2 Лопастные счетчики жидкости: определение и состав. Разновидности лопастных счетчиков

Лопастные счетчики жидкости – это счётчики, предназначенные для измерения маловязких и средневязких жидкостей. Данные приборы выпускают по ГОСТ 22548—77*. Лопастные счетчики могут быть со скользящими или со складывающимися лопастями. Наибольшее применение имеют первые. 

Лопастной счетчик жидкости состоит из цилиндра, вращающегося внутри цилиндрической камеры, и четырех лопастей, перемещающихся в радиальных прорезях последнего. Одна или две из этих лопастей всегда принудительно выдвинуты из цилиндра практически до упора во внутреннюю поверхность камеры, перекрывая при этом кольцевой проход (рис.1). Лопасти, находясь под разностью давлений жидкости, входящей и уходящей из счетчика, перемещаются вместе с ней, вызывая одновременно вращение цилиндра. Лопастные счетчики предназначены для измерения в трубах диаметром 100—200 мм.

Рисунок 1 – Схема лопастного счётчика жидкости

Принудительное перемещение лопастей в радиальных прорезях наиболее часто осуществляется с помощью профилированного кулачка, реже - под воздействием направляющей кромки внутри измерительной камеры. В первом случае (рис.1) вокруг расположенного в центре неподвижного профилированного кулачка 2 обкатываются четыре ролика 4, каждый из которых закреплен на своей лопасти. В данном случае лопасти не упираются во внутреннюю поверхность камеры 3, из-за чего между ними остается небольшой зазор. Для предотвращения непосредственного перетекания жидкости из подводящей трубы в отводящую служит кольцевая вставка 5.

При втором способе вращающийся цилиндр размещен эксцентрично относительно измерительной камеры. Лопасти в данном случае под воздействием пружин или же благодаря механической связи противоположных лопастей принудительно прижимаются к внутренней поверхности камеры, образуя две лопастные пары. Здесь протечки через зазоры сведены до минимума. Но данный способ имеет существенный недостаток: трение лопастей о цилиндрическую поверхность камеры, что приводит к изнашиванию трущихся поверхностей и увеличивает потерю давления. При кулачковом приводе лопастей этих недостатков нет, но необходимо обеспечить малые (около 0,05 мм) зазоры, для чего кулачковый механизм, лопасти и внутреннюю поверхности камеры выполняют с повышенной точностью, что обеспечивает минимальные неконтролируемые утечки жидкости в счетчике, поэтому данным счётчиком преимущественно измеряют количество маловязких жидкостей (легких нефтепродуктов, спирта и т. п.).

Профиль кулачка состоит из четырех частей. Каждая лопасть соответствует повороту цилиндра на 90°. В пределах первой части радиус кулачка возрастает от rmin до rmах, благодаря чему обеспечивается полное перемещение лопасти внутрь измерительной камеры. Во второй части кулачок сохраняет постоянный радиус rmах, и лопасть движется вдоль внутренней поверхности камеры, перемещая отмеренный объем жидкости из подводящей трубы в отводящую. В третьей части радиус кулачка уменьшается от rmах до rmin, что сопровождается перемещением лопасти внутрь цилиндра. В четвертой части кулачок имеет постоянный радиус rmin. Утопленная в цилиндре лопасть перемещается вдоль неподвижной вставки, которая разделяет входную и выходную полости счетчика.

При профилировании кулачка в пределах первой и третьей частей надо стремиться к тому, чтобы не было резкого изменения ускорения у лопастей. Выполнение данного условия необходимо для сохранения длительной работоспособности счетчика. Для уменьшения трения износа как нижних опорных торцов лопастей о нижнюю поверхность измерительной камеры, так и их боковых плоскостей о стенки прорезей в цилиндре, целесообразно устанавливать внизу камеры опорные ролики или шарикоподшипники, а внутри цилиндра укреплять ролики, направляющие движение лопастей.

Таблица 1- Значения Q_max, Q_ном и Q_min для лопастных счетчиков

жидкости класса 0,5, м³

D, мм	вязкость, м3/с
	(0,55-6)10-6			(6-60)10-6			(60-300)10-6
	Qmin	Qnom	Qmin	Qmin	Qnom	Qmin	Qmin	Qnom	Qmin
100	17.5	70	105	14	56	84	11.5	45	67.5
150	45	180	270	35	140	210	27.5	110	165
200	70	280	420	56	225	337	45	180	270

Объем V жидкости, проходящей через лопастной счетчик за один оборот цилиндра с лопастями, выражается уравнением:

где r_k и r_ц — радиусы камеры и цилиндра соответственно;

Н — высота камеры и лопасти;

l = r_mах - r_min — радиальный ход лопасти;

s — толщина лопасти.

Диапазоны измерения лопастных счетчиков зависят от вязкости жидкости и для класса точности. Из таблицы 1 видно, что с возрастанием вязкости уменьшаются значения Qmax, Qном и Qmin, но диапазоны измерения сохраняются неизменными, а именно: Q_max/Q_min = 6 и

Q_ном /Q_min = 4.

Потеря давления в счётчике при наибольшем расходе до 0,05 МПа. Лопастные счетчики изготовляются на рабочие давления: 1,0; 1,6; 2,5; 6,4 МПа и на три диапазона температур измеряемой жидкости: от - 40 до +50 °С, от +10 до +60 °С и от +60 до +120 °С.

Конструкция отечественных лопастных счетчиков разработана СКВ Нефтехимприбор. Ось вращающегося цилиндра должна быть расположена вертикально. На верхней части цилиндра установлено зубчатое колесо, которое через промежуточную шестерню и радиальную магнитную муфту вращает редуктор, связанный со счетным механизмом. Разработаны лопастные счетчики на диаметры 100, 150 и 200 мм типа ЛЖ для измерения светлых нефтепродуктов и других нейтральных жидкостей. Корпус с крышкой и вращающийся цилиндр изготовляют из чугуна, лопасти - из алюминиевого сплава, подшипники шариковые. Для передвижных установок на D=100 мм спроектирован облегченный счетчик с алюминиевым корпусом.

Для измерения агрессивных сред разработаны лопастные счетчики типа ЛЖА. В них применены коррозионно-стойкие материалы, а вместо шарикоподшипников - подшипники скольжения. Для измерения сырого и дистиллированного парафина созданы лопастные счетчики типа ЛЖО с рубашкой, обогреваемой паром. 

Узел магнитной муфты для всего ряда лопастных счетчиков единый унифицированный. 

Для применения в напорных технологических линиях выпускаются объемные лопастные счетчики типа ЛЖ. Принцип действия лопастных счетчиков основан на том, что поток измеряемой жидкости, поступая через входной патрубок, проходит через измерительную камеру, где теряет часть напора на создание крутящего момента, приводящего во вращение ротор с выдвижными лопастями. 

Для измерения светлых нефтепродуктов и других нейтральных жидкостей в СКВ Нефтехимприбор разработаны лопастные счетчики на условные диаметры 100, 150 и 200 мм, имеющие обозначения: ЛЖУ-100-6 / 16; ЛЖУ-150-6 / 16; ЛЖУ-200-6 / 16 и пригодные для рабочих давлений в 0,6 или 1,6 МПа ( 6 - 16 кгс / см2) и температур от - 40 до 80 С. Корпус с крышкой, а также вращающийся цилиндр изготовляются из чугуна марки СЧ24 - 44, лопасти из алюминиевого сплава АЛ-9; подшипники шариковые. На условный диаметр 100 мм разработан облегченный счетчик ЛЖУ-ЮО-8 с алюминиевым корпусом, предназначенный в основном для передвижных агрегатов.

Все рассмотренные лопастные счетчики имеют один вращающийся цилиндр с одним каналом обтекания. Возможно построение симметричного лопастного счетчика с двумя вращающимися цилиндрами и двумя измерительными камерами. Такая модификация рекомендуется при измерении больших расходов (для гашения вибрации).