CN102928217A

CN102928217A - 一种阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置

Info

Publication number: CN102928217A
Application number: CN2012104703242A
Authority: CN
Inventors: 陈敬秒; 林美; 王一翔; 吴建东; 缪克在
Original assignee: QUALITY INSPECTING CENTER OF PUMP AND VALVE PRODUCTS OF ZHEJIANG PROVINCE
Current assignee: QUALITY INSPECTING CENTER OF PUMP AND VALVE PRODUCTS OF ZHEJIANG PROVINCE
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: CN102928217B

Abstract

本发明涉及一种阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置，包括人机控制界面、阀门抗弯加载装置和阀门抗扭加载装置，所述阀门抗弯加载装置包括力值传感器、可调节悬臂架、调节环、抗弯模拟管道、拉杆、连杆和伺服驱动系统，阀门抗弯加载装置采用全新的结构设计，力矩感应侧采用可调节悬臂架支撑方案，实现力值传感器与可调节悬臂架始终保持垂直，而且可调节悬臂架设计保持一定的刚性，保证在试验前和试验后被试验阀弯矩更准确地被感应出，被试验阀门的弯矩M=F×L，并且试验前可调节悬臂架和阀门自重可以通过力值传感器的复位进行清零操作，使得试验结果更加准确。

Description

一种阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置

技术领域

本发明涉及一种阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置。

背景技术

阀门是一种需求量大的压力管道元件，广泛地应用于各类石油、天然气开采等场合，为稳定、输送与控制发挥了重要的作用。近年来阀门行业发展非常迅速，但阀门质量保证也常常被人疏忽，导致引发的安全性事故频频发生。据统计每年世界上引发的重大生产事故，其中1/3是由于阀门质量事故所造成的。因此为了进一步提高阀门产品质量水平，应在阀门质量检验上进行严格把关，目前在阀门检验项目包含壳体试验、密封试验、寿命试验等，通过各项性能参数的试验分析，对阀门的设计技术参数及实际工况场合的性能分析有指导帮助作用。

然而在实际压力管道工况上：1、阀门、管道、介质悬挂加载的自重；2、内部介质流动带来的冲击和震动；3、两端法兰安装角度偏差错位；4、阀门及管道尺寸误差间隙；5、系统温度波动的变化热胀冷缩；6、热处理内应力；7、启闭动作等因素，使得阀门元件承受着一定的扭矩力和弯矩力。这种内部静载的应力会引起阀门壳体产生变形，甚至超过内部介质对壳体的承压力，对阀门的整体结构存在巨大的影响。而且很多阀门制造厂在阀门的壳体壁厚、壳体加强筋和紧固螺栓等部件设计过程中，常常只单一考虑阀门内部介质对壳体结构的影响，往往疏忽在实际工况中外部管道对阀门所施加的扭矩和弯矩载荷，这些应力的附加余量设计并没有设计进去，存在着很大的安全隐患。而且有些安全性能指标都是只通过通用的计算公式来确定安全性能的要求，并没有有效的试验过程来进行分析，这样阀门企业对于阀门的结构设计，只能停止在理论计算基础上，而且不同的阀门结构类型都套用统一的计算公式，跟实际的使用工况相比有一定的性能偏差。

实际压力管道工况中阀门所承受力失效方式有：内部介质压力、扭矩载荷和弯矩载荷。阀门内部介质压力试验国内外的方法标准很多，比如API598,JB/T9092-1999等，阀门抗扭矩、抗弯矩试验国内外的相关研究及试验方法标准介绍较少，只有GB/T 8464-2008《铁制和铜制螺纹连接阀门》、CJ/T180-2003《家用手动燃气阀门》标准提到了关于阀门外加扭矩力和弯矩力载荷对阀门安全性能的要求，但是试验具体方案比较笼统，比如没有明确试验仪器的精度要求、试验载荷所施加力值的速度要求。阀门企业进行阀门抗扭矩试验一般采用扭矩扳手来进行，人工的操作过程中，力值保载的时间不容易精确把握，而且由于人工的操作，很难保证施加力值的均匀性，试验过程比较繁琐，装卸比较复杂，因此常常很多企业忽视抗扭矩试验；抗弯矩试验是一般采用挂砝码的方法，这种方法在砝码的垂挂过程中，垂挂的时间远远大于试验的过程，而且阀门另一端的模拟管道本身的重心不容易精确计算，容易对试验结果的判断产生影响，砝码端的悬臂梁易随着阀门的微变形，产生下垂现象，因此通过阀门中心点的垂直力臂也发生了改变，弯矩也随之变小，测量稳定性和准确度达不到试验要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种集成度高、可以同时试验金属及非金属材料阀门的抗扭矩和抗弯矩安全性能的综合试验装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置，包括人机控制界面、阀门抗弯加载装置和阀门抗扭加载装置，所述阀门抗弯加载装置包括力值传感器、可调节悬臂架、调节环、抗弯模拟管道、拉杆、连杆和伺服驱动系统，可调节悬臂架的前后两端分别通过悬臂架平衡支点固定，可调节悬臂架的左端与力值传感器垂直连接，保证阀门试样在进行试验时所受的弯矩始终等于力值传感器的反馈力×可调节悬臂架的力臂长度，可调节悬臂架的右端与模拟管道之间安装阀门抗弯试样，抗弯模拟管道通过调节环固定，拉杆的一端与调节环连接，拉杆的另一端与连杆连接为活动支点，连杆的另一端通过旋转支点固定，调节环、抗弯模拟管道、拉杆、连杆、活动支点和旋转支点构成组合连杆机构，活动支点由伺服驱动系统驱动，力值传感器和伺服驱动系统分别与人机控制界面相连，组合连杆机构和伺服驱动系统形成平行四边形加载法；所述阀门抗扭加载装置包括滑动导轨、滑套、抗扭模拟管道、轴承座、动态扭矩传感器、弹性联轴器、减速器和伺服电机、抗扭模拟管道的一端通过滑套可滑动地安装在滑动导轨上，抗扭模拟管道的另一端与轴承座之间安装阀门抗扭试样，轴承座、动态扭矩传感器、弹性联轴器、减速器和伺服电机依次安装在同一条轴上，动态扭矩传感器和伺服电机分别与人机控制界面相连。

本发明阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置的有益效果是：由于采用数字化闭环控制系统，伺服驱动力输出加载于阀门上，经传感器进行反馈，反馈信号采用电流反馈信号，同人员设定值进入调节器，由调节器控制和调整输出的控制指令，传达至伺服控制系统，最终使试验阀门稳定在试验人员的设定值进行试验，从而大大提高试验的精度和稳定性；其中阀门抗弯加载装置采用全新的结构设计，力矩感应侧采用可调节悬臂架支撑方案，实现力值传感器与可调节悬臂架始终保持垂直，而且可调节悬臂架设计保持一定的刚性，保证在试验前和试验后被试验阀弯矩更准确地被感应出，被试验阀门的弯矩M=F×L，并且试验前可调节悬臂架和阀门自重可以通过力值传感器的复位进行清零操作，使得试验结果更加准确，出口端的模拟管道上施加的驱动力采用平行四边形加载法，保证力的加载过程中，力的方向始终向下；另外阀门抗扭加载装置中减速器与动态扭矩传感器之间安装弹性联轴器，使得减速器与动态扭矩传感器中心轴相连能顺利进行转动能量的传递，解决异轴相连导致不同轴等问题，动态扭矩传感器与轴承座的连接采用硬连接，阀门试样的扭矩值可直接从动态扭矩传感器上感应出来。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1是本发明阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置一种实施例的总体结构示意图。

图2是图1中阀门抗弯加载装置的平行四边形加载结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置的一种实施例，包括人机控制界面24、阀门抗弯加载装置和阀门抗扭加载装置，所述阀门抗弯加载装置包括力值传感器3、可调节悬臂架4、调节环8、抗弯模拟管道9、拉杆10、连杆11和伺服驱动系统13，可调节悬臂架4的前后两端分别通过悬臂架平衡支点5固定，可调节悬臂架4的左端与力值传感器3垂直连接，保证阀门试样在进行试验时所受的弯矩始终等于力值传感器3的反馈力×可调节悬臂架4的力臂长度，可调节悬臂架4的右端与模拟管道9之间安装阀门抗弯试样7，抗弯模拟管道9通过调节环8固定，拉杆10的一端与调节环8连接，拉杆10的另一端与连杆11连接为活动支点12，连杆11的另一端通过旋转支点23固定，调节环8、抗弯模拟管道9、拉杆10、连杆11、活动支点12和旋转支点23构成组合连杆机构，阀门抗弯式样7、调节环8、活动支点12和旋转支点23构成平行四边形的四点，活动支点12由伺服驱动系统13驱动，力值传感器3和伺服驱动系统13分别与人机控制界面24相连，组合连杆机构和伺服驱动系统形成平行四边形加载法（如图2所示）；所述阀门抗扭加载装置包括滑动导轨14、滑套15、抗扭模拟管道16、轴承座18、动态扭矩传感器19、弹性联轴器20、减速器21和伺服电机22、抗扭模拟管道16的一端通过滑套15可滑动地安装在滑动导轨14上，抗扭模拟管道16的另一端与轴承座18之间安装阀门抗扭试样17，轴承座18、动态扭矩传感器19、弹性联轴器20、减速器21和伺服电机22依次安装在同一条轴上，动态扭矩传感器19和伺服电机22分别与人机控制界面24相连。为了使试验结果更加准确，所述力值传感器3采用弹簧2支撑，力值传感器3的下方还设有钢链1，力值传感器3采用弹簧2来支撑，同时在弹簧2绷紧状态下，靠钢链1来进行垂直限位，使得在力值施加的过程中，传感器可以实时进行感应，从而使试验结果更加准确。为了使结构更加紧凑，所述伺服驱动系统13为双向丝杆，采用双向丝杆结构，使得伺服驱动系统可进行旋转作拉伸牵引，避免了伺服驱动系统在向下施力时产生水平的错位移动。为了使阀门抗扭安全性能试验更加准确，所述滑动导轨14包括前后平行布置的两根滑动导轨14，抗扭模拟管道16上设有分别与两根滑动导轨14配合的两个滑套15，两根导轨14在水平方向限制了转动，纵向可沿着中心轴进行滑动，使得扭转过程中，阀门的变形及螺纹的拧入，系统轴向距离会缩短，出口端的模拟管道可自由滑动，从而更方便操作。

Claims

1.一种阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置，包括人机控制界面（24）、阀门抗弯加载装置和阀门抗扭加载装置，其特征在于：所述阀门抗弯加载装置包括力值传感器（3）、可调节悬臂架（4）、调节环（8）、抗弯模拟管道（9）、拉杆（10）、连杆（11）和伺服驱动系统（13），可调节悬臂架（4）的两端分别通过悬臂架平衡支点（5）固定，可调节悬臂架（4）的左端与力值传感器（3）垂直相连，保证阀门试样在进行试验时所受的弯矩始终等于力值传感器（3）的反馈力×可调节悬臂架（4）的力臂长度，可调节悬臂架（4）的右端与模拟管道（9）之间安装阀门抗弯试样（7），抗弯模拟管道（9）通过调节环（8）固定，拉杆（10）的一端与调节环（8）连接，拉杆（10）的另一端与连杆（11）连接为活动支点（12），连杆（11）的另一端通过旋转支点（23）固定，调节环（8）、抗弯模拟管道（9）、拉杆（10）、连杆（11）、活动支点（12）和旋转支点（23）构成组合连杆机构，活动支点（12）由伺服驱动系统（13）驱动，力值传感器（3）和伺服驱动系统（13）分别与人机控制界面（24）相连，组合连杆机构和伺服驱动系统形成平行四边形加载法；所述阀门抗扭加载装置包括滑动导轨（14）、滑套（15）、抗扭模拟管道（16）、轴承座（18）、动态扭矩传感器（19）、弹性联轴器（20）、减速器（21）和伺服电机（22）、抗扭模拟管道（16）的一端通过滑套（15）可滑动地安装在滑动导轨（14）上，抗扭模拟管道（16）的另一端与轴承座（18）之间安装阀门抗扭试样（17），轴承座（18）、动态扭矩传感器（19）、弹性联轴器（20）、减速器（21）和伺服电机（22）依次安装在同一条轴上，动态扭矩传感器（19）和伺服电机（22）分别与人机控制界面（24）相连。

2.根据权利要求1所述的阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置，其特征在于：所述力值传感器（3）采用弹簧（2）支撑，力值传感器（3）的下方设有钢链（1）进行调节限位。

3.根据权利要求1或2所述的阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置，其特征在于：所述伺服驱动系统（13）为双向丝杆结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的阀门抗扭、弯安全性能综合试验装置，其特征在于：所述抗扭模拟管道（16）通过两个滑套（15）与两根平行布置的滑动导轨（14）滑动配合连接。