DSIII智能變送器法蘭型機(jī)種的研究開發(fā)

王瑞濤

摘 要 從DSIII智能變送器法蘭型機(jī)種的結(jié)構(gòu)和功能入手，研究其主要內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)以及主要品種規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)。通過自主研發(fā)，實(shí)現(xiàn)了DSⅢ型智能變送器法蘭型機(jī)種的本地化生產(chǎn)，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品的利潤(rùn)率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞 DSIII智能變送器；法蘭型機(jī)種；研究；關(guān)鍵技術(shù)；本地化生產(chǎn)

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）15-0027-02

DSⅢ系列智能變送器由壓力、差壓、流量、單法蘭遠(yuǎn)傳壓力、雙法蘭遠(yuǎn)傳差壓、液位六個(gè)品種組成，用于測(cè)量各種流體的壓力、差壓、流量、液位等工業(yè)過程控制參數(shù)，廣泛應(yīng)用于石油化工、冶金、醫(yī)藥、輕工、電力等行業(yè)。DSIII智能變送器法蘭型機(jī)種，是在差壓、壓力變送器基礎(chǔ)上擴(kuò)展的品種，即在壓力、差壓品種基礎(chǔ)上，通過隔膜法蘭引壓，充有硅油的毛細(xì)管傳遞壓力，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)溫度高、粘度高、腐蝕性強(qiáng)等特殊工藝條件下，壓力信號(hào)遠(yuǎn)距離的測(cè)量。

本項(xiàng)目依托引進(jìn)的德國西門子智能變送器核心部件（傳感器和轉(zhuǎn)換電路）和制造設(shè)備，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的儀表制造手段和能力，自主完成遠(yuǎn)傳型法蘭智能變送器的設(shè)計(jì)制造，使整機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到SIEMENS法蘭變送器的同等水平，解決該類產(chǎn)品系列化配套問題，使我廠的儀表制造能力得到提升。

1 主要研究?jī)?nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)

1.1 主要研究?jī)?nèi)容

1）進(jìn)行平面式單法蘭（公稱直徑DN50、DN80、DN100）壓力變送器、平面式雙法蘭差壓變送器、平面式單法蘭液位變送器、插入式單法蘭壓力變送器、插入式雙法蘭差壓變送器、插入式單法蘭液位變送器六大機(jī)種十八個(gè)品種的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2）滿足現(xiàn)場(chǎng)使用條件要求及制造過程的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)。

3）工藝及工裝夾具設(shè)計(jì)開發(fā)。

4）產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定。

5）改造靜壓測(cè)試設(shè)備、充灌設(shè)備、焊接設(shè)備、數(shù)控加工機(jī)床，以滿足該產(chǎn)品的試制和特性檢測(cè)。

6）儀表用材料選擇及波紋法蘭的數(shù)控加工。

7）通過對(duì)高溫、普通、低溫充灌硅油特性的研究，完成對(duì)硅油品種的優(yōu)化選擇，完成充灌量的計(jì)算與確定。

1.2 關(guān)鍵技術(shù)

1.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)法蘭變送器工作原理，設(shè)計(jì)由隔離膜片、波紋法蘭、毛細(xì)管、遠(yuǎn)傳連接蓋、連接口、硅油充灌工藝孔等零件組成的遠(yuǎn)傳測(cè)量部件，以滿足現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量工藝要求，保證儀表的精度誤差、單向（靜壓）誤差、溫度附加誤差等指標(biāo)符合SIEMENS儀表的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

1.2.2 波紋法蘭設(shè)計(jì)及數(shù)控加工

波紋法蘭是組成法蘭變送器的關(guān)鍵零件之一，整機(jī)裝配時(shí)要與隔離膜片進(jìn)行組焊。主要設(shè)計(jì)DN50、DN80和DN100三種規(guī)格波紋法蘭的外形尺寸、焊接坡口、波紋形狀與尺寸以及硅油充灌工藝孔，使其分別與F48 mm×0.04 mm、F73 mm×0.06 mm、F96 mm×0.08 mm的超薄膜片實(shí)現(xiàn)焊接，滿足氣密性和抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的指標(biāo)要求。為提高零件的可焊接性，波紋法蘭材料選用不銹鋼0Cr17Ni12Mo2。

波紋法蘭加工難度較大，精度要求高，公差范圍只有幾絲，波紋表面形狀復(fù)雜，由半徑為1.59 mm的圓弧面光滑過渡連接而成。普通機(jī)床難以實(shí)現(xiàn)對(duì)該零件的加工，我們通過數(shù)控車床加工來完成。根據(jù)零件加工技術(shù)要求，結(jié)合單位現(xiàn)有設(shè)備，考慮到數(shù)控機(jī)床使用合理性和經(jīng)濟(jì)性，在TND360數(shù)控車床上編制程序來進(jìn)行加工。

1.2.3 超薄膜片激光焊接工藝

通過試焊發(fā)現(xiàn)，這種高能束流焊接，對(duì)于膜片和基體法蘭之間的裝配間隙要求非常嚴(yán)格，如果兩者之間的間隙過大會(huì)影響兩者之間的充分熔合，這樣會(huì)產(chǎn)生未熔合的焊接缺陷。同時(shí)焊縫內(nèi)側(cè)在受熱后很容易發(fā)生波浪變形，從而導(dǎo)致燒穿缺陷的產(chǎn)生。綜合以上試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)計(jì)相應(yīng)的焊接夾具以消除以上不良因素。要求焊接夾具必須能快速吸收焊接多余熱量，幫助焊縫散熱，抑制波浪變形的產(chǎn)生，同時(shí)具備一定的重量以消除膜片與基體法蘭之間的裝配間隙，使之緊密貼合，利于熔合。鑒于以上，設(shè)計(jì)了一個(gè)能滿足要求的壓塊，同時(shí)還配套設(shè)計(jì)一個(gè)半圓定位環(huán)，用于膜片和壓塊的定位。

根據(jù)理論分析并結(jié)合激光焊機(jī)設(shè)備的工作狀態(tài)，確定了 “電壓”、“脈寬”、“離焦量”、“轉(zhuǎn)速”四項(xiàng)關(guān)鍵工藝參數(shù)。鑒于設(shè)備硬件能力選定頻率為15Hz。對(duì)于其他四項(xiàng)參數(shù)的確定，根據(jù)以往焊接經(jīng)驗(yàn)和前期焊接試驗(yàn)，基本確定了一個(gè)基礎(chǔ)參數(shù)，然后采用正交試驗(yàn)法來選取最佳參數(shù)值。

1.2.4 充灌及充灌量

充灌硅油通過專用設(shè)備在真空狀態(tài)下對(duì)其進(jìn)行高溫加熱、脫氣，系統(tǒng)的真空度1Pa abs以上，主要克服硅油中氣相、水分存在，以保證遠(yuǎn)傳毛細(xì)管內(nèi)用于信號(hào)傳遞的硅油不含任何微小的氣泡，確保儀表溫度、精度等特性指標(biāo)，否則會(huì)造成儀表的零點(diǎn)漂移。

硅油充灌量主要通過計(jì)算和試驗(yàn)，確定毛細(xì)管內(nèi)徑、膜下容量。硅油充灌量的大小決定了信號(hào)能否準(zhǔn)確測(cè)量：過量將造成溫度附加誤差、單向、靜壓等誤差的增大，量少信號(hào)則無法傳遞。它是決定整機(jī)性能的關(guān)鍵因素。

2 主要品種規(guī)格及技術(shù)指標(biāo)

1）單法蘭遠(yuǎn)傳智能壓力變送器（7MF4900系列）、雙法蘭遠(yuǎn)傳智能差壓變送器（7MF4903系列）、智能液位變送器（7MF4912系列）。

2）測(cè)量范圍：

法蘭遠(yuǎn)傳智能壓力變送器（7MF4900系列）：0.01～160bar；

法蘭遠(yuǎn)傳智能差壓變送器（7MF4903系列）：1mbar～30bar；

法蘭遠(yuǎn)傳智能液位變送器（7MF4912系列）：25mbar～5bar。

3）2"（f48）、3"（f73）、4"（f96）隔離膜片。

4）結(jié)構(gòu)形式：平面式、對(duì)夾式、插入式、直接安裝式。endprint

5）遠(yuǎn)傳法蘭長(zhǎng)度：1 m、1.5 m、3 m、4 m、5 m、6 m、8 m、10 m。

6）法蘭插入深度：50 mm、 100 mm、150 mm、200mm。

7）充灌介質(zhì)：普通硅油、寒冷地區(qū)用硅油、高溫硅油。

8）膜片材料：SUS316L。

9）主要技術(shù)指標(biāo)：

①精度：

A、7MF4900系列：≤（0.005r+0.05）%；

B、7MF4903系列：≤（0.005r+0.05）%；

C、7MF4912系列：≤（0.0075r+0.075）%。

②環(huán)境溫度影響：

A、7MF4900、7MF4903系列：

dp=（tRs- tcal）.fRs+（ tcap- tcal）.Icap.fcap+（ tTR- tcal）.fPF

dp：溫度附加誤差；

tRs：遠(yuǎn)傳密封膜片的溫度；

tcal：參比溫度（20℃）；

fRs：遠(yuǎn)傳密封的溫度誤差；

tcap：毛細(xì)管的環(huán)境溫度；

Icap：毛細(xì)管的長(zhǎng)度；

fcap：毛細(xì)管的溫度誤差；

tTR：變送器的環(huán)境溫度；

fPF：硅油的溫度誤差；

B、7MF4912系列：

在-10～60℃：≤（0.5r+0.2）%；

在-40～-10℃和在60～85℃：≤（0.25r+0.15）%/10K。

③靜壓影響：

A、7MF4903系列：對(duì)零點(diǎn)影響：≤0.15r%/32bar；

對(duì)量程點(diǎn)影響：≤0.2%/32bar；

B、7MF4912系列：對(duì)零點(diǎn)影響：≤0.3%/每公稱壓力（PN）；

對(duì)量程點(diǎn)影響：≤0.1r%/每公稱壓力（PN）長(zhǎng)期漂移：≤0.1%/年；

r：量程比

符合SIEMENS法蘭變送器產(chǎn)品各項(xiàng)指標(biāo)。

3 效果

該項(xiàng)目重點(diǎn)解決了壓力信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送測(cè)量及精度指標(biāo)、溫度指標(biāo)、靜壓指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。通過自主研發(fā)，完成DSⅢ型智能變送器法蘭型機(jī)種的系列化，實(shí)現(xiàn)本地化生產(chǎn)，縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)制造周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的利潤(rùn)率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]朱炳興.變送器選用與維護(hù)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

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