V锥流量计的结构可靠性优化设计

随着科学技术的进步,关于流量测量方面的方法已经被各领域所采纳。以孔板、喷嘴、文丘里管为代表的差压式流量计已在流量检测方面得到了成功应用,然而孔板等差压式流量计由于自身结构上的不足——即采用中心收缩方式来获得差压的方法,带有一些缺点,如:量程比小、易磨损、压损大等。针对上述不足,人们对测量装置的优化改进工作一直在进行。

近些年来,V锥流量计的出现使人们对差压式流量计有了更新的认识。它从根本上摒弃了流体向管道中心收缩的节流方式,而是利用同轴安装在管道中的圆锥将流体收缩到管道内管壁,通过测量此锥体前后差压达到测量的目的。V锥流量计是国际上普遍看好的新一代差压式流量计。

据国内外文献1、2、3、4介绍,它与传统的差压流量计相比具有突出的优点,即V锥流量计有较强的自整流功能,因此对于流量计的前直管段要求较短,可以实现在较小的空间内进行安装;具有抗污能力强,具有持久耐用的特点;V锥流量计的压力损失小可以降低能耗;V锥结构并无可动部件,使得V锥具有很好的重复性;V锥流量计的量程比宽,即它的线性度好,从而使其精度较高。V锥流量计具有以上优点的同时也存在着缺陷,由于V锥流量计内锥型节流装置通过悬臂安装的方式固定在管道中心,工作时将承受很大的载荷以及流体的冲击,若制造或安装出现误差使V锥承受很大的非对称载荷,支撑部分承受很大的应力和应变,轻则会导致测量结果出现误差,降低流量计的精度,重则会使V锥脱落降低流量计的使用可靠性。本文对V锥流量计的结构进行了可靠性分析与结构优化设计,使得优化设计后的结构具备了更高的可靠性且整体的结构更优的特点。进行V锥流量计可靠性优化设计前,需要对流量计的节流装置进行流体力学的模拟仿真,得到流体作用在锥形结构上的压力情况,接着进行结构的有限元分析,最后进行的是可靠性分析和优化设计。

论文最后对优化的结构进行流体的标定分析,通过标定后的流量计发现,优化后的结构与优化前的流出系数相差|0.0005|,因此可以得出,优化后的结构并没有影响到流量计的使用特性,同时,本文也同时实验模拟的方法得出了,节流装置尾部出现上下摆动时对测量稳定性的影响,当波动量在小的范围内时,对测量稳定性的影响较小;随着波动量的增加,对测量稳定性的影响就越来越突显。