浮筒式液面調(diào)節(jié)器設(shè)計

滕加莊 張欣欣

摘 要：該文設(shè)計了一種新型的液面調(diào)節(jié)器：對浮筒式液面調(diào)節(jié)器的原理和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，并對調(diào)節(jié)器的技術(shù)指標(biāo)和調(diào)節(jié)方法做了闡述，經(jīng)實際使用證明，該調(diào)節(jié)器對液面調(diào)節(jié)與控制效果良好。

關(guān)鍵詞：浮筒 液面調(diào)節(jié)器 原理設(shè)計 結(jié)構(gòu)設(shè)計 儀器調(diào)節(jié)

中圖分類號：TH-3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）10（a）-0050-02

調(diào)節(jié)器廣泛用于化工、石油、維尼綸、化肥、冶金、電力等工業(yè)部門，進(jìn)行測量和自動調(diào)節(jié)液面[1]。調(diào)節(jié)器的測量元件適合在無腐蝕條件下工作，采用壓縮空氣為工作介質(zhì)，除了在一般裝置中可選用外，并可用于防爆要求的裝置之中[2]。

1 結(jié)構(gòu)及工作原理設(shè)計

浮筒液面調(diào)節(jié)器的測量裝置，是基于“阿基米德”原理工作的。當(dāng)浮筒全部或局部浸在液體中時，則有一浮力使浮筒上浮，浮力的大小等于浮筒排開的液體重量。計算出這一浮力，即可測算出液位高度。

1.1 測量原理

浸入液體的浮筒加在扭力桿上的重力等于自重減去浮力。

（1）

式中：W為作用在扭力桿上的合力

G為浮筒的自重

Q為浮筒受到的浮力

又據(jù)阿基米德定理：

（2）

式中：V為浮筒浸入液體內(nèi)的體積

為液體比重

d為浮筒直徑

h為浸入液體高度

將（2）式帶入（1）式得：

（3）

對于一個浮筒，G、d均為不變的恒量。對于所測的固定液體，也是不變的恒量，所以，扭力桿上所受合力W只與液位高度h有關(guān)。

浮筒液面計是由浮筒測量和氣動調(diào)節(jié)兩部分組成。如圖1所示。

1.2 工作過程

測量元件是不銹鋼制成的圓柱形的浮筒1，放在鑄鋼制的浮筒箱內(nèi)。浮筒最大行程是7 mm。浮筒的移動使扭力管發(fā)生扭轉(zhuǎn)。當(dāng)液面降低時，扭力增大，扭力管扭轉(zhuǎn)的角度也增大；當(dāng)液面升高時，扭力減小，因而扭轉(zhuǎn)的角度也減小。扭力管的中心裝有一轉(zhuǎn)軸，軸上裝有擋板4，當(dāng)液面位置變更時，扭力管亦隨著轉(zhuǎn)動，從而改變了噴嘴和擋板的距離，因此，使進(jìn)入放大器內(nèi)的噴嘴背壓隨之改變，放大器的輸出也隨之改變，通往執(zhí)行機(jī)構(gòu)的壓力也就相應(yīng)地變化。最后，執(zhí)行機(jī)構(gòu)起調(diào)節(jié)作用。

調(diào)節(jié)器的氣動調(diào)節(jié)部分，具有硬反饋的特性[3]。放大器輸出壓力，一部分經(jīng)過反饋選擇器反饋到波登管，使波登管向外移動一個角度，使噴嘴離開擋板，從而，使放大器的輸出壓力減小。如果通入波登管的反饋壓力減小，則使噴嘴移近擋板，使放大器的輸出壓力減小。如果通入波登管的反饋壓力減小，則使噴嘴移近擋板，使放大器的輸出壓力增大。所以，利用反饋選擇器，可以得到不同的“節(jié)流幅度”[4]，即10%～100%。反饋選擇器又可選擇不同液體的比重，故又可稱為比重選擇器。其比重調(diào)整范圍為0.8～1.0。

調(diào)節(jié)器的供風(fēng)，是經(jīng)過濾和減壓后的1-1.2 kg/cm2的氣源供給。調(diào)節(jié)器的供風(fēng)壓力和輸出壓力分別由壓力表指示。

如若使液面調(diào)節(jié)器改為反作用，則僅需將波登管、噴嘴和擋板的方向旋轉(zhuǎn)180 °即可[5]。

2 技術(shù)要求與技術(shù)設(shè)計

2.1 技術(shù)指標(biāo)

本設(shè)計浮筒式液面調(diào)節(jié)器技術(shù)指標(biāo)包括：

（1）氣源壓力：1.2 kg/cm2

（2）輸出壓力：0～1.0 kg/cm2

（3）最大工作壓力：40 kg/cm2

（4）被測液體的最高溫度：200℃

（5）測量液體的比重：0.8～1.0

（6）比例范圍：10%～100%

（7）最大調(diào)節(jié)范圍：

PYKⅡ-----365------40為365±3%

PYKⅡ-----800------40為800±3%

2.2 組裝后的試驗調(diào)整

（1）扭力管的彈性試驗[6]，用手指觸動浮筒，浮筒應(yīng)能抖動70～80次，然后靜止。如果抖動小于70次，則說明框架和其他部分阻力太大，需進(jìn)行調(diào)整；

（2）放大器的嚴(yán)密性試驗：首先將供風(fēng)1.2 kg/cm2接通，然后將出風(fēng)接頭堵上，當(dāng)蓋片關(guān)閉噴嘴時出風(fēng)應(yīng)為1.0 kg/cm2。如出風(fēng)達(dá)不到上述值，將各連接處涂上肥皂水，檢查出漏氣處，進(jìn)行處理。

2.3 精度校驗

（1）給上氣源1.2 kg/cm2。檢查放大器。調(diào)整給定旋鈕[7]，使擋板蓋住噴嘴。放大器輸出應(yīng)達(dá)到1 kg/cm2以上。當(dāng)擋板離開噴嘴時，放大器輸出應(yīng)降至0.2 kg/cm2以下。

（2）將比重盤[7]放在被測介質(zhì)的比重上，使浮筒箱內(nèi)液面在50%，松開固定擋板的螺帽，調(diào)整擋板與噴嘴的距離，使輸出在0.6 kg/cm2，緊固螺帽。

（3）使液面為0、50%、100%，其輸出風(fēng)壓應(yīng)相應(yīng)的為0.2、0.6、1.0 kg/cm2，誤差不超過±2.5%，如超出誤差范圍，可相應(yīng)地調(diào)整噴嘴—擋板距離和比重盤的位置[8]。

（4）沒有被測介質(zhì)時，可用水進(jìn)行校驗。用水校驗時則須進(jìn)行比重?fù)Q算。公式如下：

（5）測量兩種不同液體介面時[9]，可將比重盤放在兩種介質(zhì)的比重差上。當(dāng)充滿輕介質(zhì)時，輸出應(yīng)為0.2 kg/cm2；而充滿重介質(zhì)時，輸出應(yīng)為1.0 kg/cm2；兩種液體介面在50%時，輸出應(yīng)為0.6 kg/cm2。如果示值不符，可相應(yīng)地調(diào)整噴嘴—擋板距離和比重盤的位置。

（6）可用水校驗介面[10]，不過須進(jìn)行比重?fù)Q算，公式如下：

式中：hx為水相應(yīng)于被校介面的高度（毫米）；

為水的比重（g/cm3）；

為重介質(zhì)的比重（g/cm3）；

為輕介質(zhì)的比重（g/cm3）。

按上述公式算出用水代替后的相應(yīng)測量范圍。同上述方法進(jìn)行校驗。

3 結(jié)論

新型浮筒式液面調(diào)節(jié)器經(jīng)實際投產(chǎn)使用，液面控制平穩(wěn)，調(diào)節(jié)性能良好，效果非常明顯，為相關(guān)企業(yè)單位解決了一定的實際應(yīng)用難題。

參考文獻(xiàn)

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[10] 蘇恩澤.影響原油動態(tài)計量因素分析[J].中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2014（3）.