摘要：從小口徑遠傳法蘭變送器設計的必要性入手，深入細致地探討FCX- AIII系列遠傳變送器DN25小法蘭設計思路和方法，并列舉實(shí)例。通過(guò)對3種設計方法對比分析，提出在設計方面的見(jiàn)解和建議。該設計對于DN20、DN15等更小口徑遠傳法蘭變送器的研究開(kāi)發(fā)具有推廣意義。
引言
法蘭變送器主要用于測量各種流體的壓力、差壓、液位等工業(yè)過(guò)程控制參數，廣泛應用于石油化工行業(yè)。FCX-AIII系列法蘭變送器是在差壓、壓力變送器的基礎上擴展的品種，即在壓力、差壓品種基礎上，通過(guò)隔膜法蘭引壓，充有硅油的毛細管傳遞壓力，實(shí)現特殊工藝條件下壓力信號的遠距離測量。目前，國內石油化工裝置管道法蘭按公稱(chēng)直徑大小劃分，主要有DN40、DN50、DN80和DN100，小口徑管道法蘭（公稱(chēng)直徑DN25以下）需求較少，一般占管道法蘭總數15%左右。然而，公稱(chēng)直徑DN25以下的小口徑法蘭變送器，對于國內大多數變送器廠(chǎng)商來(lái)說(shuō)都是一個(gè)kongbai，必須依賴(lài)國外進(jìn)口。
1 設計思路及方法
FCX-AIII系列法蘭變送器，按其公稱(chēng)直徑大小劃分，主要有DN40、DN50、DN80和DN100，DN25小口徑法蘭設計是在DN50法蘭的基礎上進(jìn)行，同時(shí)兼顧工藝可行性、現場(chǎng)安裝、使用可靠性以及制造成本等方面，使之與現場(chǎng)工藝法蘭匹配。
2 設計方法
DN25小口徑法蘭的設計方法主要有過(guò)渡法蘭法、適配器法蘭法和鑲件-法蘭法。
2.1 DN50-DN25過(guò)渡法蘭
如圖1所示，現場(chǎng)工藝法蘭口徑為DN25，在DN50取壓法蘭和DN25工藝法蘭之間增加一段能夠實(shí)現法蘭口徑大小轉換的法蘭組件，圖中虛線(xiàn)框從右到左，達到了法蘭口徑由DN50到DN25的轉換之目的。在儀表設計制造中，習慣上把取壓法蘭和工藝法蘭之間的那一部分法蘭組件稱(chēng)之為過(guò)渡法蘭，這里即DN50-DN25過(guò)渡法蘭。
過(guò)渡法蘭設計時(shí)，理論上應整體處理，做成一體，如圖2所示。但考慮到零件機械加工工藝的可行性、材料及人工成本等諸多因素，實(shí)際設計時(shí)，多采用兩片法蘭加一段喇叭口焊接而成。這里即“一大法蘭（DN50）一小法蘭（DN25）加喇叭口”，如圖3所示，連接處焊縫設計根據工藝#高工作壓力選取和確定，同樣能夠達到整體式設計的強度要求，既能滿(mǎn)足工藝要求又便于生產(chǎn)制造。圖中，D、K、d、f、B、δ以及N-M的尺寸屬于標準設計，具體根據法蘭公稱(chēng)壓力值的不同而設計選取相應數值。L的長(cháng)度根據兩側螺栓的有效長(cháng)度確定，以?xún)蓚嚷菟ɑゲ桓缮鏋榍疤�，以方便安裝和距離緊湊為宜。
2.2 DN25適配器法蘭組件
適配器法蘭如圖4雙點(diǎn)劃線(xiàn)框所示，在型式上和過(guò)渡法蘭比較相似，為了盡可能實(shí)現過(guò)渡法蘭的小型化，shou先對遠傳變送器的取壓法蘭進(jìn)行優(yōu)化設計，使取壓法蘭具備既要取壓又要連接的雙重作用，然后在此基礎上設計適配器法蘭。
以化工部行業(yè)標準HG/T20592-2009 DN50 PN16到DN25 PN16過(guò)渡為例，如圖5所示，shou先對取壓法蘭和適配器法蘭進(jìn)行匹配設計，保證兩者之間實(shí)現可靠連接。其次設計適配器法蘭右側口徑為DN50，左側口徑為DN25（26）。然后依據標準手冊設計DN25 PN16直接安裝法蘭。#終根據DN25 PN16壓力等級選取短管規格33×3.5，通過(guò)計算螺栓有效長(cháng)度、所需空間長(cháng)度以及焊縫大小等，確定短管長(cháng)度取55 mm。
2.3 DN25鑲件-法蘭
如圖6所示，DN25鑲件-法蘭的設計，就是想辦法直接把遠傳變送器的取壓法蘭的口徑變成DN25。從機械設計原理講，就是直接把取壓法蘭及其取壓膜片按照DN25設計，就能實(shí)現。但如果DN25 這么小的口徑還用DN50時(shí)的取壓膜片（厚度0.04 mm），會(huì )導致遠傳法蘭變送器整機性能不能達到技術(shù)指標，尤其是溫度附加誤差很大，這樣的遠傳變送器根本不能使用，因為膜片相對于口競么說(shuō)太厚了。如果設計選用與DN25口徑相匹配的膜片，其厚度大約0.02 mm，太薄了，目前國內外的焊接技術(shù)不能實(shí)現該膜片與取壓法蘭的有效焊接。綜上，采取在取壓法蘭上焊接一個(gè)鑲件的措施，鑲件的入口尺寸和出口尺寸分別為DN25和DN50, 以實(shí)現DN50到DN25的有效轉接。
圖7為DN25鑲件-法蘭組件裝配圖，鑲件嵌入取壓法蘭中，連接表面氬弧焊環(huán)焊一周，組成鑲件-法蘭組件。設計時(shí)，要注意計算配合尺寸，兩者之間為間隙配合，要求配合間隙在0.05～0.15 mm之間，以保證氬弧焊接的有效性。
鑲件的內腔和外形尺寸主要結合取壓法蘭的取壓側統籌考慮，設計起來(lái)較為容易。由于薄壁零件焊接時(shí)容易變形，鑲件的厚度尺寸設計是設計的難點(diǎn)。為了確定鑲件的#小厚度尺寸，通過(guò)多次焊接試驗，結果表明：當鑲件總厚度小于4.5 mm時(shí)，焊接后鑲件密封面變形嚴重；當鑲件總厚度等于5 mm時(shí)，焊接后鑲件密封面表面幾乎無(wú)變形，通過(guò)打壓試驗，密封效果良好。故選取鑲件總厚度δ=5 mm，考慮到設計的美觀(guān)，設計成如圖8所示的臺階型式。
3 對比分析
過(guò)渡法蘭沒(méi)有對取壓法蘭進(jìn)行變更設計，僅僅是對安裝進(jìn)行了補充設計，接近于標準化設計。因此，使用它的優(yōu)勢在于設計簡(jiǎn)單、儀表的整機性能穩定，而缺點(diǎn)在于體積重量大、材料和加工成本高、安裝占用空間大，并且當法蘭公稱(chēng)壓力改變時(shí)設計隨之改變。適配器法蘭對取壓法蘭進(jìn)行了二次設計，同時(shí)補充設計適配器法蘭、短管、直接安裝法蘭以及相應的密封圈和螺栓螺母，需要設計的零件多而復雜，材料和加工成本較高，其優(yōu)勢在于可以對DN25不同壓力等級的法蘭進(jìn)行通用設計，以實(shí)現其規格系列化。鑲件-法蘭組件設計簡(jiǎn)單，設計的零件少，只需要進(jìn)行鑲件設計和取壓法蘭變更設計即可完成，成本低，但其弱點(diǎn)在于儀表的整機性能稍差，尤其是死區較大，長(cháng)期使用會(huì )導致取壓法蘭和鑲件之間的空隙留有殘渣，甚至影響儀表的響應速度。
關(guān)于DN25小口徑法蘭設計方案的選取，一般在項目評審前期的技術(shù)交底中要和用戶(hù)、設計院兩家進(jìn)行溝通，根據現場(chǎng)工藝條件、對儀表性能指標要求以及用戶(hù)的實(shí)際需求來(lái)確定。過(guò)渡法蘭、適配器法蘭和鑲件-法蘭3種方案可以通過(guò)儀表選型中得到體現，必要時(shí)加備注說(shuō)明和強調。實(shí)踐證明：采用適配器法蘭設計實(shí)現DN50到DN25口徑的轉換，遠傳變送器性能穩定可靠，能夠完全滿(mǎn)足現場(chǎng)工藝要求，同時(shí)設計上可以實(shí)現規格系列化，零件通用性強，在一定程度上縮短了交貨期，降低了制造成本，建議優(yōu)先選取這一方案。
4 結語(yǔ)
FCX-AIII系列遠傳變送器DN25小口徑法蘭的設計，通常采取的過(guò)渡法蘭、適配器法蘭和鑲件-法蘭3種方法，都是在DN50法蘭的基礎上進(jìn)行的補充設計，三者各有利弊。選取哪種設計方法，主要取決于變送器的現場(chǎng)工藝條件、測量范圍、安裝位置等因素，以滿(mǎn)足用戶(hù)使用要求為前提，統籌考慮設計系列化、生產(chǎn)標準化、工藝規范化以及成本的低廉化。本文所提出的設計思路及方法，對于FCX-AIII系列遠傳變送器DN20、DN15等更小口徑的法蘭研究開(kāi)發(fā)具有推廣意義。
關(guān)注我們 實(shí)現共贏(yíng)