CN204912293U - 热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置，包括由法兰、弯管和直管构成的装置外壳和由浮筒、连杆和浮标构成的浮标组件，装置外壳的弯管两端分别与法兰和直管固定连接，浮标组件浮筒和浮标通过连杆连接。本实用新型所设计的浮筒水位高度显示装置结构简单、设计合理，实际应用中，操作工人根据显示的水位高度，能快捷准确的调整集管流量，并且能够保证所有集管的流量一致，为高效率的层流冷却奠定了基础，为准确控制“CT”温度创造了条件，可广泛应用于钢铁行业的热轧生产线常规的层流冷却系统中。

Description

热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置

技术领域

本实用新型涉及水位显示装置，具体地指一种热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置。

背景技术

目前钢铁行业的热轧生产线常规的层流冷却系统，一般由粗调冷却段和精调冷却段构成，各冷却段分别由若干组集管构成，粗调段和精调段的水量相等，精调段上集管的数量是粗调段的2倍，每根集管水量是粗调段的1/2，以此提高精调段的冷却精度。各冷却段中仅有一组集管安装有流量计，通过流量计可读出液位高度相对应的流量，即一定的流量对应一定的液位高度。将流量调整到工艺要求的设计流量来确定其液位高度，没有安装流量计的集管参照其液位高度进行调整，将其液位高度调整到与有流量计集管的液位高度相同的高度，由于所有集管的工况完全相同，从而确定其流量与有流量计的集管是相同的流量。所有集管精确达到设计的流量值，是高效率层流冷却的基本条件，是带钢轧制过程中，计算机精确控制直接关系产品质量的“CT”温度的基础，所以水位高度显示尤为重要。

目前国内外热轧生产线层流冷却系统普遍采用玻璃管式水位高度显示装置，该装置虽然结构简单，但由于受水质影响，玻璃管内壁容易污染，造成水位观察困难，严重时无法查看水位高度，导致水位调节不准确，造成集管流量误差，最终影响产品质量，严重时可造成计算机的控制混乱；层流冷却系统中粗调冷却段和精挑冷却段分别有一组集管安装有水位高度显示装置，一般在60～80个，玻璃管式水位高度显示装置的玻璃管无法进行内壁清扫，更换的工作量很大，成本及工人的劳动强度都很高。

发明内容

本实用新型的目的在于克服上述不足，提供一种设计合理、结构简单且显示精准的热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置。

为实现上述目的，本实用新型所设计的热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置，由装置外壳和套设在装置外壳内的浮筒组件构成；

所述装置外壳由法兰、弯管和两端带圆环状堵盖的直管组成，所述弯管的一端与法兰固定连接，所述弯管的另一端通过直管的下堵盖与直管固定连接，所述直管上堵盖与直管通过螺纹连接；

所述浮筒组件由浮筒、连杆和浮标组成，所述浮筒为两端封闭的塑料圆筒，所述连杆穿过直管上堵盖的中心圆孔，上端与浮标固定连接，下端与浮筒固定连接。

优选的，所述法兰的外径×内径×厚为130×22×15mm，所述弯管的中轴线弯曲半径×内径×管壁厚为94×22×3mm，所述直管的外径×长度×管壁厚为51×610×3mm。

优选的，所述浮筒的外径×长度×壁厚为40×215×2mm，所述连杆的直径×长度为6×270mm，所述浮标的外径×长度×壁厚为25×50×0.75mm。

优选的，所述法兰、弯管、直管、连杆和浮标采用不锈钢材料制成，所述浮筒采用三丙聚乙烯材料制成。

本实用新型所设计的热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置是运用浮力定律即阿基米德定律，设计在一端开放的管式容器中安装一个体积和质量一定的浮筒，利用浮筒在液体中的浮力使浮筒上的显示杆上升一定高度，来显示其液位高度。

装置外壳尺寸受集管模组接口及工作空间限制，为定值；整个装置功能实现的重点在于浮筒组件的结构、尺寸和材质的设计和选择。

本实用新型的有益效果：所设计的热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置结构简单、设计合理，投入实际应用后，操作工人根据显示的水位高度，能快捷准确的调整集管流量，并且能够保证所有集管的流量一致，为高效率的层流冷却奠定了基础，为准确控制“CT”温度创造了条件，可应用于钢铁行业的热轧生产线常规的层流冷却系统中。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中法兰的左视图。

图中：法兰1，弯管2，直管3，下堵盖4，上堵盖5，浮筒6，连杆7，浮标8。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述，但该实施例不应理解为对本实用新型的限制：

热轧生产线层流冷却系统水位显示装置外壳尺寸受集管模组接口及工作空间限制，为定值；整个系统功能实现的重点在于浮筒组件的设计。

本实用新型热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置的装置外壳尺寸如下：法兰的外径×内径×厚为130×22×15mm，所述弯管的中轴线弯曲半径×内径×管壁厚为94×22×3mm，所述直管的外径×长度×管壁厚为51×610×3mm。

1、浮筒组件结构和规格的确定：

浮筒组件由浮筒、连杆和浮标三部分组成。由TRIZ-32颜色改变原理，确定浮标颜色为红色，并依据现场观测人员建议，确定浮标大小及浮标在标准工作状态下的位置，从而确定浮标和连杆的相关规格及材质。将浮标与连杆的组合视为浮标模组，即M_浮标模组为固定值。

正常工况下，水位显示装置中的水位(工作压力)固定，浮标的高度取决于整个浮筒组件所受的浮力大小，浮筒组件的质量越大，需要的浮力越大。

推导浮筒组件标准工况下的浮力大小：

由： $Q=\sqrt{\frac{H}{SL}}=\sqrt{\frac{{\mathrm{PD}}^{5.33}}{10.3n^2\mathrm{\ρ}gL}}---\left(1\right)$

其中：Q为水流量，H为作用水头，S为管道比阻，P为管道首尾压力差，D为管内径，n为管内壁糙率，ρ为水密度，g为重力加速度，L为管长；

则： $P=\frac{Q^2\×10.3n^2\mathrm{\ρ}gL}{D^{5.33}}=\frac{10.3n^2\mathrm{\ρ}gH}{{\mathrm{SD}}^{5.33}}---\left(2\right)$

对于不同的管材，S及n不同。

对于钢管， $S=\frac{0.001736}{D^{5.33}}.$

代入相关数据，其中D取原液位指示器指示管内径，算得：P≈0.07MPa。

又由：

得：M_浮筒组件g＝F_浮+F_工作压力＝F_浮+PS_管截面(4)

进而：F_浮＝M_浮筒组件g-F_工作压力＝M_浮筒组件g-PS_管截面(5)

根据阿基米德浮力计算公式：F_浮＝ρ_液gV_排，V_排为浮标模组在指示管内排开的水的体积。设计时，考虑浮标模组由浮标，浮标连杆及浮筒构成，理想状态下，期望浮筒完全浸入水中时，整个浮标模组处于悬浮状态，需要确定浮筒的长度。

故有：V_排＝S_管截面h＝πr²h(6)

h为浮筒的长度。

则：ρ_液gV_排＝M_浮筒组件g-F_工作压力＝M_浮筒组件g-PS_管截面(7)

进而：

由于水位显示装置直管内径仅为r＝22.5×10^-3m，

故有将远大于10^-4P，

在实际设计计算过程中，将10^-4P忽略不计，

则有：

而：M_浮筒组件＝M_浮筒+M_连杆+M_浮标＝M_浮筒+M_浮标模组(10)

受装置外径尺寸限制及从降低材质选择难度角度考虑，为确保浮标浮起，浮筒材料需选择密度比水小的材料，而浮筒长度则取决于模组中连杆、浮标及浮筒本身的质量和。

按现场需求，确定适宜观测的浮标浮升高度为300mm左右，浮标制作成外径×长度×壁厚为25×50×0.75mm两端封闭的不锈钢圆筒，连接杆使用φ6的不锈钢圆钢制成，测得M_连杆+M_浮标＝0.125Kg；

则有：

即当浮筒长度h＝186mm时，浮标模组理论上处于悬浮状态。选取190mm，200mm，215mm三种长度的浮筒进行实验，浮筒长度达到200mm以上，已可确保浮标悬浮。通过现场实测及生产验证，集管正常工作时，液位指示器弯管中水位相对高度为235mm。

由TRIZ-16未达到或过度作用原理，并综合考量加工精度，PPR管原材料规格及品质管控因素，确定浮筒最终长度(含浮筒两端堵帽厚度)。

2、材质选择：

(1)浮筒组件材质选择：

对于浮标的设计，在开发过程中，曾选用体积较大的电镀塑料浮球，但在现场试用过程中，发现由于浮球形状及材质问题，在集管振动较大的情况下很容易脱落，且球体容易受损变形。最终选定采用不锈钢薄壁管制作成两端封闭的不锈钢圆筒，以焊接形式与连杆连接。

连杆材质也选用不锈钢，以保证强度并避免生锈。

浮筒部分设计时拟选用塑胶管，常用塑胶管材质包括：PPR、PVC、PB、PE-RT、PE等。由于PPR具有：耐腐蚀、不结垢、耐高温(长期使用温度达95℃，短期使用温度可达120℃)、密度0.9g/cm³、耐压力试验强度：5MPa、寿命长(工作温度70℃，工作压力1.0MPa时，使用寿命可达50年以上)的特性，选定PPR管(符合GB/T18742.2-2002)做为浮筒材料。

(2)确定外壳管材质及规格：

浮筒水位显示装置的外壳选取304不锈钢管材料制成。

3、加工要求

(1)浮筒组件部分：由于是用眼睛观察，通过判断浮标位置，即可确认水量状况，而无需读出精确的水位高度，在水量达标状况下，所有浮标升起高度基本一致。因此，对加工精度提出了很高的要求。浮筒组各配件长度重量，只能有极微小的误差。

在组装时，采用对浮筒组件每个部件分组测量的方法，对每个部件的质量及浮筒长度进行编号登记，并通过排列组合分组，以确保每个浮标模组的质量、长度一致；浮筒两端的堵头用胶水与筒体紧密粘合。

浮标和浮筒通过连杆连接，故在生产时，必须保证连接杆配套螺纹的加工精度，以防止浮标及浮筒的堵帽脱落，

(2)其他部分：包扩法兰、弯管、焊套、外壳等部件，主体部分材质采用不锈钢。外壳的上部堵盖采用细纹连接，当浮筒组件工作不正常时，拆开堵盖即可进行维护。

Claims (4)

1.一种热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置，由装置外壳和套设在装置外壳内的浮筒组件构成，其特征在于：

所述装置外壳由法兰(1)、弯管(2)和两端带圆环状堵盖的直管(3)组成，所述弯管(2)的一端与法兰(1)固定连接，所述弯管(2)的另一端通过直管(3)的下堵盖(4)与直管(3)固定连接，所述直管上堵盖(5)与直管(3)通过螺纹连接；

所述浮筒组件由浮筒(6)、连杆(7)和浮标(8)组成，所述浮筒(6)为两端封闭的塑料圆筒，所述连杆(7)穿过直管上堵盖(5)的中心圆孔，上端与浮标(8)下盖固定连接，下端与浮筒(6)上盖固定连接。

2.根据权利要求1所述的热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置，其特征在于：所述法兰(1)的外径×内径×厚为130×22×15mm，所述弯管(2)的中轴线弯曲半径×内径×管壁厚为94×22×3mm，所述直管(3)的外径×长度×管壁厚为51×610×3mm。

3.根据权利要求1或2所述的热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置，其特征在于：所述浮筒(6)的外径×长度×壁厚为40×215×2mm，所述连杆(7)的直径×长度为6×270mm，所述浮标(8)的外径×长度×壁厚为25×50×0.75mm。

4.根据权利要求1或2或3所述的热轧生产线层流冷却系统浮筒水位高度显示装置，其特征在于：所述法兰(1)、弯管(2)、直管(3)、连杆(7)和浮标(8)采用不锈钢材料制成，所述浮筒(6)采用三丙聚乙烯材料制成。