一种冲板式流量计的研制

发布时间：2017-08-29 17:10

  本文关键词：一种冲板式流量计的研制

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【摘要】：流量计量作为生产过程控制中的动态监测环节,对控制生产工艺、保证产品质量、提高生产效率等有重要作用。冲板式流量计是一种动态固体质量流量检测设备,它通过检测物料冲击倾斜的检测板时产生冲击力的水平分量换算得到与其成线性关系的瞬时流量,继而累加或积分得到某时间段内的累积流量。冲板式流量计结构简单、维护方便、计量精度高,已被广泛应用于固体物料流量计量的诸多场合,且已经形成不同系列的冲板式流量计产品。 本文在理论分析的基础之上对一次表进行了冲板式流量计的创新设计。为克服传统冲板式流量计中摩擦和传动间隙的缺陷,提出了框架式柔性检测组件结构方案。该方案基于柔顺机构学原理,以平行弹簧承载传动组件为核心,可在无摩擦、无间隙地传递水平分力的同时承载竖直方向的冲击。设计中使用同步架约束对称布置的组件活动端,提高了非稳定冲击下的计量稳定性。同时还设计了防飞溅导流罩和球接触加载头组件,解决了物料飞溅和加载偏差的问题。为了在保证检测组件传动性能和使用寿命的同时提高其结构强度,对直片弹簧进行了尺寸优化。另外,在对一次表创新设计的基础上,完成了冲板式流量计二次表的设计和选型,分别使用S型称重传感器、变送器和智能流量积算仪组成完整的固体质量流量检测设备。 针对课题研究中全新的一次表结构,对其进行了一系列仿真研究。首先为了研究平行弹簧承载传动组件的刚度特点,仿真验证了其具有3.412×103N/m的稳定刚度。针对非稳定冲击下一次表的基本悬挂式方案和框架式方案中检测板的摆动和翻转,对两种方案分别进行了刚柔耦合仿真,结果表明框架式方案具有更高的响应精度和稳定性。为了研究一次表是否能满足连续计量的要求,分析检测组件在流场中的应力和寿命特点,利用CFX和ANSYS对气固两相物料流进行了CFD仿真和流固耦合分析。仿真结果表明物料进入一次表后下落均匀,检测板压强可迅速稳定。检测板磨损速率为0.647g/年,一次表最大等效应力34.4MPa远小于许用应力[6]=783.3MPa,且满足106次循环高周疲劳的设计要求。最后为研究一次表的响应精度和传力阻尼对精度的影响,基于对等效密度模型的CFD仿真结果,对不同瞬时流量下一次表的动力学响应进行仿真,同时也对传力轴不同阻尼比条件下进行响应误差分析。仿真结果表明响应误差随瞬时流量增大而减小,满量程一次表误差为0.91%F.S.,满足设计要求；欠阻尼传力方案传感器响应波动较刚性传力方案减小约3倍,且误差随阻尼比接近1而减小。 为了研究冲板式流量计的实物计量精度,在仿真分析的基础上设计了测试装置进行实物样机测试。测试得到线性度为0.62%,相对误差平均值为1.5%。测试结果达到设计要求,证明设计原理正确,方案可行且可实现准确流量计量,同时也为进一步研究提供了基础。
【关键词】：冲板式流量计 结构创新 流固耦合仿真 动力学仿真 样机测试
【学位授予单位】：北方工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH814
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 引言8-18
• 1.1 课题研究的背景和意义8
• 1.2 流量检测设备的分类和常用固体质量流量计简介8-14
• 1.2.1 皮带秤9-10
• 1.2.2 冲板式流量计10-11
• 1.2.3 核子秤11-13
• 1.2.4 科里奥利流量计13-14
• 1.3 冲板式流量计的发展历程和产品现状14-16
• 1.4 本课题的研究目标及内容16-18
• 2 冲板式流量计的计量原理研究和理论分析18-25
• 2.1 气固两相流体流量计量的基本理论18-19
• 2.2 冲板式流量计的计量原理分析19-23
• 2.3 冲板式流量计的计量特性分析23-24
• 2.3.1 仪表采样周期和检测时长对计量精度的影响23
• 2.3.2 影响冲板式流量计计量精度的其他因素23-24
• 2.4 本章小结24-25
• 3 冲板式流量计一次表的设计、仿真和优化25-40
• 3.1 冲板式流量计一次表结构的设计25-28
• 3.2 平行弹簧承载传动组件的设计、仿真和优化28-37
• 3.2.1 平行弹簧承载传动组件的原理28-31
• 3.2.2 平行弹簧承载传动组件的静载荷仿真31-33
• 3.2.3 平行弹簧承载传动组件中直片弹簧的尺寸优化分析33-37
• 3.3 防飞溅导流罩的设计37-38
• 3.4 球接触加载头的设计38-39
• 3.5 本章小结39-40
• 4 冲板式流量计二次表的原理设计与性能指标40-47
• 4.1 冲板式流量计二次表的原理设计40-41
• 4.2 冲板式流量计二次表各组件性能指标41-46
• 4.2.1 S型称重传感器的原理和性能41-42
• 4.2.2 变送器的原理和性能42-44
• 4.2.3 流量积算仪的原理和性能44-46
• 4.3 本章小结46-47
• 5 冲板式流量计检测组件的仿真分析47-78
• 5.1 平行弹簧承载传动组件的导向刚度特性分析47-49
• 5.2 框架式结构对非稳定冲击检测板摆动问题的改善分析49-54
• 5.3 一次表检测组件的流固耦合仿真54-62
• 5.3.1 气固两相颗粒流体的特点及多相流耦合模型的选择54-55
• 5.3.2 气固两相流在一次表流场内的三维数值模拟55-57
• 5.3.3 物料颗粒冲击对检测板冲刷腐蚀作用的分析57-59
• 5.3.4 冲板式流量计检测组件的流固耦合分析59-62
• 5.4 检测组件响应精度的动力学分析62-77
• 5.4.1 直片弹簧零件的柔化处理及虚拟样机模型的刚柔耦合63-65
• 5.4.2 连续流体模型等效密度法获得冲击载荷65-67
• 5.4.3 检测板面载荷的获得及样条插值处理67-69
• 5.4.4 连续冲击下的一次表载荷响应仿真69-73
• 5.4.5 不同加载阻尼条件下一次表响应误差特点分析73-77
• 5.5 本章小结77-78
• 6 冲板式流量计的测试78-87
• 6.1 冲板式流量计测试装置的设计78-81
• 6.2 冲板式流量计测试装置的调试及校准81-82
• 6.3 累积流量检测测试82-85
• 6.4 单位质量流量检测重复性测试85-86
• 6.5 本章小结86-87
• 7 结论87-89
• 参考文献89-93
• 申请学位期间的研究成果及发表的学术论文93-94
• 致谢94

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 张宏飞;于凤昌;;CFX数值模拟在防腐领域的应用[J];全面腐蚀控制;2012年03期

2 代真;段志祥;沈士明;;流体力学因素对液固两相流冲刷腐蚀的影响[J];石油化工设备;2006年06期

3 白雪峰;乔铁柱;;冲板流量计的改进设计方案[J];太原理工大学学报;2009年02期

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本文编号：754441