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。

　　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)品的利潤率和市場競爭力。

　　關(guān)鍵詞 機(jī)械工程論文,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)

　　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、液位六個品種組成，用于測量各種流體的壓力、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，壓力信號遠(yuǎn)距離的測量。

　　1 主要研究內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)

　　1.1 主要研究內(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)種十八個品種的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

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

　　3)工藝及工裝夾具設(shè)計開發(fā)。

　　4)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的研究與制定。

　　5)改造靜壓測試設(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。

　　6)儀表用材料選擇及波紋法蘭的數(shù)控加工。

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

　　1.2 關(guān)鍵技術(shù)

　　1.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

　　根據(jù)法蘭變送器工作原理，設(shè)計由隔離膜片、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)傳測量部件，以滿足現(xiàn)場測量工藝要求，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)裝配時要與隔離膜片進(jìn)行組焊。主要設(shè)計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影響兩者之間的充分熔合，這樣會產(chǎn)生未熔合的焊接缺陷。同時焊縫內(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)計了一個能滿足要求的壓塊，同時還配套設(shè)計一個半圓定位環(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)，否則會造成儀表的零點(diǎn)漂移。

　　硅油充灌量主要通過計算和試驗(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能否準(zhǔn)確測量：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、對夾式、插入式、直接安裝式。 　　5)遠(yuǎn)傳法蘭長度：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：對零點(diǎn)影響：≤0.15r%/32bar;

　　對量程點(diǎn)影響：≤0.2%/32bar;

　　B、7MF4912系列：對零點(diǎn)影響：≤0.3%/每公稱壓力(PN);

　　對量程點(diǎn)影響：≤0.1r%/每公稱壓力(PN)長期漂移：≤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)解決了壓力信號的遠(yuǎn)距離傳送測量及精度指標(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)品的利潤率和市場競爭力。

　　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.

　　[2]樂嘉謙.儀表工手冊[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.