摘要:在電磁流量計中,適配器用于連接傳感器部分和變送器部分。在一體式電磁流量計中,由于電磁流量計的變送器部分比較重,在運輸過程中或者管道發(fā)生振動的時候,要求適配器能夠抵抗此時振動所產(chǎn)生的應(yīng)力。適配器的結(jié)構(gòu)形式直接影響了應(yīng)力的分布,選擇適當?shù)倪m配器結(jié)構(gòu),能夠極大地降低應(yīng)力的分布,從而降低適配器斷裂的風(fēng)險。
電磁流量計是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律制成的--種測量導(dǎo)電性液體體積的儀表,由于具有無壓損、可以測量較寬的流量范圍、測量液體與溫度無關(guān)以及成本比較低的優(yōu)勢，所以現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛用于各種行業(yè)。從安裝形式看,電磁流量計主要分為遠程式電磁流量計和一體式電磁流量計。其中對于極其惡劣的工況，比如高腐蝕和高溫的環(huán)境,客戶一般定制一體式不銹.鋼電磁流量計。但是一體式不銹鋼電磁流量計的變送器外殼材料也采用不銹鋼,所以變送器比較重,在運輸過程中或者管道發(fā)生振動的時候，會導(dǎo)致變送器與傳感器的連接部分的應(yīng)力較大,如果應(yīng)力大于材料的屈服應(yīng)力，極有可能會導(dǎo)致變送器和傳感器的連接部分發(fā)生斷裂。流量計的結(jié)構(gòu)抗振性由多方面因素決定,其中一個重要的因素就是適配器的結(jié)構(gòu)，不同的適配器結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生不同的應(yīng)力效果。
一、電磁流量計適配器結(jié)構(gòu)分析
電磁流量計主要由傳感器和變送器組成,傳感器的外殼通常采用碳鋼或者不銹鋼材料，也有部分廠家采用了鋁合金材料，在這里我們只針對于不銹鋼材料的外殼進行分析。從安裝形式看,電磁流量計分為遠程式安裝和一體式結(jié)構(gòu)安裝,一體式的電磁流量計的變送器直接安裝在傳感器上，那么適配器具體是指用于連接傳感器和變送器的部分。一般適配器是焊接到傳感器的外殼上,適配器與傳感器外殼的連接結(jié)構(gòu)大多分為兩種,一種為圓形結(jié)構(gòu),一種為長方形結(jié)構(gòu)。在市面上常見的幾種國際品牌的電磁流量計中,西門子電磁流量計為圓形的適配器,科隆電磁流量計為圓形的適配器，羅斯蒙特電磁流量計為圓形結(jié)構(gòu)的適配器和長方形結(jié)構(gòu)的適配器。
二、電磁流量計適配器結(jié)構(gòu)比較
下面通過ANSYS(有限元分析軟件)仿真程序來去驗證在同等的情況下哪一.種形狀產(chǎn)生的應(yīng)力更小。由于在驗證的時候所采用的變送器和傳感器外殼一致,所以在仿真模型的處理上,不用對整個電磁流量計進行處理，只需要對局部進行仿真驗.證。由于電磁流量計所應(yīng)用的區(qū)域位于具有較低振動的管道,所以在測試電磁流量計的時候，基于IEC61298-3-2008國際電工委員會標準規(guī)范，選擇了2G的正弦掃頻振動，其基本要求如下:掃頻頻率范圍為10-57.5Hz,正弦掃頻振動,最大振幅0.15mm,掃頻速度0.5oct/min;掃頻頻率范圍為57.5-1000Hz,正弦掃頻振動,最大峰值加速度為2G,掃頻速度0.5oct/min。仿真程序步驟如下:
第一,模型建立，利用三維軟件ProE所建立的三維模型導(dǎo)入到ANSYSWorkebench(協(xié)同仿真平臺)中,模型建立的時候僅僅選擇傳感器的中間部分外殼和適配器。
第二，靜應(yīng)力分析,用于分析僅僅施加重力加速度時的應(yīng)力分布。
第三,模態(tài)分析,用于查找共振的各個頻率以及共振的模態(tài)。
第四,諧響應(yīng)分析,用于分析在共振情況下的應(yīng)力分布情況,判定出最惡劣的振動方向。
圓形的適配器是焊接到傳感器外殼上的，在這里只是截取部分外殼進行分析,選擇了適配器與傳感器外殼的連接區(qū)域,在共振的時候，其應(yīng)力最大，最大應(yīng)力為327MPa。長方形的適配器同樣也是焊接到傳感器外殼上,所分析的部分同圓形的適配器是:一致的，在共振的時候,應(yīng)力最大，其最大應(yīng)力為1700MPa,最大應(yīng)力產(chǎn)生在長方形的角上，極其容易發(fā)生應(yīng)力集中。
對于共振頻率的分析，由于其選擇模型的部分只為局部模型，所以仿真的共振頻率是與實際不完全符合的，但是其趨勢一致。圓形適配器結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力對應(yīng)的共振頻率為287.3Hz，長方形適配器結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力對應(yīng)的共振頻率為70.2Hz。
三、結(jié)語
通過.上面的ANSYS仿真分析,在同等情況下,適配器形狀對于應(yīng)力的分布有著很大的影響，圓形的適配器在應(yīng)力分布.上更加均勻，同時也不容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,應(yīng)力的峰值也比較小。此外,圓形的適配器.的共振頻率遠遠高于方形的適配器結(jié)構(gòu)，說明圓形的適配器的結(jié)構(gòu)更加不容易發(fā)生共振。綜上所述,在發(fā)生沖擊的時候,圓形適配器的結(jié)構(gòu)抵抗沖擊性會更強，破裂風(fēng)險會更低，所以在設(shè)計適配器的時候，在不影響其他方面的情況下,建議采用圓形的適配器結(jié)構(gòu)，避免選擇長方形或者方形的適配器。
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