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旋转式磁力浮球液位计的设计


文章日期:2017-11-17|阅读数:


摘要: 介绍了用于测量汽车罐车及贮罐介质液面高度的装置———旋转式磁力浮球液位计,论述了其工作原理、结构特点及设计要点。
液位计是用于测量汽车罐车及贮罐介质液面高度的装置。罐车充装介质时,液位计用来测量和显示罐车液位高度,防止超装。近年来,对罐车液位计测量的安全性和准确性要求不断提高,为此本文设计了一种安全可靠、操作便捷,测量精度高的旋转式磁力浮球液位计。
 
1、工作原理:
 旋转式磁力浮球液位计是基于浮力和磁力耦,合原理设计的 。当罐车液位发生变化时 浮球随着液面上下浮动,并带动传动轴转动,通过与其相连的磁铁的磁耦合作用,实现计量刻度盘指针轴与浮球随液面同步浮动,从而显示罐车液位的高度。
 
2、结构与设计:
2. 1、结构特点:

 旋转式磁力浮球液位计包括指针轴、法兰座、被动磁铁、主动磁铁、支架、配重块、传动轴及浮球组件等,其结构如图 1 所示。
 旋转式磁力浮球液位计的法兰座内置主动磁铁和被动磁铁,两者之间设有隔断,被动磁铁与计量刻度盘指针轴连接,主动磁铁与传动轴的一端连接,浮球在罐内介质浮力的作用下产生旋转力矩,传动轴带动主动磁铁转动,主动磁铁在磁耦合力的作用下带动被动磁铁同步旋转,从而实现液位测量。本设计与其他液位计相比,避免了浮球转动时传动轴旋转不灵活的现象,提高了测量的准确性。
 由于旋转式磁力浮球液位计应用于易燃、易
 图 1	旋转式磁力浮球液位计结构
 
图 1 旋转式磁力浮球液位计结构
爆介质的罐车上,其操作与测量过程中不能发生任何形式上的泄漏,因此对法兰座和浮球的强度符合性能要求较高。
 
2. 2、法兰强度校核:
 旋转式磁力浮球液位计的法兰座采用螺栓与罐车凸缘相连接,法兰座必须保持足够的强度与密封性,以确保其正常工作状态下的使用安全。法兰强度校核的计算公式为
 D21 
σw = KP ( SB  C) 2 ( 1) 式中: σw 为法兰座弯曲应力,MPa; K 为法兰座形状系数; P 为法兰座设计压力,MPa; D1 为法兰座螺栓孔中心圆直径,mm; SB 为法兰座实际厚度,mm; C 为法兰座腐蚀余量,mm。
   根据实际工况条件,法兰座的形状系数为0. 18,设计压力为 2. 5 MPa,螺旋孔中心圆直径为190 mm,实际厚度为 26 mm,腐蚀余量为 3 mm。
将实际工况条件代入式 ( 1) 中,计算得出法兰座的弯曲应力为 30. 71 MPa,满足 1Cr18Ni9Ti 不锈钢法兰座的弯曲应力要求 。
 
2. 3、浮球强度校核:
 旋转式磁力浮球液位计的浮球组件由浮球体及接管组成,在罐内介质的作用下,浮球内部必须保证有足够的强度。 
根据浮球的受力状态和工作原理,浮球强度计算公式为
 

P = 0. 083 3E ( 2)
  ( R0 / δn ) 2  
 
式中: P 为浮球球壳的许用外压力,MPa; E 为设计温度下浮球材料的弹性模量,mm; R0 为浮球球壳外半径,mm; δn 为浮球球壳的名义厚度,mm。
 根据实际工况条件,设计温度下浮球材料的弹性模量为 1. 93 × 105 MPa,浮球球壳外半径设计给定为 75 mm,浮球球壳的名义厚度设计给定为
1 mm,将实际工况条件代入式 ( 2) 中,计算得到球壳许用外压力为 2. 86 MPa,而球壳的设计压力, [3]2. 5 MPa 因此浮球强度满足标准要求 。
 
3、材料选取:
 旋转式磁力浮球液位计的材质与罐体的工作压力、温度、装载介质有关; 与罐内介质接触的液位计的法兰座、支架、传动轴、浮球组件等零部件,必须具有良好的耐腐蚀性能,且为非磁性材料。因此,在运输液化气、液氨、煤油、柴油等介质时,支架、传动轴、浮球组件等选用12Cr18Ni9 不锈钢。密封在法兰座内部的主动磁铁和被动磁铁选用耐温较高的 N36H 钕铁硼永磁材料,以提高其耐温性能,使磁耦合力更加可靠。
 
4、结语:
 旋转式磁力浮球液位计的设计利用了机械传动和磁力耦合原理,实现了不漏液对罐车介质液位的测量,避免了浮球转动时传动轴旋转不灵活的现象,提高了测量的准确性。设计结构简单合理、操作直观、使用安全可靠。


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