电浮筒液位计扭力管强度设计

电浮筒液位计; 扭力管; 强度设计; 静力学分析;

电浮筒液位计具有精度高、测量温度范围广等优点, 被广泛应用于生产塔、过程罐、反应釜的液位测量[1,2]。扭力管选用inconel625材料, 是保证液位计测量精度的核心零部件。inconel625材料是以Mo、Nb为主要强化元素的固溶强化镍基合金, 其在650℃以下具有良好的持久性能、疲劳性能及抗氧化和抗腐蚀性能, 1 050℃以内具有良好强度和韧性[3-5], 被广泛应用于仪器仪表设备。

inconel625材料各成分质量分数和扭力管基本参数分别如表1、表2所示。

表1 Inconel625各成分质量分数 (%) 下载原表

表2 扭力管基本参数 下载原表

运用solidworks软件建立扭力管实体模型, 导入ansys软件。扭力管各参数设置如下, 密度8 440 kg/m3, 弹性模量205 GPa, 泊松比0.308。选用Solid95单元对实体模型划分网格得到扭力管有限元模型, 共包含17 685个单元, 35 449个节点, 如图1所示。

由电浮筒液位计正常工作时受载情况可知, 扭力管右截面节点全约束, 左截面受工作扭矩T作用, 具体扭矩加载过程如下[6]:

1) 左截面圆心处创建节点, 并分配质量单元mass21;

2) 对该节点施加z方向工作扭矩T;

3) 左截面上所有节点建立组件;

4) 用crig命令实现中心节点和组件节点局部区域刚化, 得到加载模型如图2示。

1) 应力分布

2) 变形图

1) 正常工作时, 电浮筒液位计扭力管***大切应力和单位长度扭转角理论值为73.17 MPa和0.309 rad/m, 分别低于inconel625材料许用值;

2) 对扭力管进行有限元静力学分析, 得到扭力管***大切应力和单位长度扭转角为74.6 MPa和0.311 rad/m, 与理论值间误差分别为1.95%和0.65%, 仿真结果可靠;

3) 选用外径6 mm、长度286 mm、壁厚1.2 mm的inconel625材料等径扭力管, 强度和刚度均满足设计要求。