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高压型磁翻板捆绑磁致伸缩组合式液位计研究

来源:拿度科技 浏览量: 时间:2020-09-21 11:08

  

       公司为了成功入围中石油高压磁翻板产品集采供应商 对高压磁翻板产品立项进行了开发 首先,解决了高压磁浮子的耐高压技术难题 ,推导总结出了一套科学的磁浮子设计计算公式 其次对磁浮子磁钢通过有限元分析仿真的方法进行了优化设计使磁钢周围磁场分布更加均匀,在不增加磁钢重量的前提下,提高了浮子的外围磁场强度然后又对主体结构进行了耐高压设计,汇总了各零部件相关的计算公式,并且设计了排气口的密封结构,最后制作了样机,成功通过了各项测试实验。
1、浮子设计
       磁翻板液位计靠浮子随液位的移动来测量液位的高度,浮子是高压磁翻板的核心部件 决定了整台仪表的性能 浮子主要由薄壁圆筒、半球封头、支撑和磁钢组件四部分组成。浮子的这几个部分共同决定了整个浮子的性能,要分别进行研究。设计时要根据给出的订货参数,压力、密度、温度、磁场、分布强度以及截至度腐蚀性等方面进行浮子的设计,本文浮子设计要求满足公称压力26MPa,浮子比重0.7g/cm3,设计温度150℃,为了满足行业内的通用性需求,浮子长度小于350mm,浮子外径应不大于50mm。
1.1薄壁圆筒设计
       薄壁圆管在外力作用下,常因刚度不足使管发生变形,即被压扁或折曲成波形,这就是薄壁管的失稳现象。根据标准选择公称尺寸,原来产品选择的是DN50 的标准,及主体管外径为 60 mm,难以实现高压突破,在此基础上考虑到提高压力必然要增加支撑重量,同时要实现低密度必须增大浮子体积,所以要增大浮子外径,初步选择为DN65,主体管外径为73mm,这样即使由于压力增大会使壁厚增大,也可以满足浮子增大外径的需求,可以初步确定浮子薄壁圆管圆管的规格外径D=50mm,壁厚为S=1,材料选用低密度高强的TC4钛合金,考虑焊接工艺,将失稳压力视为设计压力,即Pcr=35MPa,L=35,这说明支撑间距至少要35mm。
1.2封头设计
       因为封头是液位计运输装配工作过程,浮子最容易损坏的部位 ,为了确保具有足够L 的强度D,特考虑提高封头的耐压能力,在这里我们取其壁厚为1.2mm。
1.3支撑设计
       由于单独压入支撑环,安装困难,受压时容易发生倾斜造成支撑失效,浮子被破坏,所以往往做得比较厚。考虑到这些因素,将支撑设计为笼状结构,将支撑环的外周用线切割加工出许多狭缝,在支撑环之间增加卡条作为筋,卡在支撑环上,并且在每个结合点进行焊接,这样就形成了多个支撑环固定在一起的笼状结构。这种歌年结构,并不会增加质量,因为采用这种结构可以将支撑环和筋做的很薄,大约在(0.5-0.6)mm,质量不但没有增加,反而增加了支撑面积,提高了浮子整体耐压能力。
磁致伸缩液位计
1.4磁钢设计
       根据浮子实际内径设计磁钢尺寸,采用八块扇形磁钢组合在一起的机构,通过有限元软件,采用单元对永磁体进行仿真分析。在距离磁钢外22mm的场强为1300高斯,满足次指挥所内搜对磁场强度大约1000-1500高斯的磁场要求。
2、主体管设计
        主体管在一定意义上可以当作压力容器来看待。可以近似归属于厚壁容器处理,所谓厚壁与薄壁并不是按容器厚度的大小来划分,而是一种相对概念,通常根据容器外径 DO 与内径 1 的比值 K 来判断,K> 1. 2 为厚壁容器,K≤1. 2 为薄壁容器。 工程实际中的压力容器大多为薄壁容器。
外径/内径>1.1的圆筒形容器,通常在高温、高压下工作。厚壁圆筒的应力特点:
(1)径向应力相对较大,不能忽略,即三向应力状态;
(2)轴向应力和环向应力沿壁厚出线应力梯度,不能视为均匀分布;
(3)在高温下工作时,热应力沿壁厚出现应力梯度。
3、试验
3.1压力试验
       采用水压试验工装,进行压力试验,打压到35MPAa,保压15分钟,没有泄压或泄露。
3.2耦合性实验
       将磁浮子装入主体的浮子室内,移动浮子,磁翻板翻转自如,并且磁致伸缩液位变送器回波强度较好。回波强度达到了500mV,并且波形的第一个波峰最大,是理想波形。
4、结论
       文章总结了一套解决远传型磁翻板液位计的关键技术的设计知识,找到了一套专门用于解决浮子设计问题的方法。并且对永磁体的电磁场仿真做了简单的介绍,掌握了用于分析永磁体磁场分布的有效方法。最后制作了样机,成功通过了35MPa的压力试验和磁场耦合测试,满足设计要求。
 


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