浮子流量计锥形浮子改进分析与试验研究.pdf
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1、叶仪器仪表与分析监测曳 2023 年第 3期浮子流量计锥形浮子改进分析与试验研究Improvement Analysis and Experimental Investigationon Conical Float of Rotameter王婷婷渊丹东通博电器 渊集团冤 有限公司袁 辽宁丹东118000冤摘要针对现有浮子流量计流量输出分布不均匀的问题袁 通过浮子流量计的流量理论计算公式袁 分析出锥形浮子半径和流量值是非线性关系遥 理论上袁 当锥形浮子外形为抛物线时袁流量输出分布可以达到绝对均匀袁 但考虑到可加工性袁 将抛物线近似为圆弧形袁 因此将现有直面锥形浮子改为圆弧面锥形浮子遥 因流量理论
2、计算公式存在一定的误差袁 故再结合现有直面锥形浮子流量计的试验标定数据袁 确定圆弧面锥形浮子的尺寸遥 通过流量标定装置进行实流试验袁 最终验证改进后的圆弧面锥形浮子流量输出的分布均匀性明显好于改进前的直面锥形浮子袁 提高了产品测量精度袁 刻度盘的视觉效果也明显提高遥关键词浮子流量计曰 锥形浮子曰 圆弧面曰 孔板式曰 抛物线中图分类号TH814文献标识码A0引言浮子流量计是一种面积变化式流量计1袁 具有工作稳定可靠尧 量程比宽尧 可测低流速介质等优点2袁 广泛应用于液体尧 气体及蒸汽介质的流量测量遥 浮子流量计根据工作原理分为两种结构形式院 一种是锥形管式袁 即流量检测机构是由一个自下而上的垂直
3、锥形管和一个沿着锥管轴线上下移动的直浮子组成3曰 另一种是孔板式袁 在一直管中内嵌孔板袁 锥形浮子沿直管轴线在其中上下移动曰 零件结构由锥形管式锥管的内锥改为浮子的外锥袁 便于机械加工遥 本文基于孔板式浮子流量计结构形式进行改进分析和试验研究遥根据孔板式浮子流量计的工作原理可知袁 当直管和孔板内径尺寸固定时袁 流量输出主要与锥形浮子有关遥 目前市面上使用的锥形浮子大多为直锥面袁 流量输出分布不均匀袁 流量值分布情况直观地体现在就地指针式的刻度盘上袁 具体的分布特征为前 40%流量跨度比较大袁 分布比较疏散袁 后 40%流量跨度小袁 分布比较集中袁 影响产品测量精度袁 视觉效果较差遥 因此袁 很
4、有必要对锥形浮子进行进一步的分析改进袁 以流量理论计算公式为依据袁 理论上分析当流量输出分布绝对均匀时锥形浮子的锥面形状袁 再结合流量标定试验进行验证遥1理论分析孔板式浮子流量计的工作原理如图 1 所示袁流体自下而上流经孔板与锥形浮子形成环形流通面积时袁 因流体被节流袁 锥形浮子上下游两端产-12-生压差袁 锥形浮子受此压差影响形成一上升力遥当上升力大于浸在流体中锥形浮子重量时袁 锥形浮子就会上升袁 此时环形流通面积随之增大袁 流体流速随之下降袁 锥形浮子上下两端压差降低袁上升力也随之减小袁 当锥形浮子受到的作用力达到平衡时袁 便会稳定在某一高度遥 由锥形浮子上升高度确定的环形流通面积与流量成
5、正比袁 因此检测此位置就可以求得流量4遥浮子流量计的体积流量公式为5院QV=琢A2gVf渊籽f-籽冤籽Af姨渊1冤式中院 QV为体积流量袁 琢 为流出系数袁 A 为环形流通面积袁 g 为重力加速度袁 Vf为浮子体积袁籽 为流体密度袁 籽f为浮子密度袁 Af为浮子最大迎流面积遥浮子流量计指示器部分主要分为指针指示型和液晶数显型遥 指针指示型中的刻度盘可以直观显示出流量输出的分布情况袁 本文以指针指示型为分析研究对象遥 由工作原理可知袁 当流量显示输出为绝对均匀分布时袁 浮子上升高度也是绝对均匀的袁 利用上述理论计算公式袁 分析此时锥形浮子的锥面形状遥根据改进前已有的流量选型表袁 各流量段有对应的
6、浮子号即浮子尺寸已知袁 浮子材质选用不锈钢 316L袁 测量介质为水袁 因此公式中的浮子密度尧 浮子体积尧 流体密度和浮子最大迎流面积为已知量袁 流出系数为常数6袁 将这些量合并为一个固定的数值 K袁 即简化后的公式为院QV=KA渊2冤由简化后的公式 渊2冤 可知袁 流量与环形流通面积之间为一一对应的线性关系遥 环形流通面积是由孔板内径和锥形浮子外径形成袁 孔板内径为已知固定值袁 变化的环形流通面积主要通过锥形浮子控制袁 锥浮子外径是变量袁 即A=仔R2-仔r2渊3冤式中院 R 为孔板内径袁 r 为锥浮子外径遥把公式 渊3冤 带入公式 渊2冤 中院QV=K仔R2-K仔r2渊4冤令 K仔R2=a
7、袁 K仔=b袁 公式化简为院QV=a-br2渊5冤此公式为抛物线曲线遥 通过上述的推导袁 分析出当流量显示输出为绝对均匀时袁 锥形浮子的锥面形状应为抛物线遥2对锥形浮子进行改进分析理论上袁 若锥形浮子的锥面加工成抛物线形状就可以实现流量绝对均匀输出袁 但是在实际加工生产中袁 抛物线不易加工曰 同时袁 流量计量程按照用户的需求袁 不同的量程值对应不同的抛物线形状袁 无法实际批量生产袁 影响生产效率遥 因此袁 对锥形浮子改进要均衡加工性和生产效率袁最终确认改进的方向是使流量输出分布尽量趋于均匀袁 提高测量精度和刻度盘分布视觉效果遥由于圆弧面易于加工袁 只需要普通的数控机床即可袁 因此袁 将锥形浮子
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