圆柱齿轮流量传感器运用前景

1、圆柱齿轮流量传感器的运用前景    一、圆柱齿轮流量计的基本原理    圆柱齿轮流量计由一对几何参数完全相同的齿轮、轴承、轴、壳体、放大器、电磁传感器等部件组成。图1为其结构原理图，两啮合齿轮将由壳体和齿轮包围的密闭容积分成两部分。    圆柱齿轮流量计的力学原理    如图2所示，E为、齿轮的啮合点，h为齿轮的全齿高。啮合点E到两齿轮的齿根的距离分别为c和b，齿宽为B。当流体通过圆柱齿轮流量计时，由于机械摩擦和流体自身流动的能量损耗，使得进油腔和出油腔间产生压降，

2、即差压p=p1-p2。其中，进油腔内高压流体作用于进油腔内所有的轮齿，而啮合的两个轮齿的齿面只有一部分受高压油的作用；由于c和b均小于齿高h，所以在、齿轮上分别产生作用力p1B（h-c）和p1B（h-b）。同理，在出油腔中、齿轮也会分别受到作用力p2B（h-c）和p2B（h-b）。   作用力合成得出流体在、齿轮上的总作用力分别为B（p1-p2）（h-c）和B（p1-p2）（h-b），正是在这两个力的作用下齿轮按图示方向旋转，同时流体被分隔为小的体积计量单元并带到出口排出。这里进行的受力分析的前提是，流体沿着齿轮轴向流入流出，即流体对齿轮的径向冲击很小，相应作用于齿轮的动压

3、力可忽略。如果流体是沿齿轮的径向流入则需相应地记入动压对齿轮的作用力。因为动压力随流量同时变化，此时齿轮的受力情况就复杂得多，最终难以保证圆柱齿轮流量计的线性度，因此，笔者认为这也是圆柱齿轮流量计通常被设计成流体沿着齿轮轴向流入流出的重要原因。   上海康汇实业发展有限公司制造的高精度油耗传感器，该产品是国内唯一取得国家防爆/计量双认证的高科技产品，引进油料管理的高科技手段,安装高精度流量传感器,取得国家防爆和计量认证,实现油料动态数据在线监测,创新管理完善考评和奖惩体系，夯实油田运输公司的可持续发展基础。    二、圆柱齿

4、轮流量计测量误差来源分析    由于齿轮之间以及与壳体之间是动态配合，考虑齿轮啮合和齿轮转动对润滑的需求，因此要求齿轮与壳体之间存在微小间隙，通常间隙高度h1<0.1mm。分析已知进出口存在压差，根据流体力学原理，间隙、压差必然造成缝隙流动，即泄漏。正是由于泄漏的存在使圆柱齿轮流量计实际仪表系数小于理论值，造成计量误差。泄漏流量为：    式中：h1、b1、l缝隙的高度、宽度和长度；流体动力黏度；u0相对运动速度；p进出口的差压。    因为各间隙配合面间都存在相对运动，所以引入剪切流动项u0b1h

5、1/2，其中齿顶圆与壳体内圆之间的相对运动速度为u0=wra，并与泄漏方向一致，因此取“+”，齿轮端面和前后配合面之间的相对运动比较复杂，但由于是圆周运动，可近似认为剪切流动被对称抵消。齿啮合区由于间隙可忽略，因此泄漏量很小。上述3处泄漏中端面间隙泄漏量最大，约占总泄漏量的3/4以上。由以上分析可得泄漏量近似与缝隙高度h13、差压p成正比，与流体动力学黏度成反比。因此，要保证圆柱齿轮流量计的准确度，缝隙高度h1是一个关键因素。针对间隙高度就要求提高齿轮、壳体和轴加工准确度和改进装配工艺，保证齿轮端面与壳体的间隙适中并具备很好的平行度。两齿轮轴的平行度与中心距，以及壳体上轴孔的同轴度也是设计、机

6、械加工和装配的重点保证参数，采用数控加工机床作为加工两轴孔的工具，其同轴度的误差基本为零。这些措施能有效避免机械磨损，降低流量计压力损失，避免因磨损而造成间隙变大。要素决定了圆柱齿轮流量计是否适用于中高黏度流体（黏度在20cst以上）的流量测量，如润滑油和液压油品的测量。同时也要注意黏度的增大会使压力损失Vp迅速增加，因此，设计和选用时只有考虑了这对矛盾参数的平衡点，才能达到最好的测量效果。    另外一个重要误差来源是温度变化。由于流量计材料的热膨胀性，温度的变化必然引起齿容量的变化，并造成计量误差，因此，温度变化大时应考虑对齿容量和对应流量进行修正，如温度t的

7、实际齿容量可近似表示为：    式中：V220时的齿容量；b齿轮材料的热膨胀系数。    由于齿轮和壳体材料不同，热膨胀系数也有所差异，温度的变化也将引起各配合间隙的变化，带来一系列连锁效应。因此，研制过程中不能孤立地考虑各要素，要综合考虑寻求各要素的最佳平衡点，必要时要做大量的对比实验以确定最佳的设计参数，这样才能保证研制出的圆柱齿轮流量计更加接近理想的数学模型而减小测量误差。    三、圆柱齿轮流量计的选用注意事项    由于圆柱齿轮流量计直接依靠轮齿啮合工作，

8、因此为减小齿轮、轴承的磨损和卡死现象，要求介质清洁度较高，不允许有固体颗粒杂质通过流量计。圆柱齿轮流量计会使流场产生脉动，而且大流量时会产生较大压力损失和强噪音，噪音最高可达72dB以上。现阶段圆柱齿轮流量计主要依赖进口，因此购置成本较高，且进口也给技术支持和售后带来不便。然而由于磨损的必然存在，因此，必须按照规定及时对圆柱齿轮流量计进行校准，以便及时掌握最新的仪表参数。    四、结论    圆柱齿轮流量计属于容积式流量计，适用于油、脂、溶剂、聚氨酯、刹车油、液压油和其他一些无颗粒的润滑性液体的流量测量，广泛用于航空、航天、化工等多种军用和民用领域的流量测量。但当前圆柱齿轮流量计主要依赖进口，国产化水平很低，这其中不乏技术方面的原因。研制高精度圆柱齿轮流量计要重视学习国外已成熟的圆柱齿轮流量计研制经验，研制过程中要结合相关学科知识，把握住关键因素。如核心零部件即齿轮与壳体的参数设计、高精度的机加工、合理的加工和装配工艺、零部件