摘要: 介紹了用于測量汽車罐車及貯罐介質(zhì)液面高度的裝置———旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)，論述了其工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
液位計(jì)是用于測量汽車罐車及貯罐介質(zhì)液面高度的裝置。罐車充裝介質(zhì)時(shí)，液位計(jì)用來測量和顯示罐車液位高度，防止超裝。近年來，對(duì)罐車液位計(jì)測量的安全性和準(zhǔn)確性要求不斷提高，為此本文設(shè)計(jì)了一種安全可靠、操作便捷，測量精度高的旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)。
 
1、工作原理：
 旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)是基于浮力和磁力耦，合原理設(shè)計(jì)的 。當(dāng)罐車液位發(fā)生變化時(shí) 浮球隨著液面上下浮動(dòng)，并帶動(dòng)傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，通過與其相連的磁鐵的磁耦合作用，實(shí)現(xiàn)計(jì)量刻度盤指針軸與浮球隨液面同步浮動(dòng)，從而顯示罐車液位的高度。
 
2、結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)：
2. 1、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：
 旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)包括指針軸、法蘭座、被動(dòng)磁鐵、主動(dòng)磁鐵、支架、配重塊、傳動(dòng)軸及浮球組件等，其結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。
 旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)的法蘭座內(nèi)置主動(dòng)磁鐵和被動(dòng)磁鐵，兩者之間設(shè)有隔斷，被動(dòng)磁鐵與計(jì)量刻度盤指針軸連接，主動(dòng)磁鐵與傳動(dòng)軸的一端連接，浮球在罐內(nèi)介質(zhì)浮力的作用下產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩，傳動(dòng)軸帶動(dòng)主動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)磁鐵在磁耦合力的作用下帶動(dòng)被動(dòng)磁鐵同步旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)液位測量。本設(shè)計(jì)與其他液位計(jì)相比，避免了浮球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)不靈活的現(xiàn)象，提高了測量的準(zhǔn)確性。
 由于旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)應(yīng)用于易燃、易

 
圖 1 旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)結(jié)構(gòu)
爆介質(zhì)的罐車上，其操作與測量過程中不能發(fā)生任何形式上的泄漏，因此對(duì)法蘭座和浮球的強(qiáng)度符合性能要求較高。
 
2. 2、法蘭強(qiáng)度校核：
 旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)的法蘭座采用螺栓與罐車凸緣相連接，法蘭座必須保持足夠的強(qiáng)度與密封性，以確保其正常工作狀態(tài)下的使用安全。法蘭強(qiáng)度校核的計(jì)算公式為
 D²₁ 
^σw ^= KP _{( SB － C)} 2 ^( 1) 式中: σ_w 為法蘭座彎曲應(yīng)力，MPa; K 為法蘭座形狀系數(shù); P 為法蘭座設(shè)計(jì)壓力，MPa; D₁ 為法蘭座螺栓孔中心圓直徑，mm; S_B 為法蘭座實(shí)際厚度，mm; C 為法蘭座腐蝕余量，mm。
   根據(jù)實(shí)際工況條件，法蘭座的形狀系數(shù)為0. 18，設(shè)計(jì)壓力為 2. 5 MPa，螺旋孔中心圓直徑為190 mm，實(shí)際厚度為 26 mm，腐蝕余量為 3 mm。
將實(shí)際工況條件代入式 ( 1) 中，計(jì)算得出法蘭座的彎曲應(yīng)力為 30. 71 MPa，滿足 1Cr18Ni9Ti 不銹鋼法蘭座的彎曲應(yīng)力要求 。
 
2. 3、浮球強(qiáng)度校核：
 旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)的浮球組件由浮球體及接管組成，在罐內(nèi)介質(zhì)的作用下，浮球內(nèi)部必須保證有足夠的強(qiáng)度。 
根據(jù)浮球的受力狀態(tài)和工作原理，浮球強(qiáng)度計(jì)算公式為
 

 
式中: P 為浮球球殼的許用外壓力，MPa; E 為設(shè)計(jì)溫度下浮球材料的彈性模量，mm; Ｒ₀ 為浮球球殼外半徑，mm; δ_n 為浮球球殼的名義厚度，mm。
 根據(jù)實(shí)際工況條件，設(shè)計(jì)溫度下浮球材料的彈性模量為 1. 93 × 10⁵ MPa，浮球球殼外半徑設(shè)計(jì)給定為 75 mm，浮球球殼的名義厚度設(shè)計(jì)給定為
1 mm，將實(shí)際工況條件代入式 ( 2) 中，計(jì)算得到球殼許用外壓力為 2. 86 MPa，而球殼的設(shè)計(jì)壓力， ［3］2. 5 MPa 因此浮球強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求 。
 
3、材料選取：
 旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)的材質(zhì)與罐體的工作壓力、溫度、裝載介質(zhì)有關(guān); 與罐內(nèi)介質(zhì)接觸的液位計(jì)的法蘭座、支架、傳動(dòng)軸、浮球組件等零部件，必須具有良好的耐腐蝕性能，且為非磁性材料。因此，在運(yùn)輸液化氣、液氨、煤油、柴油等介質(zhì)時(shí)，支架、傳動(dòng)軸、浮球組件等選用12Cr18Ni9 不銹鋼。密封在法蘭座內(nèi)部的主動(dòng)磁鐵和被動(dòng)磁鐵選用耐溫較高的 N36H 釹鐵硼永磁材料，以提高其耐溫性能，使磁耦合力更加可靠。
 
4、結(jié)語：
 旋轉(zhuǎn)式磁力浮球液位計(jì)的設(shè)計(jì)利用了機(jī)械傳動(dòng)和磁力耦合原理，實(shí)現(xiàn)了不漏液對(duì)罐車介質(zhì)液位的測量，避免了浮球轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)不靈活的現(xiàn)象，提高了測量的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單合理、操作直觀、使用安全可靠。