CN100543435C - 基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统。它包括低温试验槽、待测低温阀门、法兰端盖、安装底座、电磁体、液位传感器、自增压液氮储罐、机械泵、量筒法流量测试系统、流量计、压力传感器、压力信号处理器、热电偶、温度信号处理器、计算机数据采集系统、安全阀、排空阀、减压阀、氦气瓶、输气盘管等。本发明实现集中存储、显示和打印等，还可实现对液氮储罐自增压系统的自动控制，改善了试验的工作效率、操作的及时性、准确度和安全性。采用电磁体通电便能固定，提高了整个操作过程的灵活性和经济性。

Description

基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统

技术领域

本发明涉及一种基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统。

背景技术

随着低温技术的发展，低温流体得到了越来越广泛的应用，例如液氮被广泛地用于工业生产、科研领域乃至民用，液氢和液氧作为火箭推进剂在国防领域表现出显著优点。此外，近年来随着能源消耗量的急剧上升，包括中国在内的许多国家已经或者正考虑大量采用天然气作为主要能源之一，为了提高天然气的长距离运输效率，需要对其进行液化后运输到使用地。在使用低温液体的各个环节中，低温阀门是不可或缺的部件之一。然而，由于该类阀门工作在低温温区，相比于常规阀门，在包括材料、结构设计、制造以及产品检验等环节都具有特殊的要求。

在低温阀门的产品检验过程中，在满足常温下针对一般阀门的各种测试要求的前提下，还需要进行低温条件下的试验工作。低温试验工作的核心任务是测试阀门在低温条件下的气密性和可操作性，其中气密性一般指的是在阀座密封处的泄漏率，而可操作性则要求阀门在低温试验过程中能够正常地进行开闭动作。试验过程需要实施的主要步骤包括：温度的监测(目的在于保证阀门在规定的低温条件下进行试验工作)、压力的测量、泄漏率的测量(或观察)、液位的监测与控制、供气供液的配置与调节等。操作过程中需要进行监测的参数比较多，而且许多操作环节的进行次序还取决于相关参数值的变化。在以往的低温阀门试验规范或者标准中，主要以分散式数据显示和手工操作的方式进行，这不便于实现试验过程的监控，影响试验效率和操作安全性。此外，由于需要对阀门进行开闭操作，合适的固定方式也很重要。以往把阀门直接固定在低温试验槽底板上的方式，存在试验过程不连续、测试工作效率低、液氮消耗量大等缺点。为解决这些问题，本发明提出采用集中式基于计算机数据采集、利用电磁铁吸力固定方式的低温阀门试验方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统。

它具有低温试验槽，低温试验槽内固定有安装底座、电磁体，低温试验槽内还设有与待测低温阀门相接的上游法兰端盖和与待测低温阀门相接的下游法兰端盖，上游法兰端盖依次连接有输气盘管、安全阀、上游压力传感器、上游管道截止阀、上游快速接头、排空阀、减压阀、氦气瓶截止阀、氦气瓶；下游法兰端盖依次连接有下游压力传感器、下游管道截止阀、下游快速接头、截止阀、截止阀、软管、水槽、量筒，截止阀另一端与流量计相接，下游法兰端盖依次与机械泵截止阀、机械泵相接，液氮储罐的输出管与低温试验槽相接，液氮储罐设有自增压回路、控制阀和液氮储罐排空阀；计算机分别与流量计、压力信号处理器、温度信号处理器、控制阀、下限液位传感器、上限液位传感器相接，压力信号处理器分别与下游压力传感器、上游压力传感器相接，温度信号处理器分别与待测低温阀门上的第一热电偶、第二热电偶、第三热电偶、第四热电偶和第五热电偶相接。

本发明把热电偶、压力传感器、液位传感器、流量计的各路信号，经前置处理后输入到计算机中，通过数据采集软件进行数据显示、存储和打印等。还可根据相关参数的设置来控制液氮储罐的自增压系统对低温试验槽进行加注液氮。本发明采用集中式的数据监控，既实现了通过计算机发出指令进行自动操作，提高工作效率、操作的及时性和准确度，又便于数据的统一保存和管理。此外，还使操作平台远离低温试验槽，保证试验过程中的人员安全。

本发明中利用电磁吸力来对阀门进行固定，也即通过安装在低温试验槽内层底板下面绝热层内的电磁体与放置在内层底板上的铁磁性安装底座之间的引力，提供开闭阀门时的反向平衡力矩，以保证阀门开闭操作的正常进行。该方案便于把不同结构的低温阀门事先在低温试验槽外与安装底座固定好以后，利用起吊装置整体放到测试槽中，然后给电磁体通电，实现阀门的固定。在试验完成以后，只需切断电磁体的电源，便可利用起吊装置把阀门和底座一起移出低温测试槽。随后，已经与安装底座固定的下一待测阀门又可放入低温试验槽中，补足液氮后便可进行试验工作。这一系统免除了在试验前进行待测阀门和测试槽的机械联合固定以及等到测试槽中的液氮蒸发完毕再进行拆卸的麻烦，可节省时间和人力，具有经济性和便利性。

附图说明

图1是基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统的结构示意图；

图2本发明的计算机测试及控制流程图。

具体实施方式

基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统具有低温试验槽1，低温试验槽1内固定有安装底座4、电磁体5，低温试验槽1内还设有与待测低温阀门2相接的上游法兰端盖3和与待测低温阀门2相接的下游法兰端盖6，上游法兰端盖3依次连接有输气盘管35、安全阀27、上游压力传感器28、上游管道截止阀29、上游快速接头30、排空阀31、减压阀32、氦气瓶截止阀33、氦气瓶34；下游法兰端盖6依次连接有下游压力传感器23、下游管道截止阀22、下游快速接头21、截止阀19、截止阀15、软管18、水槽16、量筒17，截止阀19另一端与流量计20相接，下游法兰端盖6依次与机械泵截止阀14、机械泵13相接，液氮储罐9的输出管与低温试验槽1相接，液氮储罐9设有自增压回路10、控制阀11和液氮储罐排空阀12；计算机25分别与流量计20、压力信号处理器24、温度信号处理器26、控制阀11、下限液位传感器7、上限液位传感器8相接，压力信号处理器24分别与下游压力传感器23、上游压力传感器28相接，温度信号处理器26分别与待测低温阀门2上的第一热电偶36、第二热电偶37、第三热电偶38、第四热电偶39和第五热电偶40相接。

把来自热电偶第一热电偶36、第二热电偶37、第三热电偶38、第四热电偶39和第五热电偶40的信号经温度信号处理器26处理、来自上下游压力传感器23和28的信号经压力信号处理器24处理、来自上下限液位传感器8和7以及来自流量计20的各路信号，集中输入到计算机25中，通过数据采集系统软件进行数据显示、存储和打印。还可以根据试验需要和相关参数的设置，通过调节自增压液氮储罐9上的控制阀11的开度，来控制低温试验槽1的液氮加注量。

基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统的实施步骤主要包括试验前准备、常温下的试验、液氮灌注与温度平衡、阀门操作试验、阀门泄漏测试过程和试验完毕后续处理。

在试验前准备阶段，首先把待测低温阀门2在低温试验槽1外安装好第一热电偶36、第二热电偶37、第三热电偶38、第四热电偶39和第五热电偶40，其中第一热电偶36用于测量阀体内部和气体的温度，第二热电偶37用于测量阀瓣的温度，第三热电偶38用于测量阀体外部和液氮的温度，第四热电偶39用于测量阀帽(填料函、填充面)处的温度，第五热电偶40则用于测量室温。接着，把上游法兰端盖3和下游法兰端盖6安装到阀门上，上游法兰通过带有输气盘管35的管道系统与氦气瓶34相连，其中输气盘管35至少有1米的有效长度浸没在液氮中，保证氦气在达到被测低温阀门2之前得到了充分的冷却，下游法兰则通向下游的流量测量装置，即流量计20或者量筒17，其中流量计20用于阀门泄漏率较大的情况，而量筒则用于因阀门泄漏率很小的情况，此时通过量筒17的读数或者单位时间内的气泡数的方法计量流量值。接着，把低温阀门2固定到一个平底的安装底座4上，进而利用起吊装置把低温阀门和安装底座整体放置到试验槽1中。当电磁体5通电后，就能利用电磁体5与安装底座4之间的引力进行固定。在低温试验槽1中还安装有上下限液位传感器8和7，分别控制低温试验槽1中的最高和最低液位。然后，把外围的输气和输液管道、机械泵13、压力传感器23和28、计算机25以及相关数据传输线连接好，并把各个阀门调节到各自规定位置。准备阶段的最后一项工作是对阀门和管道系统内进行气体置换，本发明所提方案是利用氦气冲洗和机械泵13抽空相结合，重复几次冲洗和抽空过程就能使系统达到清洁度要求。置换完毕后，关闭机械泵截止阀14，使机械泵13与管道系统隔离。

在进行液氮灌注之前，需要先测试在环境温度下的泄漏率情况。关闭待测低温阀门2和排空阀31，打开氦气瓶截止阀33、减压阀32和上游管道截止阀29，使加压气体压力升至试验压力，打开下游管道截止阀22，待压力稳定后，根据流量的大小选择合适的方法(流量计或量筒法)测量泄漏率，并记录。然后关闭减压阀32和氦气瓶截止阀33，打开排空阀31，放掉管路及阀腔内的气体。

液氮灌注阶段，首先关闭液氮储罐排空阀12，打开控制阀11，使一部分液氮进入自增压回路10，吸收周围环境的热量而汽化成气氮，返回液氮储罐9的气体空间，把液氮压入低温试验槽1。通过调节控制阀11可以控制进入低温试验槽1的液氮流率。液氮的灌注量通过安装在测试槽内壁上的上下限液位传感器8和7进行控制，初始灌注过程中主要由上限液位传感器8控制，以便在低温试验槽1内的液面达到上限液位时终止液氮灌注，因为测试过程中液氮对低温阀门2的淹没不能过高，否则会因使填料函处的温度过低而无法进行正常的开闭操作。终止液氮灌注的操作为关闭控制阀11，并打开液氮储罐9的排空阀12。为了防止在灌注初始阶段因液氮的大量蒸发产生外冲力，测试槽的盖子不能大面积合上。

在完成液氮的灌注后，系统进入温度平衡期。该阶段第一热电偶36、第二热电偶37、第三热电偶38和第四热电偶39将采集到的各测点的温度信号输入到计算机25中，进行集中监控和记录，直至系统内各点的温度达到稳定。在温度平衡过程中，由于阀体的热容量和外界的漏热，低温试验槽中液氮液位也随之下降，若液位降到下限液位传感器7以下时，计算机将根据下限传感器的信号，发出指令到自增压回路10的控制阀11，使液氮储槽9重新启动液氮的输出，补充到低温试验槽，直至液位达到上限液位。

在被测低温阀门2上各点温度达到稳定状态后，将对被测低温阀门2进行开闭操作试验。为了克服因被测低温阀门2开闭动作而产生的扭矩，低温测试槽1底板下的电磁体5与安装底座4间的电磁引力将发挥作用，平底的安装底座4与低温测试槽1底板之间由于存在电磁引力而产生一个摩擦力，该摩擦力提供平衡阀门开闭扭矩的反向力矩，从而保证被测低温阀门2正常的开闭操作。

此后，对系统进行泄漏率的测试工作。在此过程中，将根据被测低温阀门2的额定工作压力，分若干次进行渐近增压，分别测量各个压力下阀门在流向上的泄漏率。在该阶段中，需要利用压力传感器23和28对低温阀门上下游的压力进行采集，继而通过压力信号处理器24进入到计算机25进行显示，调节减压阀32，直至系统内达到规定的压力值。泄漏率的测试则需要根据流量的大小决定采用流量计20或是采用量筒17。当泄漏率较大时，采用流量计20，并且相关信号输入到计算机25进行显示和存储；在泄漏率很小的情况，流量计20已经无法得到有效的读数，需要借助于量筒的方法进行观察，通过量筒17的刻度或者肉眼观察单位时间内气泡数的方法计量流量值。

在完成上述测试后，断开电磁体5的电源，就可利用起吊装置直接把被测低温阀门2连同安装底座4与低温试验槽1中分离后取出，让它自然恢复到环境温度。不能通过强制手段(如对其加热或者用电吹风)使之复温。不过允许通过加大阀门附近的空气对流速度而加快复温过程。随后，又可把已经与安装底座固定好的下一待测阀门放入低温试验槽中，补足液氮后进行新的试验工作，无须等到测试槽中的液氮蒸发完毕再放入待测阀门，因而测试过程可连续地进行，上一试验完成后低温试验槽中残余的液氮可被重复利用，具有经济性和便利性。

Claims (1)

1.基于计算机数据采集的低温阀门性能测试系统，其特征在于它具有低温试验槽(1)，低温试验槽(1)内固定有安装底座(4)、电磁体(5)，低温试验槽(1)内还设有与待测低温阀门(2)相接的上游法兰端盖(3)和与待测低温阀门(2)相接的下游法兰端盖(6)，上游法兰端盖(3)依次连接有输气盘管(35)、安全阀(27)、上游压力传感器(28)、上游管道截止阀(29)、上游快速接头(30)、排空阀(31)、减压阀(32)、氦气瓶截止阀(33)、氦气瓶(34)；下游法兰端盖(6)依次连接有下游压力传感器(23)、下游管道截止阀(22)、下游快速接头(21)、第一截止阀(19)、第二截止阀(15)、软管(18)、水槽(16)、量筒(17)，第一截止阀(19)另一端与流量计(20)相接，下游法兰端盖(6)依次与机械泵截止阀(14)、机械泵(13)相接，液氮储罐(9)的输出管与低温试验槽(1)相接，液氮储罐(9)设有自增压回路(10)、控制阀(11)和液氮储罐排空阀(12)；计算机(25)分别与流量计(20)、压力信号处理器(24)、温度信号处理器(26)、控制阀(11)、下限液位传感器(7)、上限液位传感器(8)相接，压力信号处理器(24)分别与下游压力传感器(23)、上游压力传感器(28)相接，温度信号处理器(26)分别与待测低温阀门(2)上的第一热电偶(36)、第二热电偶(37)、第三热电偶(38)、第四热电偶(39)和第五热电偶(40)相接。

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