CN103472258B - 一种同时测量往复泵阀盘运动加速度和泵阀冲击力的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种可以同时测量往复泵阀盘运动加速度和泵阀冲击力的装置，它主要通过在阀盘上安装防水抗压型阻抗头传感器12同时测取泵阀阀盘撞击阀座时的运动加速度和冲击力信号，阀盖9上配备两个相同结构的信号线密封装置(含螺柱6，螺母7，内部热缩型弹体(TPE)13和O型密封圈14)，用于将阻抗头传感器加速度输出信号线5和力输出信号线11从阀缸10内腔中引出，以保证泵阀不发生泄漏；信号线引出后，将其与电荷放大器15连接，信号经电荷放大器放大输入到数据采集箱16，并由数据采集箱的USB接口传送至计算机及泵阀冲击特性参数测试分析系统17，以得出真实的往复泵泵阀冲击运动规律，为完善泵阀设计理论提供重要的科学依据和试验验证方法。

Description

一种同时测量往复泵阀盘运动加速度和泵阀冲击力的装置

技术领域

本发明是一种用于同时测量往复泵阀盘运动加速度和泵阀(包括阀盘与阀座)冲击力的装置，由此可以同时测得阀盘撞击阀座时的运动加速度和给泵阀带来的冲击力，可为研究泵阀无冲击理论、进行泵阀材料选择和结构设计提供依据，并对确定往复泵工作时允许的最高冲次和泵压等工作参数具有重要意义。装置配有定制的防水抗压型压电晶体阻抗头传感器(集力传感器和加速度传感器于一体，安装在所测阀盘上，可以同时测得阀盘的运动加速度及阀盘和阀座接触时的冲击力)，阀盖上配有能让传感器信号线通过而保证泵不泄漏的密封装置，并配备有自主开发的专用的泵阀冲击特性参数测试分析系统。

背景技术

阀盘是往复泵泵阀的关键零件之一，它在泵的工作中是主要的承力零件，阀盘下落会与阀座产生冲击，之所以产生冲击是因为阀盘具有某一运动速度(即冲击功)。一般可通过冲击力和冲击时作为密封面的阀盘和阀座接触面积来计算所需阀盘和阀座的接触应力，而此应力必须小于材料的许用应力。这种冲击力加剧了泵阀的磨粒磨损、冲蚀磨损和冲击疲劳破坏；若能有效地减小冲击力，则可以改善泵阀的工作条件，提高泵阀的使用寿命。

国内外有不少专家学者常常根据冲击力的计算公式用数值计算的方法求得阀盘与阀座间的冲击力，但在数值计算时忽略和假设了一些影响因素，导致其结果与实际相比误差较大。此外，在实际应用中，现有的一些冲击力的计算公式适用范围很窄，由于缺乏实际测量手段，其计算结果也无法得到验证。随着测试技术的发展和计算机技术的广泛应用，完全可以采用现代测量技术来测量阀盘与阀座之间的冲击力。有学者已经尝试了这样的方法，提出了采用在阀座上贴应变片的应变测试技术测定阀座所受的冲击时所产生的应力，其作用对象是带筋阀座，而该方法对于通孔阀座则不适用，同时此方法也无法研究阀盘受到的冲击力。由于阀盘工作在具有压力的泵缸内液体中，到目前为止，尚未见有人提出更为有效、适用广泛的泵阀冲击力的测定方法，也没有出现可以同时测量往复泵阀盘运动加速度和泵阀冲击力的装置。

因此，如能结合自主开发的泵阀冲击特性参数测试分析系统，测得阀盘撞击阀座时的加速度值和冲击力的大小，这对研究泵阀的无冲击理论，为科学进行泵阀的结构设计和材料选择，对泵使用时的工作参数的科学选择，都具有十分重要的意义和价值，这就是本发明的背景和意义所在。

发明内容

本发明的目的是提供一套新的往复泵阀盘运动加速度和泵阀(包括阀盘与阀座)冲击力的测试装置，该装置具有安装简单、应用方便、测量准确等特点，发明所提供的测量装置利用定制的防水抗压型阻抗头传感器测试泵阀关闭时阀盘撞击阀座时的运动加速度和瞬间冲击力的大小，该传感器包含两个信号输出端，分别是加速度信号输出端和力信号输出端，通过阀盖上配有的两个相同结构的密封装置将这两个输出端的信号线引出泵缸外，运用自主开发的专用的泵阀冲击特性参数测试分析系统处理所得信号。该技术可以验证无冲击理论的合理性与正确性，研究泵阀失效机理，进一步优化选择泵阀材料和合理进行设计结构，提高其使用寿命。

装置主要有以下显著特点：

(1)定制的阻抗头传感器具有质量轻、防水抗压、耐冲击能力强，安装简单等优点，不会影响泵阀实际工况下的正常运动；传感器具有加速度信号和力信号两个输出端，保证了激励和响应点的数据具有良好的空间和时间一致性，能得到准确的测量结果；

(2)本装置通过将阻抗头传感器、信号线通过自行设计的阀盖的密封系统、信号测试的二、三次仪表和信号测试分析系统进行有效组合，实现了往复泵泵阀关闭时阀盘撞击阀座时的运动加速度和瞬间冲击力的直接测量。

附图说明

图1本发明所提出的往复泵泵阀阻抗头传感器装置安装简图；

图2本发明所提出的往复泵泵阀阻抗头传感器信号线引出密封装置剖视图；

图3本发明所提出的往复泵阀盘运动加速度和冲击力信号采集系统简图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步对本装置进行描述。

1.测定装置结构

由图1可见，测定装置由阀座1、阀盘2、弹簧3、上导杆4、阻抗头传感器加速度输出信号线5、信号线密封装置螺柱6、信号线密封装置螺母7、阀盖螺栓8、阀盖9、阀缸10、阻抗头传感器力输出信号线11、阻抗头传感器12等部件所构成，当阀关闭时，阀盘2的工作锥面与阀座1的相应锥面发生碰撞接触；阻抗头传感器12采用螺纹安装固定在阀盘2上，阀盖9两侧中心位置处装有两个相同结构的信号线密封装置(见图2，由螺柱6，螺母7，内部热缩型弹体(TPE)13和O型密封圈14组成)，用于将传感器加速度输出信号线5和力输出信号线11从阀缸10内腔引出，防止泵发生泄漏；阀盖9和阀缸10的通过螺栓8联结固紧；阀盘上导杆4在弹簧3的内孔面中上下滑动，阀盘随其在阀缸10内腔内做上下往复运动。

2.阻抗头传感器信号线引出密封装置

图2是阻抗头传感器信号线引出密封装置的剖视图，该密封装置是结合往复泵工况和泵缸阀盖的具体结构条件构思设计，能达到良好的密封效果。由图2可见，信号线密封装置由螺柱6，螺母7，内部热缩型弹体(TPE)13和O型密封圈14组成。信号线密封装置是一种特殊的电缆密封接头，接头防护等级IP68。内部热缩型弹体(TPE)是一种具有橡胶的高弹性、高强度、高回弹性，又具有可注塑加工的特征的材料。信号线5的密封主要通过密封装置上端螺帽7与内部热塑性弹体(TPE)13的拧紧压缩固定；阀盖9和信号线密封装置的密封主要通过螺柱6和注塑在螺柱上的O型密封圈14，将信号线密封装置固定在阀盖9上。

3.数据采集系统

由图3可见，装置的数据采集系统由阻抗头传感器12，电荷放大器15，数据采集箱16，计算机及泵阀冲击特性参数测试分析系统17等组成，其中测试分析系统是利用NI公司提供的I/O接口设备，使用Labview自主开发设计。图中显示了阻抗头传感器的安装位置，以及与电荷放大器15、数据采集箱16及计算机分析处理系统17的连接路径。阻抗头传感器12用于测量泵阀阀盘撞击阀座时的运动加速度和瞬间冲击力的大小，传感器加速度输出信号和力输出信号均先经电荷放大器15放大，再输送至数据采集箱16，采集箱内装有能采集加速度和力信号的数据采集卡，数据采集卡将采集到的信号通过数据采集箱的USB接口经数据线传入计算机后，计算机运用自主开发的泵阀冲击特性参数测试分析系统17对测得的加速度和力信号进行处理分析。

4.工作原理

将阻抗头安装在往复泵的指定位置后，在工作介质为水的条件下，测试往复泵在不同工况下泵阀阀盘撞击阀座时的运动加速度和瞬间冲击力的变化规律。泵阀关闭时的冲击加速度信号和力信号通过安装在阀盘上的阻抗头传感器12测得并输入电荷放大器15放大后，通过数据采集箱16传入计算机及泵阀冲击特性参数测试分析系统17，运用自主开发的泵阀冲击特性参数测试分析系统对信号进行分析处理，可得出真实的往复泵泵阀阀盘撞击阀座时的运动加速度和冲击力特性。

Claims (1)

1.一种用于同时测量往复泵阀盘运动加速度和泵阀冲击力的装置，其特征在于：在泵阀阀盘(2)上安装防水抗压型阻抗头传感器(12)直接测取获得泵阀关闭时阀盘撞击阀座时的加速度和冲击力的大小；它主要包括防水抗压型阻抗头传感器、信号线通过阀盖的密封系统、信号测试二、三次仪表和信号测试分析系统，所述装置具体组成部分有阀座(1)、阀盘(2)、弹簧(3)、上导杆(4)、阻抗头传感器加速度输出信号线(5)、两个相同结构的信号密封装置、阀盖螺栓(8)、阀盖(9)、阀缸(10)、阻抗头传感器力输出信号线(11)、阻抗头传感器(12)、电荷放大器(15)，数据采集箱(16)及计算机及泵阀冲击特性参数测试分析系统(17)，两个信号线密封装置包括螺柱(6)、螺母(7)、内部热缩型弹体(13)和O型密封圈(14)；信号线(5)的密封主要通过密封装置上端螺母(7)与内部热塑性弹体(13)的拧紧压缩固定；阀盖(9)和信号线密封装置的密封主要通过螺柱(6)和注塑在螺柱上的O型密封圈(14)，将信号线密封装置固定在阀盖(9)上。