油罐液位自力式控制技术

　　0　引言

　　工业生产过程中,对液态物料的液位进行有效的控制,既可以防止跑冒油事故的发生,保障作业安全,又可以提高计量精度。铁路槽车及汽车油罐车发油、从铁路槽车向大罐收油以及库内倒罐是油库基本作业方式。收发油作业过程中,油罐溢油即冒油问题是影响作业安全的最主要问题之一,除人为因素外,油料收发中的安全控制装置是保证作业安全的硬件核心,目前还没有类似的控制装置可供借用。因此,研制一种安全、可靠、适用、方便的自力式液位控制装置,根据液位不同自动进行油品的发放、接收,液位超限或有异常情况时,发放、接收自动终止,以防止跑冒油事故的发生,保证收发油作业安全,提高油库收发油作业的自动化程度。本装置可推广应用于飞机加油、铁路油槽车、运加油车、机动加油设备上,具有明显的经济及社会效益。

　　1　整体结构与基本原理

　　1.1　基本工作原理

　　控制装置应用流体力学及机械控制的基本原理,如图1所示。

　　装置由差动控制阀、液位开关及控制管路等组成。在非工作状态,腔体内没有建立输送介质压力,内腔主阀芯在弹簧力作用下处于关闭状态。开始工作后,进油管路来油首先经小孔滤波,以稳定腔体内部的流体压力,建立稳定的内部流场,避免局部扰动影响。内腔进流小孔孔径ΦA小于出流小孔孔径ΦB,利用ΦA的小孔节流效应,在内腔体内不能建立流体压力,此时主阀芯上部只受到弹簧力的作用。在主阀尚未开启的情况下,外腔体即主阀芯下部的流体压力即为泵的出口压力,该压力对阀芯形成的向上作用力大于弹簧的弹性力,主阀开启,开始正常的灌装作业。当罐内液位到达设定液位时,浮筒上升堵塞控制油路通往油罐的出流小孔,由于内腔处于充满状态,在控制装置内腔很快建立起与外腔一致的流体压力,主阀在弹簧力的作用下关闭,完成液位控制过程。

　　1.2　整体结构研究

　　选用差动控制阀和节流阀配合使用,实现机械、液控操作。控制装置由差动控制阀、节流阀、液位开关、高压控制胶管组成,如图2、3、4所示。

　　2　主要部件设计

　　2.1　弹簧设计

　　自力式液位控制装置的总体结构尺寸、动作性能受弹簧影响大,弹簧决定着自力式控制装置的开启压力、阀瓣的行程及在关闭状态下密封的稳定性,需对弹簧进行正确、细致的技术设计,提高自力式液位控制装置在不同工况下的工作可靠性、稳定性。

　　根据本装置的实际工作条件,依GB 1239—76《普通圆柱螺旋弹簧》及GB/T 1239.6—1992《圆柱螺旋弹簧设计计算》中规定,按Ⅱ类弹簧设计,YI型弹簧结构,选用弹簧钢丝65Mn,弹簧的许用切应力为:τ=455MPa。弹簧的刚度和特性线是设计、选择、制造弹簧的重要依据。首先确定弹簧的最大受力状态,以装置行程到位后阀芯下部的压力计算,得其最小工作载荷F1为223.4N,初始最大工作载荷F2为287.6N。参照GB/T 1239.6—1992的计算步骤得出:本装置弹簧的结构尺寸及稳定性、疲劳强度均满足要求。