电浮筒液位计扭力管强度设计

摘要：扭力管作为电浮筒液位计的关键零部件, 须具备足够强度和扭转弹性, 以保证液位计具有较高的测量精度和较长使用寿命。扭力管选用外径6 mm, 长度286 mm, 壁厚1.2 mm的inconel625等径圆管, 理论求解得到扭力管正常工作时***大切应力和单位长度扭转角为73.17 MPa和0.309 rad/m, 分别低于inconel625材料许用值;运用有限元分析软件ANSYS对扭力管进行静力学分析, 得到扭力管***大切应力和单位长度扭转角为74.6 MPa和0.311 rad/m, 与理论计算值误差分别为1.95%和0.65%。论文研究结论与方法为电浮筒液位计关键零部件强度设计提供参考和依据。

关键词：

电浮筒液位计; 扭力管; 强度设计; 静力学分析;

电浮筒液位计具有精度高、测量温度范围广等优点, 被广泛应用于生产塔、过程罐、反应釜的液位测量[1,2]。扭力管选用inconel625材料, 是保证液位计测量精度的核心零部件。inconel625材料是以Mo、Nb为主要强化元素的固溶强化镍基合金, 其在650℃以下具有良好的持久性能、疲劳性能及抗氧化和抗腐蚀性能, 1 050℃以内具有良好强度和韧性[3-5], 被广泛应用于仪器仪表设备。

inconel625材料各成分质量分数和扭力管基本参数分别如表1、表2所示。

 

 

表1 Inconel625各成分质量分数 (%)    下载原表

表2 扭力管基本参数    下载原表

 

运用solidworks软件建立扭力管实体模型, 导入ansys软件。扭力管各参数设置如下, 密度8 440 kg/m3, 弹性模量205 GPa, 泊松比0.308。选用Solid95单元对实体模型划分网格得到扭力管有限元模型, 共包含17 685个单元, 35 449个节点, 如图1所示。

由电浮筒液位计正常工作时受载情况可知, 扭力管右截面节点全约束, 左截面受工作扭矩T作用, 具体扭矩加载过程如下[6]:

1) 左截面圆心处创建节点, 并分配质量单元mass21;

2) 对该节点施加z方向工作扭矩T;

3) 左截面上所有节点建立组件;

4) 用crig命令实现中心节点和组件节点局部区域刚化, 得到加载模型如图2示。

 

1) 应力分布

 

 

2) 变形图

1) 正常工作时, 电浮筒液位计扭力管***大切应力和单位长度扭转角理论值为73.17 MPa和0.309 rad/m, 分别低于inconel625材料许用值;

2) 对扭力管进行有限元静力学分析, 得到扭力管***大切应力和单位长度扭转角为74.6 MPa和0.311 rad/m, 与理论值间误差分别为1.95%和0.65%, 仿真结果可靠;

3) 选用外径6 mm、长度286 mm、壁厚1.2 mm的inconel625材料等径扭力管, 强度和刚度均满足设计要求。