АННОТАЦИЯ 2
ВВЕДЕНИЕ 9
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ 10
1. ОБЗОР ПО ТЕМЕ РАБОТЫ 12
1.1. Анализ технического задания 12
1.2. Обзор литературы и нормативно-технических документов 12
1.3. Обзор аналогов 13
1.4. Принцип работы вихреакустического расходомера 16
1.5. Описание процесса вихреобразования при обтекании неподвижных тел 18
1.6. Физическая природа ультразвуковых колебаний 20
1.7. Поведение ультразвуковых волн и их фокусировка 21
1.6.1. Форма излучающей поверхности 21
1.6.2. Геометрические параметры поверхности 23
1.6.3. Измеряемая среда 25
1.8. Ультразвуковое детектирование вихрей 27
2. РАСЧЕТ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ УЗЛА ФОКУСИРОВКИ
УЛЬТРАЗВУКА 30
2.1. Расчет оптимальной толщины дна узла фокусировки ультразвука 30
2.2. Расчет формы и диаметра дна узла фокусировки ультразвука 33
2.2.1. Расчет плоского дна 36
2.2.2. Расчет вогнутого дна 42
2.2.3. Расчет выгнутого дна 48
2.3. Расчет на прочность дна стакана 54
2.4. Расчет на жесткость дна стакана 55
2.5. Расчет резьбового соединения стаканов на прочность 56
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ РАСХОДОМЕРА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
ФОРМАХ ИЗЛУЧАЮЩЕЙ ПОВЕРХНОСТИ УЗЛА ФОКУСИРОВКИ УЛЬТРАЗВУКА 61
3.1. Влияние диаметра, радиуса кривизны излучающей поверхности и высоты
шарового сектора на функцию фокусировки 61
3.2. Оценка прочности дна под действием давления среды 67
3.3. Моделирование прочности дна узла в зависимости от его толщины 71
3.4. Определение коэффициента затухания ультразвука в стали 12Х18Н10Т 71
3.5. Моделирование течения рабочей среды 73
4. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ УЗЛА ФОКУСИРОВКИ УЛЬТРАЗВУКА87
4.1. 3D моделирование конструкции проточной части, узла фокусировки
ультразвука и стакана 87
4.2. Назначение допусков на размеры деталей 90
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 94
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Спецификации, сборочные чертежи, чертежи деталей 96
В настоящее время к расходомерам и счетчикам предъявляется много требований, удовлетворить которые совместно достаточно сложно и не всегда возможно. Среди них выделяются точность, прочность элементов и конструкции в целом, компактность.
Актуальность работы состоит в том, что в настоящий момент ведутся разработки приборов, отвечающих этим требованиям.
Новизна работы состоит в том, что в ней рассматривается влияние формы излучающей поверхности узла фокусировки ультразвука на возможность удовлетворить всем вышеперечисленным требованиям.
Целью работы является разработка конструкции узла фокусировки ультразвука оптимальной по точности, прочности и геометрическим размерам.
Задачами работы являются:
• расчет геометрических параметров фокусировки;
• моделирование течения рабочей среды;
• разработка конструкции узла фокусировки ультразвука и конструкторской документации.
Был проведен обзор по теме работы. Удалось найти достаточное количество источников, по которым можно выстроить данную работу.
В рамках обзора были найдены два аналога отечественного производства, один из, Метран 300ПР со стаканами с плоской, вогнутой и выгнутой формой излучающей поверхности и резьбой М18х1, взят в качестве основного в данной работе.
Было проведено исследование, посвященное влиянию формы излучающей поверхности на фокусировку. Выяснилось, что на фокусировку при плоской форме в большей степени влияет диаметр, на фокусировку вогнутой и выгнутой формы в большей степени влияет радиус кривизны, в меньшей высота шарового сектора, незначительно влияет диаметр. При ограничениях на габариты выгоднее использовать стаканы с вогнутой и выгнутой формой излучающей поверхности.
Было оценено влияние этих размеров на затухание в измерительном канале. Для отсутствия затуханий необходим диаметр для плоской формы 15,49 мм. Для вогнутой формы радиус в пределах от 33 до 50 мм. Для выгнутой формы затухания будут равны нулю при радиусе, стремящемуся к бесконечноти. Также было оценено влияние толщины дна на затухания и прочность. С ростом толщины увеличивается затухание, но увеличивается и прочность. При оптимальной толщине стенки 2,5 мм затухания не превышают -0,125 дБ, максимальные напряжения не превышают 5 МПа, максимальные деформации не превышают 0,02 мкм.
Среди трех конструкций была выбрана конструкция с вогнутой формой излучающей поверхности и доработана в соответствии с расчетами. Радиус кривизны составил 33 мм, высота шарового сектора 0,4 мм, диаметр излучающей поверхности 10 мм. Остальные элементы конструкции были доработаны в соответствии с требованием ГОСТ 9833-73 «Кольца резиновые уплотнительные круглого сечения для гидравлических и пневматических устройств. Конструкция и размеры» и ГОСТ 13943-86 «Кольца пружинные упорные плоские внутренние эксцентрические и канавки для них. Конструкция и размеры». Удалось улучшить точностные характеристики до 4 раз при незначительном ухудшении прочностных характеристик до 1,14 раза.
Результатом работы стала оптимальная конструкция узла фокусировки ультразвука с вогнутой излучающей поверхностью, а также сборочные чертежи проточной части и самого узла фокусировки, спецификации и чертежи деталей к ним.
Результаты исследования данной работы опубликованы в научном журнале «Тенденции развития науки и образования» и сборнике 63 международной научно-практической конференции евразийского научного объединения.
