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大量程压力变送器受压部位的整体结构与受力分析

作时间:2018-07-19  来源:  作者:
   

 摘要:从大量程压力变送器工作原理入手,时其机械部总组件进行整体结构的受力分析,通过构造力学模型、确定受压薄弱部位满足的强度条件,转换成包含壁厚、熔深等物理量的数学关系式,计算出具体尺寸数值,为强度设计提供可靠依据。此设计方法对其它高压压力容器、管道的强度设计具有一定的借鉴和指导意义。

 
1、引言
        压力变送器是工业实践中最为常用的一种压力仪表,其广泛应用于各种工业自控环境,涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。FKP#05是一种大量程(测量范围0-r50MPa)、螺纹连接安装型压力变送器,能精确测量流体的压力,并把它转换成DC4- 2OmA的输出信号。该变送器采用了由微加工技术制成的硅微电容传感器和微处理器,具有优异的特性和功能,小巧、轻便,环境适应性优良。FKP#05压力变送器工作原理如图1所示,在检测部内,输入压力被转化为静电电容,在传输部对与压力成正比的检测信号进行放大运算,发送输出DC4-2OmA的电流信号。
压力变送器工作原理图
2、整体结构和受力分析
        FKP#05型压力变送器的机械部总组件结构如图2所示。压力变送器与现场压力管道通过连接管采用NPT1/2圆锥管螺纹密封连接,正常工作时被测流体充满连接管,管内部压力为流体工作压力,流体压力通过密封膜片一和变送器内部填充介质进行传递,大气压力通过密封膜片二和变送器内部填充介质进行传递,因此压力传感器高压侧和连接管内部承受的压力为流体工作压力,压力传感器低压侧承受的压力为大气压力。
压力变送器机械部总组件结构图
    通过上述分析可以看出:压力变送器正常工作时,其机械部总组件的连接管壁和焊缝是受压部位中最为薄弱的环节。如果管壁设计较薄、焊缝熔深太浅,将使管壁、焊缝破裂导致被测流体或填充介质泄露。由于低压侧大气压力1.01X105Pa,约为高压侧工作压力50M Pa的11500,受压非常小,不再计算低压侧部位的强度。以下针对压力传感器高压侧和连接管内部承受压力进行强度设计,重点对连接管壁厚以及焊缝W- I、焊缝W-II、焊缝W-III的熔深进行计算。
 
5、结束语
        一般情况下,FKP#05压力变送器内部填充介质和被测液体无强腐蚀性,所处温度变化范围较小(范围在一150C-85"C),因此本文强度设计计算中忽略腐蚀裕量、温度影响等因素。上述强度设计计算仅仅是最基础的设计计算,是产品设计的第一步.在实际产品设计中,首先按照理论设计值(考虑腐蚀裕量、应力集中、温度变换等多个因素后的尺寸值)确定具体尺寸值,进行产品样机试制,通过压力试验、型式试验和性能评价试验等手段进行验证、评价。然后通过验证、评价结果对尺寸值进行必要调整,包括尺寸放大和缩小.最后按照调整后的尺寸安排产品小批量试制、试验和工业化考核,验证合格后的尺寸就是设计的最终尺寸。这样设计计算,既避免了材料的浪费,可实现产品设计的小型化,又使产品的安全可靠性得到了保证。本文所运用的力学建模和设计方法对其它高压压力容器、管道的强度设计计算具有一定的借鉴和指导意义。
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