浮筒式液面调节器设计

滕加庄 张欣欣

摘 要：该文设计了一种新型的液面调节器：对浮筒式液面调节器的原理和结构进行了设计，并对调节器的技术指标和调节方法做了阐述，经实际使用证明，该调节器对液面调节与控制效果良好。

关键词：浮筒 液面调节器 原理设计 结构设计 仪器调节

中图分类号：TH-3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（a）-0050-02

调节器广泛用于化工、石油、维尼纶、化肥、冶金、电力等工业部门，进行测量和自动调节液面[1]。调节器的测量元件适合在无腐蚀条件下工作，采用压缩空气为工作介质，除了在一般装置中可选用外，并可用于防爆要求的装置之中[2]。

1 结构及工作原理设计

浮筒液面调节器的测量装置，是基于“阿基米德”原理工作的。当浮筒全部或局部浸在液体中时，则有一浮力使浮筒上浮，浮力的大小等于浮筒排开的液体重量。计算出这一浮力，即可测算出液位高度。

1.1 测量原理

浸入液体的浮筒加在扭力杆上的重力等于自重减去浮力。

（1）

式中：W为作用在扭力杆上的合力

G为浮筒的自重

Q为浮筒受到的浮力

又据阿基米德定理：

（2）

式中：V为浮筒浸入液体内的体积

为液体比重

d为浮筒直径

h为浸入液体高度

将（2）式带入（1）式得：

（3）

对于一个浮筒，G、d均为不变的恒量。对于所测的固定液体，也是不变的恒量，所以，扭力杆上所受合力W只与液位高度h有关。

浮筒液面计是由浮筒测量和气动调节两部分组成。如图1所示。

1.2 工作过程

测量元件是不锈钢制成的圆柱形的浮筒1，放在铸钢制的浮筒箱内。浮筒最大行程是7 mm。浮筒的移动使扭力管发生扭转。当液面降低时，扭力增大，扭力管扭转的角度也增大；當液面升高时，扭力减小，因而扭转的角度也减小。扭力管的中心装有一转轴，轴上装有挡板4，当液面位置变更时，扭力管亦随着转动，从而改变了喷嘴和挡板的距离，因此，使进入放大器内的喷嘴背压随之改变，放大器的输出也随之改变，通往执行机构的压力也就相应地变化。最后，执行机构起调节作用。

调节器的气动调节部分，具有硬反馈的特性[3]。放大器输出压力，一部分经过反馈选择器反馈到波登管，使波登管向外移动一个角度，使喷嘴离开挡板，从而，使放大器的输出压力减小。如果通入波登管的反馈压力减小，则使喷嘴移近挡板，使放大器的输出压力减小。如果通入波登管的反馈压力减小，则使喷嘴移近挡板，使放大器的输出压力增大。所以，利用反馈选择器，可以得到不同的“节流幅度”[4]，即10%～100%。反馈选择器又可选择不同液体的比重，故又可称为比重选择器。其比重调整范围为0.8～1.0。

调节器的供风，是经过滤和减压后的1-1.2 kg/cm2的气源供给。调节器的供风压力和输出压力分别由压力表指示。

如若使液面调节器改为反作用，则仅需将波登管、喷嘴和挡板的方向旋转180 °即可[5]。

2 技术要求与技术设计

2.1 技术指标

本设计浮筒式液面调节器技术指标包括：

（1）气源压力：1.2 kg/cm2

（2）输出压力：0～1.0 kg/cm2

（3）最大工作压力：40 kg/cm2

（4）被测液体的最高温度：200℃

（5）测量液体的比重：0.8～1.0

（6）比例范围：10%～100%

（7）最大调节范围：

PYKⅡ-----365------40为365±3%

PYKⅡ-----800------40为800±3%

2.2 组装后的试验调整

（1）扭力管的弹性试验[6]，用手指触动浮筒，浮筒应能抖动70～80次，然后静止。如果抖动小于70次，则说明框架和其他部分阻力太大，需进行调整；

（2）放大器的严密性试验：首先将供风1.2 kg/cm2接通，然后将出风接头堵上，当盖片关闭喷嘴时出风应为1.0 kg/cm2。如出风达不到上述值，将各连接处涂上肥皂水，检查出漏气处，进行处理。

2.3 精度校验

（1）给上气源1.2 kg/cm2。检查放大器。调整给定旋钮[7]，使挡板盖住喷嘴。放大器输出应达到1 kg/cm2以上。当挡板离开喷嘴时，放大器输出应降至0.2 kg/cm2以下。

（2）将比重盘[7]放在被测介质的比重上，使浮筒箱内液面在50%，松开固定挡板的螺帽，调整挡板与喷嘴的距离，使输出在0.6 kg/cm2，紧固螺帽。

（3）使液面为0、50%、100%，其输出风压应相应的为0.2、0.6、1.0 kg/cm2，误差不超过±2.5%，如超出误差范围，可相应地调整喷嘴—挡板距离和比重盘的位置[8]。

（4）没有被测介质时，可用水进行校验。用水校验时则须进行比重换算。公式如下：

（5）测量两种不同液体介面时[9]，可将比重盘放在两种介质的比重差上。当充满轻介质时，输出应为0.2 kg/cm2；而充满重介质时，输出应为1.0 kg/cm2；两种液体介面在50%时，输出应为0.6 kg/cm2。如果示值不符，可相应地调整喷嘴—挡板距离和比重盘的位置。

（6）可用水校验介面[10]，不过须进行比重换算，公式如下：

式中：hx为水相应于被校介面的高度（毫米）；

为水的比重（g/cm3）；

为重介质的比重（g/cm3）；

为轻介质的比重（g/cm3）。

按上述公式算出用水代替后的相应测量范围。同上述方法进行校验。

3 结论

新型浮筒式液面调节器经实际投产使用，液面控制平稳，调节性能良好，效果非常明显，为相关企业单位解决了一定的实际应用难题。

参考文献

[1] 辽阳白塔仪表厂.UTT-1200系列气动浮筒式液面调节器[J].仪器仪表通讯，1972（3）.

[2] 谢忠勤，李德友.浮子液面调节器的改进[J].油田设计，1981（2）.

[3] 张艺全，姜志澄.新型均匀调节系统比例一滞后（PL）液面调节器及其应用[J].炼油化工自动化，1979（5）.

[4] 朱文洪.油气分离液面控制与浮子液面调节器[J].石油施工技术，1981（4）.

[5] 上海吴淞化肥厂.简易式射流控制高压液面调节器及应用[J].上海化工，1973（S2）.

[6] 曹菊花，郭文超，徐清海.自动化仪表在采油工艺中的应用[J].科技资讯，2008（2）.

[7] 宋学民.油田自动化仪表使用中的故障分析经验总结[J].化学工程与装备，2009（5）：69-70.

[8] 尹瑞竹.旋进旋涡智能流量计在天然气计量中的应用[J].科技资讯，2006（12）：4.

[9] 涂健.胜利油田天然气计量研究[J].今日科苑，2008（12）：44.

[10] 苏恩泽.影响原油动态计量因素分析[J].中国石油和化工标准与质量，2014（3）.