導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在壓縮機(jī)液擊實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的應(yīng)用
摘要：制冷劑罐體液位測(cè)量是渦旋壓縮機(jī)液擊試驗(yàn)工藝控制的重要部分。導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)基于電磁波的時(shí)域反射 (TDR) 原理, 與現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)臺(tái)安裝的磁翻板液位計(jì)相比, 具有不受介質(zhì)密度影響、測(cè)量精度高等諸多優(yōu)點(diǎn)。本文闡述了導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的工作原理、性能特點(diǎn)、使用注意問(wèn)題以及在新建液擊實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的選型與應(yīng)用。本文結(jié)合導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)室新建液擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)項(xiàng)目中的應(yīng)用進(jìn)行說(shuō)明。
丹佛斯壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有液擊實(shí)驗(yàn)設(shè)備選用了BM 26A磁翻板液位計(jì)。安裝有磁鋼的浮球在連通器導(dǎo)向管內(nèi)隨容器內(nèi)介質(zhì)液面升降而上下運(yùn)動(dòng), 磁鋼磁性透過(guò)導(dǎo)向管傳遞給外裝的翻柱顯示器, 推動(dòng)翻柱旋轉(zhuǎn)180°并改變顏色, 兩色交界處即是液面的高度。但受測(cè)量原理制約, 磁翻板液位計(jì)只能側(cè)向安裝, 且測(cè)量精度一般;另外由于運(yùn)動(dòng)部件過(guò)多, 在長(zhǎng)期使用過(guò)程中, 出現(xiàn)過(guò)浮球與磁翻柱卡死現(xiàn)象, 故障率過(guò)高。
本文結(jié)合導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)室新建液擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)項(xiàng)目中的應(yīng)用, 分析闡述了導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的工作原理、性能特點(diǎn)、使用注意問(wèn)題以及在新建實(shí)驗(yàn)臺(tái)制冷劑液位測(cè)量的應(yīng)用。說(shuō)明了采用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)替代磁翻板液位計(jì)的方案的優(yōu)越性。
1、方案的選擇：
**新建液擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)項(xiàng)目液位變送器***終方案選用了KROHNE公司的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)。對(duì)于選用此方案的分析闡述如下。
1.1、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的基本原理：
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的工作原理是基于電磁波的時(shí)域反射原理 (TDR) , 電磁波發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)沿探測(cè)桿向下傳送的電磁脈沖波
1.2、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn)：
導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)優(yōu)點(diǎn)主要有:
(1) 安裝方式多樣, 可以使用螺紋和法蘭連接;可以選擇頂裝或者側(cè)裝。
(2) 沒(méi)有會(huì)被磨損和破壞的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。
(3) 介電常數(shù)、密度、壓力、溫度的變化對(duì)測(cè)量無(wú)影響
(4) 信號(hào)波在導(dǎo)體中傳輸, 液面波動(dòng)對(duì)測(cè)量精度的影響小。
1.3、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的使用情況：
本文選用的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì), 該產(chǎn)品在壓縮機(jī)實(shí)驗(yàn)室熱氣旁通性能實(shí)驗(yàn)臺(tái)中廣泛使用, 用來(lái)測(cè)量油分離器中的油位高度。有10年以上的成功使用案例且運(yùn)行穩(wěn)定。
1.4、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)與磁翻板式液位計(jì)的方案比較：
1.4.1、測(cè)量精度：
渦旋壓縮機(jī)液擊測(cè)試規(guī)范要求, 液位測(cè)量精度在±0.5L之間。但是在某型號(hào)大冷噸液擊實(shí)驗(yàn)設(shè)備設(shè)計(jì)中, 受實(shí)驗(yàn)間布局和測(cè)試單元空間限制, 液罐筒體的外徑型號(hào)不得小于323mm, 如果選用磁翻板液位計(jì), 在測(cè)量精度為±10mm的前提下, 計(jì)算液位測(cè)量精度僅為±0.75L, 無(wú)法達(dá)到測(cè)試規(guī)范要求;而導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)在直接測(cè)量模式下10米內(nèi)的測(cè)量精度為±3mm, 計(jì)算測(cè)量精度為±0.23L, 完全滿足測(cè)試要求。
1.4.2、介質(zhì)密度：
磁翻板液位計(jì)浮子材料選型與介質(zhì)密度相關(guān), 如表1所示:
而在渦旋壓縮機(jī)液擊實(shí)驗(yàn)過(guò)程中, 液罐內(nèi)介質(zhì)的密度是隨著實(shí)驗(yàn)工質(zhì)和工況冷凝溫度的變化而變化的。特別是近些年來(lái), 制冷工質(zhì)逐漸向低全球變暖潛能值切換,**新型制冷劑不斷涌現(xiàn), 考慮到未來(lái)可能的實(shí)驗(yàn)工況變化, 液罐內(nèi)介質(zhì)密度變化范圍將在0.6g/cm3～1.3g/cm3之間, 所以不可能在表中選出合適的浮子覆蓋所有實(shí)驗(yàn)工況測(cè)量。而導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量與介質(zhì)密度無(wú)關(guān), 十分適合介質(zhì)密度動(dòng)態(tài)變化的液位測(cè)量。
上述比較表明, 導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)測(cè)量精度高, 安裝靈活緊湊, 節(jié)省大量空間。結(jié)合上述導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)的優(yōu)點(diǎn), 證明選用導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的測(cè)量方案符合設(shè)計(jì)要求, 優(yōu)于磁翻板液位變送器的測(cè)量方案, 且后續(xù)儀表安裝維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)便。
2、導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)探頭的選型：
由于此類液位計(jì)是靠探頭發(fā)射電磁波, 因此探頭的選擇也可以說(shuō)是導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)選型的重要部分, 其對(duì)液位計(jì)的基本性能有重要的影響[4]。目前探頭的類型主要有三種:同軸桿式探頭、雙桿式探頭和單桿式探頭。
表1 磁翻板液位計(jì)浮子材料選型表
結(jié)合本項(xiàng)目應(yīng)用特點(diǎn), 選擇同軸式探頭原因如下。
2.1、介質(zhì)介電常數(shù)?。?/strong>
制冷劑工質(zhì)普遍介電常數(shù)很低, 而同軸桿式探頭配置的效率和敏感度, 使其在介電常數(shù)極低 (Er>1.4) 的應(yīng)用場(chǎng)合也會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的信號(hào)強(qiáng)度[5], 而雙桿式探頭所能測(cè)量的介質(zhì)介電常數(shù)需>1.9。因此, 選擇同軸式探頭的導(dǎo)波雷達(dá)變送器將能***大程度的滿足介電常數(shù)較小的液位測(cè)量要求。
2.2、儲(chǔ)液罐筒體半徑較?。?/strong>
雙桿探頭和單桿探頭有電磁脈沖作用區(qū)域***小半徑Rmin要求, 特別是單桿探頭要求電磁脈沖作用區(qū)域***小半徑Rmin為300mm, 本次設(shè)計(jì)液擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)選用液罐筒體尺寸為Φ323*9.95 mm, 已經(jīng)十分接近***小半徑的要求, 將無(wú)法保證電磁脈沖不受筒壁的干擾。而同軸桿式探頭無(wú)***小作用區(qū)域半徑要求, 為小尺寸筒體的設(shè)計(jì)安裝提供了可能性。
3、在新建液擊實(shí)驗(yàn)臺(tái)項(xiàng)目中的安裝使用：
本項(xiàng)目只測(cè)量過(guò)冷液態(tài)制冷劑液位, 因此選用了OPTIFLEX 1300 C-L系列, 因其采用了更高的動(dòng)態(tài)信號(hào)和更窄的脈沖, 所以和傳統(tǒng)的導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì)相比, 該系列儀表的精度和重復(fù)性更佳。但在安裝使用中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
3.1、罐底盲區(qū)：
由于液態(tài)制冷劑介電常數(shù)很小, 選用導(dǎo)波雷達(dá)液位計(jì), 將在探頭底部產(chǎn)生大約50mm測(cè)量死區(qū), 如果同時(shí)考慮安裝時(shí)底部間隙產(chǎn)生的死區(qū), 累加測(cè)量盲區(qū)要在100 mm左右。在本文設(shè)計(jì)中, 將探頭埋入罐底50 mm, 根本上解決了由于死區(qū)造成的無(wú)法從零位開(kāi)始測(cè)量的問(wèn)題。
3.2、液位計(jì)安全報(bào)警設(shè)置：
在本文應(yīng)用中, 根據(jù)工藝要求, 液罐會(huì)有連續(xù)的注液和排空過(guò)程, 但是在默認(rèn)儀表報(bào)警項(xiàng)目中, 滿罐和空罐報(bào)警是生效的, 這樣在液罐排空后, 儀表即處于報(bào)警狀態(tài), 并將模擬輸出強(qiáng)行拉低至3.5 mA, 得到復(fù)位后才能從新開(kāi)始正常工作。因此, 根據(jù)實(shí)際工藝需求, 選擇合理的報(bào)警設(shè)置, 對(duì)安全生產(chǎn)意義重大。
4、結(jié)語(yǔ)：
經(jīng)過(guò)渦旋壓縮機(jī)液擊實(shí)驗(yàn)的反復(fù)驗(yàn)證后, 證明導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器在制冷劑液罐液位測(cè)量中代替磁翻板變送器的選型方案是正確可行的, 不但降低了成本, 在液位測(cè)量精度和運(yùn)行維護(hù)等方面也均得到了優(yōu)化, 可以在設(shè)備批量生產(chǎn)中廣泛使用。