CN103616176B - 阻尼器阀闭性能试验台及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻尼器阀闭性能试验台，包括机座、依次设于机座上的伺服电机、减速箱、滚轴丝杠和阻尼器试验油箱、以及设于机座一侧的电气控制台、滤油器工作站等。本发明还公开了一种阻尼器阀闭性能试验台的试验方法。由于其采用一体式结构，其机械强度大大加强，抗形变能力增强，同时便于各个组件之间的高度位置和水平位置的安装精度调整。并且结合了实时闭环PLC电气控制系统，从而达到匀加速实时跟随控制和数据采集实时性。

Description

阻尼器阀闭性能试验台及其试验方法

技术领域

本发明涉及阻尼器阀检测技术，更具体地说，涉及一种阻尼器阀闭性能试验台及其试验方法。

背景技术

随着我国核电工业的快速发展，对核电站的运行安全和抗震能力提出更高要求。由于地震和自然灾害的频发，在核电装置中安装了液压阻尼器阀，用于抵御和吸收地震、管道破裂等事故时所产生的瞬时冲击能量，起到抗震支撑作用。为保证液压阻尼器运行性能的可靠性，必须对液压阻尼器阀的闭锁性能进行检测及更换附件（一般规定在役检测周期为10年）。

目前，核电站质量监督部门只能提供相关的检测技术要求，但缺乏这种类型产品的检测试验设备以及相应的检测手段。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺点，本发明的目的是提供一种阻尼器阀闭性能试验台及其试验方法，能够在模拟地震或管道瞬间破裂产生冲击的现场工况状态下，有效检测液压阻尼器阀的实时动态性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一方面，一种阻尼器阀闭性能试验台，包括机座、依次设于机座上的伺服电机、减速箱、滚轴丝杠和阻尼器试验油箱、以及设于机座一侧的电气控制台、滤油器工作站，其中，

所述的伺服电机输出端通过减速箱与滚轴丝杠一端相连，滚轴丝杠该端还设有光电旋转编码器，滚轴丝杠另一端则通过设置双向压力传感器与阻尼器试验油箱的输入端相连，阻尼器试验油箱内设置被测液压阻尼器，电气控制台分别与伺服电机、光电旋转编码器、双向压力传感器电连接，滤油器工作站为阻尼器试验油箱提供试验用润滑油。

所述的阻尼器试验油箱内设有阻尼器安装支架及温度传感器。

所述的机座上还分别设有用以固定滚轴丝杠的第一支撑架和用以固定阻尼器试验油箱输入端的第二支撑架。

所述的第一支撑架与滚轴丝杠通过含油轴承安装。

所述的电气控制台设有PLC、触控屏、人机界面，PLC的输入端分别与光电旋转编码器、双向压力传感器、温度传感器相连，输出端与伺服电机相连。

另一方面，一种阻尼器阀闭性能试验台的试验方法，包括以下步骤：

A.将被测液压阻尼器安装于阻尼器试验油箱内，并根据被测液压阻尼器的规格型号安装相应的双向压力传感器；

B.通过电气控制台的触控屏进行阻尼器各试验参数的设定；

C.通过滤油器工作站为阻尼器试验油箱供润滑油，并使油面超过被测液压阻尼器；

D.通过PLC根据设定来驱动伺服电机并推动滚轴丝杠作匀加速运行，进行检测液压阻尼器的实时动态性能，并通过光电旋转编码器、双向压力传感器、温度传感器来实时采集数据及显示。

在步骤B中，所述的各试验参数包括限定阻力、运行时间、运行速度、运行距离。

在步骤D中，将光电旋转编码器实时采集的实际运行速度输入PLC，并与设定的运行速度进行比较，用以对滚轴丝杠运行速度的闭环实时调整控制。

在步骤D中，将双向压力传感器实时采集的实际压力输入PLC，并与设定的限定阻力进行比较，若实际压力瞬间到达设定的限定阻力，立即停止伺服电机驱动。

在上述技术方案中，本发明的阻尼器阀闭性能试验台具有以下几个优点：

1、由于采用一体式结构，其机械强度大大加强，抗形变能力增强，同时便于各个组件之间的高度位置和水平位置的安装精度调整。

2、结合了实时闭环PLC电气控制系统，达到匀加速实时跟随控制和数据采集实时性。

3、进行了机械加强设计，把阻尼器动态试验中的机械冲击形变降到最低，同时阻尼器检测试验中运行稳定性大大加强。

4、能够有效模拟地震或管道瞬间破裂产生冲击的现场工况，使小吨位液压阻尼器阀检测闭锁和位移性能进行测试成为可能。

附图说明

图1是本发明的阻尼器阀闭性能试验台的结构示意图；

图2是本发明的阻尼器阀闭性能试验台的实时闭环控制原理框图；

图3是本发明的伺服分段控制原理的线性图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。

请参阅图1所示，本发明的阻尼器阀闭性能试验台包括机座1、依次设于机座1上的伺服电机2、减速箱3、高精度的滚轴丝杠4和阻尼器试验油箱5、以及设于机座1一侧的电气控制台6、滤油器工作站7，其中，

所述的机座1为结构紧凑的一体式结构，具有很高的变形强度，承受较强的冲击力和便于其他各个组件的安装和安装精度调整。

所述的伺服电机2输出端通过减速箱3与滚轴丝杠4一端相连，以达到恒扭矩输出，响应速度快和运行高精度的性能。所述的滚轴丝杠4该端还设有光电旋转编码器8，滚轴丝杠4另一端则通过设置双向压力传感器9与阻尼器试验油箱5的输入端相连。

所述的光电旋转编码器8用于阻尼器检测状态下，闭环控制中对滚轴丝杠4实时运行速度的数据采用。该光电旋转编码器8的分辨率1000p/rev，旋转一周对应丝杠移动量10mm，一个脉冲信号间隔的丝杠的位移量为0.01mm。

所述的双向压力传感器9，可选用拉/压力传感器，用于液压阻尼器14检测中压力值数据采集和PLC运算控制。采集的压力值可通过三菱FX3U-4AD模拟量模块转换成±16位二进制数据值，分辨率达0.32mV，以满足拉/压力传感器转换精度要求。

所述的阻尼器试验油箱5内设有阻尼器安装支架10，用以设置被测液压阻尼器14，并能够将阻尼器动态试验中的机械形变降到最低，同时阻尼器检测试验中运行的稳定性大大加强，另外，由于油箱中的油温对阻尼器闭锁试验产生一定的影响，故在阻尼器试验油箱5内还设有温度传感器11，对油箱温度进行实时采集及报警，采集的温度值通过模拟量模块转换成±16位二进制数据值，分辨率0.32mV，满足温度传感器的转换精度要求。

所述的电气控制台6设有PLC、触控屏、人机界面（HMI）、A/D、D/A转换模块等，PLC的输入端分别与光电旋转编码器8、双向压力传感器9、温度传感器相连，输出端与伺服电机2相连。

所述的滤油器工作站7为阻尼器试验油箱5提供试验用润滑油，并且可以提供100L/min的供油速度，同时油液的清洁度<3，其滤油器如果堵塞，即测得滤油器两端压差达到0.50MPa时，提示报警更换滤油器。

另外，在机座1上还分别设有用以固定滚轴丝杠4的第一支撑架12和用以固定阻尼器试验油箱5输入端的第二支撑架13，用以保证滚轴丝杠、被测液压阻尼器14、双向压力传感器9的安装精度（同轴度）和机械强度。为了减小滚轴丝杠的移动摩擦阻力，第一支撑架与滚轴丝杠4采用含油轴承进行固定。

本发明的阻尼器阀闭性能试验台适用于行程小于200mm，50KN以下各种规格的液压阻尼器14的检测试验，请结合图2所示，其具体试验方法如下：

首先，把被测的液压阻尼器14安装于阻尼器试验油箱5中，并根据被测阻尼器的规格型号选择相应的双向压力传感器9。其次，将外围设备安装结束后，在电气控制台6的触控屏中进行阻尼器检测参数的设定，如：限定阻力N、运行时间T、运行速度V、运行距离L等。选择拉/压力控制模式（5kN或50kN）。最后，按下电气控制台6上的阀闭试验按钮，进入液压阻尼器14检测状态。

在试验过程中，在PLC和伺服驱动器的控制下，伺服电机推动滚轴丝杠作匀加速运行。同时，PLC内置100KHz高速计数口读入光电旋转编码器8的实时采集的脉冲数据并转换成速度数据，再将伺服设定的运行速度和光电编码器实时采集的实际运行速度进行比较运算，实时调整伺服驱动器输入的脉冲值（即伺服电机运行速度），从而实现了滚轴丝杠运行速度的闭环实时调整控制，以满足液压阻尼器14阀闭检测中滚轴丝杠的实时匀加速运行和实时动态数据采集。

而双向压力传感器9实时采集的实际压力传输到A/D转换模块后，转换成±16位二进制数据值，PLC把设定的限定阻力和实时采集的实际压力进行比较，当滚轴丝杠的运行速度V>阻尼器闭锁速度Vb时，使阀芯克服弹簧阻力关闭；而当采集的实际压力瞬间到达设定限定阻力时，立即停止伺服电机驱动，由检测操作人员可以根据人机界面的实时数据显示和曲线调整检测参数，再进行检测或检测完成。若采集的实际压力未到达设定限定阻力，则采集光电编码器的实时脉冲量，并转换成滚轴丝杠的运行速度V，将伺服电机匀加速的设定值和实际运行速度V进行比较，如果两者之间的差值大于±0.5mm/Sec，把伺服电机的运行脉冲量加上或减去速度差值转换成的脉冲量，通过伺服控制指令“可变速脉冲指令PLSV”特性，即可以实时改变伺服电机运行速度功能。把PLC运算后的脉冲总量加载到伺服驱动器脉冲控制端，控制伺服电机运行速度，实时调节运行速度V，使其达到设定的匀加速运行特性。调整完成后，等待下一次20ms中断信号的到来（分段控制），一直到本次液压阻尼器阀闭检测结束。

需要说明的是，在整个试验过程中，必须保证阻尼器试验油箱5中的油面始终超过被测液压阻尼器14。

上述试验检测中，滚轴丝杠的运行速度V，是由安装在滚轴丝杠同轴上的光电编码器测得。光电编码器每旋转一周，滚轴丝杠水平移动量为10mm。由于光电编码器的分辨率1000p/rev，因此一个脉冲信号间隔的滚轴丝杠的水平位移量为0.01mm。滚轴丝杠在匀加速运行状态下的运行速度值V为单位时间内滚轴丝杠的水平移动量。即滚轴丝杠水平运行速度V=0.01/△t（毫米/秒）。

另外，在电气控制台6上，可选用三菱GT1500系列触控屏用于设定阻尼器阀闭试验运行参数，试验状态的选择和控制。并且其余各电气控制器件均采用同品牌，可使系统连接实现无缝链接，大大提高了系统运行的稳定性。通过实时采集测试过程中的温度、速度、位移、拉/压力数据反馈值等数据，并显示在彩色的触控屏上，可以使检测操作人员根据检测运行曲线进行分析，实时调整检测设定参数，重复进行检测。

请结合图3所示，为了保证滚轴丝杠匀加速运行速度达到预设的数据要求，在伺服驱动控制中还进行分段控制，具体如下：

如果根据液压阻尼器14的检测要求，设定10秒内，必须保证滚轴丝杠的匀加速运行速度从0---达到8mm/Sec。在伺服驱动器中设定电子齿轮比1/1000，即1个脉冲对应滚轴丝杠水平移动0.001mm。要达到8mm/Sec的运行速度，则每秒8000脉冲量。为了保证实时控制匀加速运行，设定每20ms进行一次实时运行速度的中断检测比较和实时修正。

即计算公式如下：

1、任何加速时间内的分段数据：10秒/X段=0.02秒，X=10/0.02=500

2、任何运行速度的最大脉冲量：0.001*Vx=设定速度V，Vx=V*1000

3、任何状态下每段脉冲值：（V*1000）/X=N

第1段-----0.02Sec-----对应脉冲量N

第2段-----0.04Sec-----对应脉冲量2*N

第3段-----0.06Sec-----对应脉冲量3*N

第4段-----0.08Sec-----对应脉冲量4*N

第5段-----0.10Sec-----对应脉冲量5*N

…

…

…

第X-4段-----9.92Sec-----对应脉冲量496*N

第X-3段-----9.94Sec-----对应脉冲量497*N

第X-2段-----9.96Sec-----对应脉冲量498*N

第X-1段-----9.98Sec-----对应脉冲量499*N

第X段-----10.00Sec-----对应脉冲量500*N

通过PLC初始化程序的运算，可以求出上述对应的每一段匀加速的额定脉冲量。通过PLC定时中断控制模式，可以保证每20ms内完成对滚轴丝杠同轴上的光电编码器输入的脉冲量进行采集运算。把计算出的滚轴丝杠实时运行速度值和每一段匀加速数据区中的额定值进行比较，偏差大于额定值的±0.50就进行修正。然后通过PLC“可变速脉冲输出指令“PLSV”把计算结果以脉冲量送入伺服驱动器，达到调整伺服电机的转速，满足滚轴丝杠的匀加速控制。

综上所述，采用本发明的阻尼器阀闭性能试验台及试验方法，为小吨位液压阻尼器阀闭特性的检测提供了一种有效技术手段，将电气控制系统集运行控制、数据采集、显示、存档集于一体。其操作简单，数据调整方便。经过对秦山一期核电站使用的液压阻尼器进行实际检测，分析阻尼器阀闭运行速度和阀闭阻尼力数据曲线等一系列试验证明，该阻尼器阀闭性能试验台的工作性能稳定，完全满足设计技术要求。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (9)

1.一种阻尼器阀闭性能试验台，其特征在于：

包括机座、依次设于机座上的伺服电机、减速箱、滚轴丝杠和阻尼器试验油箱、以及设于机座一侧的电气控制台、滤油器工作站，其中，

所述的机座为一体式结构；

所述的伺服电机输出端通过减速箱与滚轴丝杠一端相连，滚轴丝杠该端还设有光电旋转编码器，滚轴丝杠另一端则通过设置双向压力传感器与阻尼器试验油箱的输入端相连，阻尼器试验油箱内设置被测液压阻尼器，电气控制台分别与伺服电机、光电旋转编码器、双向压力传感器电连接，滤油器工作站为阻尼器试验油箱提供试验用润滑油。

2.如权利要求1所述的阻尼器阀闭性能试验台，其特征在于：

所述的阻尼器试验油箱内设有阻尼器安装支架及温度传感器。

3.如权利要求1所述的阻尼器阀闭性能试验台，其特征在于：

所述的机座上还分别设有用以固定滚轴丝杠的第一支撑架和用以固定阻尼器试验油箱输入端的第二支撑架。

4.如权利要求3所述的阻尼器阀闭性能试验台，其特征在于：

所述的第一支撑架与滚轴丝杠通过含油轴承安装。

5.如权利要求2所述的阻尼器阀闭性能试验台，其特征在于：

所述的电气控制台设有PLC、触控屏、人机界面，PLC的输入端分别与光电旋转编码器、双向压力传感器、温度传感器相连，输出端与伺服电机相连。

6.如权利要求1所述的一种阻尼器阀闭性能试验台的试验方法，其特征在于：

包括以下步骤：

A.将被测液压阻尼器安装于阻尼器试验油箱内，并根据被测液压阻尼器的规格型号安装相应的双向压力传感器；

B.通过电气控制台的触控屏进行阻尼器各试验参数的设定；

C.通过滤油器工作站为阻尼器试验油箱供润滑油，并使油面超过被测液压阻尼器；

D.通过PLC根据设定来驱动伺服电机并推动滚轴丝杠作匀加速运行，进行检测液压阻尼器的实时动态性能，并通过光电旋转编码器、双向压力传感器、温度传感器来实时采集数据及显示。

7.如权利要求6所述的试验方法，其特征在于：

在步骤B中，所述的各试验参数包括限定阻力、运行时间、运行速度、运行距离。

8.如权利要求7所述的试验方法，其特征在于：

在步骤D中，将光电旋转编码器实时采集的实际运行速度输入PLC，并与设定的运行速度进行比较，用以对滚轴丝杠运行速度的闭环实时调整控制。

9.如权利要求7所述的试验方法，其特征在于：

在步骤D中，将双向压力传感器实时采集的实际压力输入PLC，并与设定的限定阻力进行比较，若实际压力瞬间到达设定的限定阻力，立即停止伺服电机驱动。