shí)，δ的值如果增加一倍，則縫隙流q將是原有值的8倍。在保持流量計(jì)靈活運(yùn)轉(zhuǎn)的前提下，zui大限度的縮小δ值，成為容積式流量計(jì)設(shè)計(jì)和制造中zui重大的課題?？s小δ值，即意味著提高組成縫隙的兩構(gòu)件的制造精度，即提高轉(zhuǎn)子和殼體的制造精度。
5. Δp—縫隙兩端的壓差. 在測(cè)量過程中這是一個(gè)經(jīng)常發(fā)生變動(dòng)的因素，因Δp與被計(jì)量介質(zhì)的流速或流量密切相關(guān)。介質(zhì)流速過高會(huì)使Δp增大，這是當(dāng)大流量狀態(tài)下，計(jì)量準(zhǔn)確度下降的原因之一。但是一臺(tái)的流量計(jì)，往往被要求有較寬泛的流量范圍，這就必須通過其他手段提高計(jì)量準(zhǔn)確度，相對(duì)地淡化Δp產(chǎn)生的影響。
6. μ—被計(jì)量介質(zhì)的動(dòng)力粘度，μ值越大，q值越小。這是同一臺(tái)流量計(jì)，當(dāng)用于高粘度介質(zhì)時(shí)，計(jì)量準(zhǔn)確度偏高，用于低粘度介質(zhì)時(shí)，計(jì)量準(zhǔn)確度偏低的主要原因。在粘度的背后還有一個(gè)溫度的因素必須考慮，石油產(chǎn)品的粘溫關(guān)系不能忽略，油庫(kù)中立式油罐均為露天設(shè)置，不僅年氣溫的變化，影響油溫；即使日氣溫的變化，也會(huì)影響油溫。在我國(guó)北方的冬季，對(duì)高粘度油品，在泵送和計(jì)量過程中要進(jìn)行人工加溫，加溫尺度的控制，也會(huì)造成粘度的變化。實(shí)際情況形成了下述邏輯鏈：油品溫度的變化→油品粘度的變化→縫隙流的變化→計(jì)量準(zhǔn)確度的變化。
7. L—縫隙的長(zhǎng)度，即沿縫隙流方向的縫隙尺寸。增大L會(huì)減少縫隙流q，所以增大L可提高容積式流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度。
用兩個(gè)不同曲率的圓柱面處于近似相切狀態(tài)，形成的縫隙，在很多容積式流量計(jì)中得到使用。在平面圖形中，兩個(gè)不同半徑的圓相切處僅為一點(diǎn)，在幾何學(xué)中點(diǎn)是沒有長(zhǎng)度的。流量計(jì)內(nèi)是三維空間，兩個(gè)圓柱面相切處是一條線，線的橫截面也是沒有長(zhǎng)度的。在計(jì)算流量計(jì)內(nèi)的縫隙流時(shí)，不能將兩個(gè)圓柱面相切處的縫隙長(zhǎng)度視為零，可換算出一個(gè)當(dāng)量長(zhǎng)度[L]，當(dāng)然這個(gè)當(dāng)量長(zhǎng)度[L]的值也是很小的。這種密封方式被稱為線密封。
兩個(gè)等距表面間而且L有足夠長(zhǎng)度的縫隙密封，稱為面密封。其他條件相同，面密封的縫隙流將遠(yuǎn)小于線密封的縫隙流。用面密封構(gòu)成的流量計(jì)，其計(jì)量準(zhǔn)確度必將遠(yuǎn)高于用線密封構(gòu)成的流量計(jì)。
在面密封的條件下，在一個(gè)工作循環(huán)中，L值將有規(guī)律地發(fā)生變化。
8. U—運(yùn)動(dòng)壁面的速度值。這一參數(shù)基本可理解為轉(zhuǎn)子外緣的切線速度。它代表了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，或代表了被計(jì)量介質(zhì)的流速流量。大流量因使U值和Δp值的同時(shí)增加，而減低了計(jì)量準(zhǔn)確度。
9. 式（3）中的△t是完成一個(gè)工作循環(huán)的時(shí)間，△t不是一個(gè)常值，當(dāng)流量增大時(shí)，△t變小，流量減少時(shí)，△t將變大。
JJG667－97中出現(xiàn)了一個(gè)術(shù)語《始動(dòng)流量》，它的定義是：“在額定工作條件下，通過流量計(jì)的流量由零開始緩慢增大，流量計(jì)示值開始連續(xù)指示時(shí)的流量值，即為始動(dòng)流量。”
通過上述定義，可產(chǎn)生一種聯(lián)想，總可找到比始動(dòng)流量還要小的流量。這時(shí)的流量計(jì)已經(jīng)不顯示流量值，但確實(shí)還有流量?？衫斫獯藭r(shí)的v＝0，[v]＝△v。這時(shí)的△t可無限地延長(zhǎng)。而流量計(jì)的誤差是。所以容積式流量計(jì)在很小的流量和很大的流量時(shí)，它的計(jì)量準(zhǔn)確度在下降。其中極小流量的誤差尤甚。
七. 現(xiàn)有容積式流量計(jì)的共同特點(diǎn)
以圖1所示的9種流量計(jì)作為分析對(duì)象。
1.圖1中序號(hào)1、2、6、8都是典型的線密封，序號(hào)3、4、5、7它們的縫隙流的長(zhǎng)度即為葉片的厚度，葉片的厚度有限，與線密封的縫隙流當(dāng)量長(zhǎng)度相差無幾，故從序號(hào)1－8可認(rèn)為基本上都是線密封。前面己分析，線密封不利于提高流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度。
只有序號(hào)9是面密封，因?yàn)樗侵婊钊c柱面缸筒構(gòu)成的同心環(huán)縫隙，活塞是有高度的，所以它是面密封。可惜的是它的計(jì)量件只能做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，往復(fù)活塞流量計(jì)被限制在很小的流量范圍內(nèi)，只能用在給汽車加油的加油機(jī)上。
2. 對(duì)現(xiàn)行的容積式流量計(jì)的不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，除往復(fù)活塞流量計(jì)外，所有作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流量計(jì)，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上存在著一個(gè)或多個(gè)零件是由復(fù)雜曲面（型面）構(gòu)成的，例如，腰輪、橢圓齒輪流量計(jì)的主要計(jì)量部件，內(nèi)凸輪葉片流量計(jì)的殼體、外凸輪葉片流量計(jì)中的凸輪、單轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)的活塞腹板上的缺口曲線等，均屬二維型面，其中zui突出的是雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)，它的截形已經(jīng)相當(dāng)復(fù)雜，而實(shí)際上，是由一對(duì)呈螺旋狀的三維型面構(gòu)成了它的計(jì)量元件。型面，無論是二維的還是三維的，不僅制造起來相當(dāng)困難，就是對(duì)其測(cè)量亦不容易，必須采用的機(jī)床、的工裝和的刀具。這樣就很容易的提高了產(chǎn)品的成本，并且不容易達(dá)高的制造精度，因而難以將δ控制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，所以流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度就很難達(dá)到高水平了。
3. 現(xiàn)行的容積式流量計(jì)還有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即不同程度的存在著排量的波動(dòng)性。不僅作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流量計(jì)如此，作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的往復(fù)活塞流量計(jì)也存在著排量的波動(dòng)性。如果對(duì)因縫隙流而產(chǎn)生的滑流量暫做忽略不計(jì)，當(dāng)容積式流量計(jì)處于理想狀態(tài)時(shí)，每完成一個(gè)工作循環(huán)，其總排量值是穩(wěn)定的。但多數(shù)流量計(jì)的瞬時(shí)排量值并不穩(wěn)定。流量計(jì)輸出軸的角位移量為dα，與dα相對(duì)應(yīng)的排量為dv，另設(shè)K為常數(shù)， 被稱為排量的波動(dòng)性。其中橢圓齒輪流量計(jì)zui為明顯，兩個(gè)橢圓齒輪之間的宏觀速比為1，但瞬時(shí)速比始終在 與 之間波動(dòng)著。雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)的波動(dòng)性zui不明顯，但這是用制造了復(fù)雜的螺旋型面換來的。排量的波動(dòng)性，不利于提高計(jì)量準(zhǔn)確度。而且很易成為流體震動(dòng)源。
八.雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)（SXL）簡(jiǎn)介
雙轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)簡(jiǎn)稱SXL流量計(jì)。其中S、X、L是雙、旋、流三字漢語拼音的首字母。
SXL流量計(jì)的殼體有兩個(gè)相交的圓柱體腔，輪廓呈8字形。在每個(gè)圓柱腔內(nèi)放一個(gè)轉(zhuǎn)子，每個(gè)轉(zhuǎn)子由一個(gè)活塞座和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞組成。旋轉(zhuǎn)活塞是截面為矩形的圓環(huán)的一部份，它的圓心角小于90°。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞在活塞座上相對(duì)設(shè)置，間隔180°。在轉(zhuǎn)子中心套有一個(gè)固定的芯柱，芯柱中空，穿入一傳動(dòng)軸，軸與轉(zhuǎn)子相連。在軸的端部裝有一正圓柱齒輪。兩個(gè)轉(zhuǎn)子的配置和狀態(tài)*相同。裝配后兩個(gè)齒輪處于嚙合狀態(tài)。
圖3
SXL流量計(jì)的主要零部件的結(jié)構(gòu)見圖4，圖3是SXL流量計(jì)的工作流程圖。圖3左上角的小圖，代表流量計(jì)的初始狀態(tài)。殼體左側(cè)是流量計(jì)進(jìn)口，右側(cè)是出口。與出口相通的是低壓區(qū)，與進(jìn)口相通的是高壓區(qū)。初始狀態(tài)的上轉(zhuǎn)子，兩個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞側(cè)面均與高壓區(qū)接觸，上轉(zhuǎn)子受到的液體壓力處于平衡狀態(tài)，它本身沒有運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)。下轉(zhuǎn)子的一個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞的側(cè)面與高壓區(qū)銜接，另一個(gè)旋轉(zhuǎn)活塞的一個(gè)
側(cè)面與低壓區(qū)銜接。下轉(zhuǎn)子在高低壓區(qū)壓差Δp的作用下，做逆時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)。上下轉(zhuǎn)子各與一傳動(dòng)軸相連，兩根軸與兩個(gè)相同的齒輪相連。兩個(gè)齒輪處于嚙合狀態(tài)。當(dāng)下轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，上轉(zhuǎn)子在下轉(zhuǎn)子的帶動(dòng)下做順時(shí)針方向的旋轉(zhuǎn)。下轉(zhuǎn)子居于主動(dòng)地位，上轉(zhuǎn)子居于從動(dòng)地位。兩者轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，但角位移量相同。
圖4
當(dāng)下轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)過18o，上轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向的轉(zhuǎn)過18o后，即進(jìn)入上方中間小圖的狀態(tài)。每個(gè)小圖下面的數(shù)字代表轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，它們分別轉(zhuǎn)過了18o、36o、54o、72o、90o等。分析方法與上述大同小異，不再贅述。
需指出的是當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到54o時(shí)，上下轉(zhuǎn)子的主從地位發(fā)生了交換，此時(shí)的上轉(zhuǎn)子居于主動(dòng)地位，而下轉(zhuǎn)子居于從動(dòng)地位。上下轉(zhuǎn)子無論轉(zhuǎn)到任何位置，總有一個(gè)轉(zhuǎn)子居于主動(dòng)地位，從而保證流量計(jì)在任何狀態(tài)下，均可順利啟動(dòng)。
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到90o時(shí)，上下轉(zhuǎn)子的相對(duì)位置發(fā)生了互換。90o至180o所發(fā)生的情況與0o至90o的情況近似，只不過是上下轉(zhuǎn)子顛倒位置而矣。180o至360o則更是重復(fù)上面的全過程。
九. SXL流量計(jì)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)
SXL流量計(jì)是對(duì)現(xiàn)行容積式流量計(jì)進(jìn)行了全面的分析，深入研究了它們共同存在的缺陷，并力求找到解決矛盾的方法，經(jīng)過潛心的研究，在結(jié)構(gòu)上完成了一項(xiàng)全新的設(shè)計(jì)。在申請(qǐng)之前，發(fā)明人于1994年曾到局進(jìn)行過查新檢索，對(duì)庫(kù)存的世界各國(guó)文獻(xiàn)檢索后，在所有的容積式流量計(jì)中，沒有發(fā)現(xiàn)一例在結(jié)構(gòu)上與SXL流量計(jì)相近似的案例。所以SXL流量計(jì)有著較高的新穎性和創(chuàng)造性?？梢圆豢鋸埖恼f，在目前我國(guó)的容積式流量計(jì)行業(yè)中，是*的具有中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。
SXL流量計(jì)與現(xiàn)行的容積式流量計(jì)相比，在技術(shù)上存在著以下的優(yōu)勢(shì)：
1. SXL流量計(jì)摒棄了所有二維與三維的型面結(jié)構(gòu)，全部由圓柱面與平面構(gòu)成了zui主要的計(jì)量元件。無論是二維的還是三維的型面，都是一種耗時(shí)（因其生產(chǎn)效率低下）、成本高（因需機(jī)床、工裝及刀具等）、制造精度低（因有很多產(chǎn)生誤差的因素難以克服）的加工對(duì)象。新中國(guó)成立五十年以來，對(duì)圓柱面和平面的精密加工設(shè)備和精密加工技術(shù)，得到普及。將SXL流量計(jì)交給任何一個(gè)流量計(jì)生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)，都有可能達(dá)很高的制造精度。由于制造精度的提高，有可能使SXL流量計(jì)的δ達(dá)到很小的值，減少δ是減少縫隙流 的有效手段。因而SXL流量計(jì)有可能達(dá)到較高的計(jì)量準(zhǔn)確度。
2. SXL流量計(jì)摒棄了現(xiàn)行的做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式流量計(jì)，慣用的線密封的方法，而采用了與往復(fù)活塞流量計(jì)相類似的面密封。這就使縫隙的長(zhǎng)度L與線密封的當(dāng)量長(zhǎng)度相比，增大了幾倍到幾十倍。因?yàn)長(zhǎng)的增大，同樣會(huì)減少縫隙流流量，因而提高了SXL流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度。
3. SXL流量計(jì)采納了往復(fù)活塞流量計(jì)中的圓柱面與平面的結(jié)構(gòu)，以及面密封的工作方式，但是在SXL流量計(jì)中不存在任何形式的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，包括象葉片流量計(jì)中的葉片在葉片槽中派生的往復(fù)運(yùn)動(dòng)都不存在。所以SXL流量計(jì)不存在來自往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力的威脅，它的通徑大小不受限制，可以設(shè)計(jì)成為大小不同的產(chǎn)品系列。
4. 橢圓齒輪流量計(jì)、內(nèi)凸輪葉片流量計(jì)、外凸輪葉片流量計(jì)、單轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)、往復(fù)活塞流量計(jì)等，當(dāng)計(jì)量時(shí)，在測(cè)量室內(nèi)，不僅存在固體與液體之間的磨擦，而且存在固體與固體之間的磨擦。這種固體與固體之間的磨擦，將產(chǎn)生兩個(gè)結(jié)果：一是，固體零部件之間增加了磨損，降低了流量計(jì)的整體壽命；二是由于固體與固體之間的磨擦，必然會(huì)消耗更多的動(dòng)力，這將使流量計(jì)進(jìn)出口之間的壓差增大，Δp的增大，必將增加縫隙流流量，降低計(jì)量準(zhǔn)確度。SXL流量計(jì)在正常工作條件下（即非故障狀態(tài)下），在測(cè)量室內(nèi)只存在固體與液體之間的磨擦，不存在固體與固體之間的磨擦。為此SXL流量計(jì)的主要測(cè)量元件，將有較高的使用壽命，并因?yàn)?Delta;p的相對(duì)減少，而提高了流量計(jì)的計(jì)量準(zhǔn)確度。
5. 所有容積式流量計(jì)的正常工作運(yùn)轉(zhuǎn)，都是由被計(jì)量介質(zhì)在流量計(jì)進(jìn)出口之間所形成的壓差驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行的。流體的壓力作用在靜止部件上，將被抵消，zui多能發(fā)生可以忽略的變形，對(duì)流量計(jì)的工作不產(chǎn)生影響。對(duì)流量計(jì)產(chǎn)生影響的是作用在運(yùn)動(dòng)部件上的流體壓力。真正驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)的，是流體壓力的切向分力。切向分力是對(duì)流量計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的有利因素，而徑向分力則是對(duì)流量計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)的有害因素。在腰輪流量計(jì)、橢圓齒輪流量計(jì)、單轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)、往復(fù)活塞流量計(jì)中都存在著大量的徑向分力，這對(duì)于流量計(jì)的壽命和計(jì)量準(zhǔn)確度都是不利的。在SXL流量計(jì)的工作過程中，流體壓力基本上是作用在切線方向，徑向分力極小，這樣只需要很小的壓差，即很小的Δp就可使流量計(jì)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。減少Δp是可以提高計(jì)量準(zhǔn)確度的。
6. SXL流量計(jì)的另一素質(zhì)是它的排量波動(dòng)性是異乎尋常的小，可以和雙轉(zhuǎn)子流量計(jì)相媲美。排量波動(dòng)性小，是提高計(jì)量準(zhǔn)確度的前提，也為安排二次表提供了方便。
象世界上的所有事物一樣，任何一種技術(shù)方案都不是的。任何一個(gè)技術(shù)方案都是在解決了一部分矛盾之后，又產(chǎn)生了新的矛盾。SXL流量計(jì)也不例外，它的主要缺陷在于對(duì)被計(jì)量介質(zhì)要求較嚴(yán)，SXL流量計(jì)的抗贓性較差，在被計(jì)量介質(zhì)中不允許存在一定尺寸范圍的固體雜質(zhì)，為了使SXL流量計(jì)能順利地完成對(duì)介質(zhì)的精密計(jì)量，在流量計(jì)的上游，應(yīng)安裝合格的過濾器和消氣器。
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