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电磁流量计

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电磁流量计的适配器形状对应力的影响

来源:作者:发表时间:2020-05-26 08:29:53

 摘要:在电磁流量计中,适配器用于连接传感器部分和变送器部分。在一体式电磁流量计中,由于电磁流量计的变送器部分比较重,在运输过程中或者管道发生振动的时候,要求适配器能够抵抗此时振动所产生的应力。适配器的结构形式直接影响了应力的分布,选择适当的适配器结构,能够极大地降低应力的分布,从而降低适配器断裂的风险。

 
      电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电性液体体积的仪表,由于具有无压损、可以测量较宽的流量范围、测量液体与温度无关以及成本比较低的优势,所以现在已经被广泛用于各种行业。从安装形式看,电磁流量计主要分为远程式电磁流量计和一体式电磁流量计。其中对于极其恶劣的工况,比如高腐蚀和高温的环境,客户一般定制一体式不锈钢电磁流量计。但是一体式不锈钢电磁流量计的变送器外壳材料也采用不锈钢,所以变送器比较重,在运输过程中或者管道发生振动的时候,会导致变送器与传感器的连接部分的应力较大,如果应力大于材料的屈服应力,极有可能会导致变送器和传感器的连接部分发生断裂。流量计的结构抗振性由多方面因素决定,其中一个重要的因素就是适配器的结构,不同的适配器结构会产生不同的应力效果。
 
一、电磁流量计适配器结构分析
      电磁流量计主要由传感器和变送器组成,传感器的外壳通常采用碳钢或者不锈钢材料,也有部分厂家采用了铝合金材料,在这里我们只针对于不锈钢材料的外壳进行分析。从安装形式看,电磁流量计分为远程式安装和一体式结构安装,一体式的电磁流量计的变送器直接安装在传感器上,那么适配器具体是指用于连接传感器和变送器的部分。一般适配器是焊接到传感器的外壳上,适配器与传感器外壳的连接结构大多分为两种,一种为圆形结构,一种为长方形结构。在市面上常见的几种国际品牌的电磁流量计中,西门子电磁流量计为圆形的适配器,科隆电磁流量计为圆形的适配器,罗斯蒙特电磁流量计为圆形结构的适配器和长方形结构的适配器。
 
二、电磁流量计适配器结构比较
      下面通过ANSYS(有限元分析软件)仿真程序来去验证在同等的情况下哪一种形状产生的应力更小。由于在验证的时候所采用的变送器和传感器外壳一致,所以在仿真模型的处理上,不用对整个电磁流量计进行处理,只需要对局部进行仿真验证。由于电磁流量计所应用的区域位于具有较低振动的管道,所以在测试电磁流量计的时候,基于IEC61298-3-2008国际电工委员会标准规范,选择了2G的正弦扫频振动,其基本要求如下:扫频频率范围为10-57.5Hz,正弦扫频振动,最大振幅0.15mm,扫频速度0.5oct/min;扫频频率范围为57.5-1000Hz,正弦扫频振动,最大峰值加速度为2G,扫频速度0.5oct/min。仿真程序步骤如下:
 
      很好,模型建立,利用三维软件Pro/E所建立的三维模型导入到ANSYSWorkebench(协同仿真平台)中,模型建立的时候仅仅选择传感器的中间部分外壳和适配器。
      第二,静应力分析,用于分析仅仅施加重力加速度时的应力分布。
      第三,模态分析,用于查找共振的各个频率以及共振的模态。
      第四,谐响应分析,用于分析在共振情况下的应力分布情况,判定出最恶劣的振动方向。
      圆形的适配器是焊接到传感器外壳上的,在这里只是截取部分外壳进行分析,选择了适配器与传感器外壳的连接区域,在共振的时候,其应力最大,最大应力为327MPa。长方形的适配器同样也是焊接到传感器外壳上,所分析的部分同圆形的适配器是一致的,在共振的时候,应力最大,其最大应力为1700MPa,最大应力产生在长方形的角上,极其容易发生应力集中。
      对于共振频率的分析,由于其选择模型的部分只为局部模型,所以仿真的共振频率是与实际不完全符合的,但是其趋势一致。圆形适配器结构最大应力对应的共振频率为287.3Hz,长方形适配器结构最大应力对应的共振频率为70.2Hz。
 
三、结语
      通过上面的ANSYS仿真分析,在同等情况下,适配器形状对于应力的分布有着很大的影响,圆形的适配器在应力分布上更加均匀,同时也不容易产生应力集中,应力的峰值也比较小。此外,圆形的适配器的共振频率远远高于方形的适配器结构,说明圆形的适配器的结构更加不容易发生共振。综上所述,在发生冲击的时候,圆形适配器的结构抵抗冲击性会更强,破裂风险会更低,所以在设计适配器的时候,在不影响其他方面的情况下,建议采用圆形的适配器结构,避免选择长方形或者方形的适配器。