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電浮筒液位計扭力管強度設計

摘要:扭力管作為電浮筒液位計的關鍵零部件, 須具備足夠強度和扭轉彈性, 以保證液位計具有較高的測量精度和較長使用壽命。扭力管選用外徑6 mm, 長度286 mm, 壁厚1.2 mm的inconel625等徑圓管, 理論求解得到扭力管正常工作時***大切應力和單位長度扭轉角為73.17 MPa和0.309 rad/m, 分別低于inconel625材料許用值;運用有限元分析軟件ANSYS對扭力管進行靜力學分析, 得到扭力管***大切應力和單位長度扭轉角為74.6 MPa和0.311 rad/m, 與理論計算值誤差分別為1.95%和0.65%。論文研究結論與方法為電浮筒液位計關鍵零部件強度設計提供參考和依據。
關鍵詞:

電浮筒液位計; 扭力管; 強度設計; 靜力學分析;

電浮筒液位計具有精度高、測量溫度范圍廣等優點, 被廣泛應用于生產塔、過程罐、反應釜的液位測量[1,2]。扭力管選用inconel625材料, 是保證液位計測量精度的核心零部件。inconel625材料是以Mo、Nb為主要強化元素的固溶強化鎳基合金, 其在650℃以下具有良好的持久性能、疲勞性能及抗氧化和抗腐蝕性能, 1 050℃以內具有良好強度和韌性[3-5], 被廣泛應用于儀器儀表設備。

1 理論計算

inconel625材料各成分質量分數和扭力管基本參數分別如表1、表2所示。
計算公式

 
 

表1 Inconel625各成分質量分數 (%)    下載原表

表1 Inconel625各成分質量分數 (%)

表2 扭力管基本參數    下載原表

表2 扭力管基本參數

2 有限元靜力學分析

2.1 扭力管有限元模型

計算公式

 

運用solidworks軟件建立扭力管實體模型, 導入ansys軟件。扭力管各參數設置如下, 密度8 440 kg/m3, 彈性模量205 GPa, 泊松比0.308。選用Solid95單元對實體模型劃分網格得到扭力管有限元模型, 共包含17 685個單元, 35 449個節點, 如圖1所示。

2.2 加載

由電浮筒液位計正常工作時受載情況可知, 扭力管右截面節點全約束, 左截面受工作扭矩T作用, 具體扭矩加載過程如下[6]:

1) 左截面圓心處創建節點, 并分配質量單元mass21;

2) 對該節點施加z方向工作扭矩T;

3) 左截面上所有節點建立組件;

4) 用crig命令實現中心節點和組件節點局部區域剛化, 得到加載模型如圖2示。

圖2 扭力管加載模塊

 

2.3 結果分析

1) 應力分布

計算公式
說明圖
圖4 扭力管變形圖

 

圖3 扭力管應力分布

 

2) 變形圖

求解扭力管計算公式說明圖

3 結論

1) 正常工作時, 電浮筒液位計扭力管***大切應力和單位長度扭轉角理論值為73.17 MPa和0.309 rad/m, 分別低于inconel625材料許用值;

2) 對扭力管進行有限元靜力學分析, 得到扭力管***大切應力和單位長度扭轉角為74.6 MPa和0.311 rad/m, 與理論值間誤差分別為1.95%和0.65%, 仿真結果可靠;

3) 選用外徑6 mm、長度286 mm、壁厚1.2 mm的inconel625材料等徑扭力管, 強度和剛度均滿足設計要求。

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