CN106840645B - 一种阀门静压寿命试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于阀门试验技术领域，具体涉及一种阀门静压寿命试验系统。为了解决采用现有阀门静压寿命试验台对阀门进行静压寿命测试时，由于试验条件与阀门实际使用工况存在差异而导致试验结果不精准的问题，本发明公开了一种阀门静压寿命试验系统。该阀门静压寿命试验系统包括高压清水系统、低压固液两相流系统以及阀门试验系统，阀门试验系统有选择的与高压清水系统连接或与低压固液两相流系统连接。本发明的阀门静压寿命试验系统不仅可以对阀门进行清水介质的静压寿命试验，还可以进行固液两相流介质的静压寿命试验。这样根据两种介质下的试验数据，不仅可以对阀门的使用性能进行更全面的评估，而且可以对阀门的设计进行更有效地改进。

Description

一种阀门静压寿命试验系统

技术领域

本发明属于阀门试验技术领域，具体涉及一种阀门静压寿命试验系统。

背景技术

阀门静压寿命试验，是在试验室条件下当阀门承受介质压力的作用时，对阀门进行从全开到全关的循环操作试验。其中，阀门静压寿命试验次数是指阀门进行静压寿命试验过程中，阀门能够保持并满足标准所要求性能的开关循环总次数。

目前，对阀门进行静压寿命的试验台功能单一，只能测试单相清水介质条件下的阀门静压寿命试验。然而，在阀门的实际使用过程中，流过阀门的介质很难是单纯的清水介质，经常夹杂其他介质形成固液两相介质。这样在试验条件下测得的阀门静压寿命值与阀门的实际使用寿命相差甚远，对阀门使用性能的全面评估以及对阀门的设计改进极为不利。

发明内容

为了解决采用现有阀门静压寿命试验台对阀门进行静压寿命测试时，由于试验条件与阀门实际使用工况存在差异而导致试验结果不精准的问题，本发明提出了一种阀门静压寿命试验系统，用于对各种不同公称直径的截止阀、旋塞阀、止回阀、球阀、调节阀、闸阀、阀组等高压阀门进行不同工况的静压寿命试验。该阀门静压寿命试验系统，包括高压清水系统、低压固液两相流系统以及阀门试验系统；其中，

所述高压清水系统，包括清水泵组、水箱以及高压管路和低压管路，所述清水泵组包括清水泵、安全阀以及单向阀；所述清水泵的进口端与所述水箱连接，所述安全阀和所述单向阀依次位于所述清水泵的出口端，并且所述安全阀的出口端与所述水箱连接；所述高压管路的一端与所述清水泵的出口端连接，另一端与所述阀门试验系统连接；所述低压管路的一端与所述阀门试验系统连接，另一端与所述水箱连接；

所述低压固液两相流系统，包括污水泵、方向控制阀、污水桶以及出水管路和回水管路；所述污水泵的进口端与所述污水桶连接，所述方向控制阀位于所述污水泵的出口端；所述出水管路的一端与所述污水泵的出口端连接，另一端与所述阀门试验系统连接；所述回水管路的一端与所述阀门试验系统连接，另一端与所述污水桶连接；

所述阀门试验系统，包括被试阀以及气动执行器组件，所述气动执行器组件包括气源、换向阀以及气动执行器；所述换向阀位于所述气源和所述气动执行器之间；所述气动执行器与所述被试阀连接；所述被试阀的进口端与所述高压管路连接或与所述出水管路连接，所述被试阀的出口端与所述低压管路连接或与所述回水管路连接。

优选的，所述高压清水系统还包括压力流量控制组件，所述压力流量控制组件包括溢流阀、入口节流截止阀及出口节流截止阀；所述溢流阀位于所述高压管路上，所述入口节流截止阀位于所述高压管路中所述溢流阀的下游位置，所述出口节流截止阀位于所述低压管路上。

进一步优选的，该系统还包括PLC控制系统，所述换向阀选用两位四通电磁换向阀，所述溢流阀选用电磁溢流阀；所述换向阀和所述溢流阀与所述PLC控制系统连接。

进一步优选的，所述阀门试验系统还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器位于所述气动执行器和所述被试阀之间并与所述PLC控制系统连接，用于检测所述被试阀的输入扭矩。

优选的，所述阀门试验系统还包括空气过滤减压阀，所述空气过滤减压阀位于所述气源与所述换向阀之间。

优选的，所述方向控制阀采用弹簧式单向阀，并且所述弹簧式单向阀的进口端与所述出水管路连接，所述弹簧式单向阀的出口端与所述回水管路连接。

优选的，所述清水泵组还包括蓄能器，所述蓄能器位于所述单向阀的出口端。

优选的，所述阀门试验系统与所述低压固液两相流系统之间设有输气管路，所述输气管路的一端与所述气源的出口端连接，另一端延伸至所述污水桶的内部。

优选的，所述低压固液两相流系统中还包括一个低压集成块，所述出水管路和所述回水管路采用低压软管；所述出水管路的一端与所述污水泵的出口端连接，另一端与所述低压集成块连接；所述回水管路的一端与所述低压集成块连接，另一端与所述污水桶连接；所述低压集成块通过两个硬质管道与所述被试阀的进口端和出口端连接。

优选的，所述高压管路与所述出水管路通过第一三通阀与所述被试阀的进口端连接，所述低压管路和所述回水管路通过第二三通阀与所述被试阀的出口端连接，并且所述第一三通阀与所述第二三通阀采用互锁的连接方式。

采用本发明的阀门静压寿命试验系统对阀门进行静压寿命试验，具有以下有益效果：

本发明的阀门静压寿命试验系统，通过设置高压清水系统、低压固液两相流系统以及阀门试验系统，并且阀门试验系统通过可选择的与高压清水系统连接或与低压固液两相流系统连接，从而实现对被试阀进行清水介质条件下的阀门静压寿命试验和固液两相流介质条件下的阀门静压寿命试验。通过对阀门进行固液两相流介质条件下的静压寿命试验，从而获得阀门在固液两相流介质条件下的试验数据，根据这些试验数据不仅可以对阀门的使用性能进行更全面评估，而且可以对阀门的结构设计和材质选择进行有效地改进，进而提升阀门的使用性能和使用寿命。

在本发明的高压清水系统中设有溢流阀、入口节流截止阀和出口节流截止阀。溢流阀位于高压管路上，通过对清水泵输出的清水介质压力进行调整，实现对被试阀进行不同压力条件下的静压寿命试验。入口节流截止阀位于高压管路，出口节流截止阀位于低压管路，通过对入口节流截止阀和出口节流截止阀的配合调整，使进入和流出被试阀的清水介质流量得到有效控制，从而达到对被试阀的进口端和出口端之间的清水介质压力进行调整的目的，最终使被试阀进、出口两端的压力差保持稳定，提高阀门静压寿命试验的精准度。

附图说明

图1为本发明阀门静压寿命试验系统的系统原理图；

图2为本发明阀门静压寿命试验系统中高压清水系统与阀门试验系统之间的连接结构示意图；

图3为本发明阀门静压寿命试验系统中高压清水系统的结构示意图；

图4为本发明阀门静压寿命试验系统中低压固液两相流系统与阀门试验系统之间的连接结构示意图；

图5为本发明阀门静压寿命试验系统中阀门试验系统的结构示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明中的技术方案进行详细介绍。

如图1所示，本发明的阀门静压寿命试验系统，包括高压清水系统1、低压固液两相流系统2以及阀门试验系统3。其中，阀门试验系统3有选择的与高压清水系统1连接或与低压固液两相流系统2连接。

结合图1和图2所示，高压清水系统1包括清水泵11、水箱12以及高压管路13和低压管路14。其中，高压管路13的一端与清水泵11的出口端连接，另一端与阀门试验系统3连接。低压管路14的一端与阀门试验系统3连接，另一端与水箱12连接。清水泵11的进口端与水箱12连接，清水泵11的出口端依次安装有安全阀111和单向阀112，其中安全阀111的出口端直接与水箱12连接。在本方发明中，安全阀111和单向阀112直接与清水泵11采用一体式结构组成清水泵组。安全阀111为手动式结构，通过设定安全阀111的开启压力值，可以对清水泵11的最高工作压力进行限制，即对清水泵11输出的清水介质最高压力进行限制，从而对清水泵11进行保护。单向阀112位于清水泵11的出口端，用于防止高压管路13内的高压清水介质倒流至清水泵11内，对清水泵11造成损坏，同时可以提高清水泵11的利用效率。

优选的，高压清水系统1还包括由溢流阀15、入口节流截止阀16.1及出口节流截止阀16.2组成的压力流量控制组件。其中，溢流阀15位于高压管路13上，用于控制通过高压管路13进入阀门试验系统3的清水介质的压力。入口节流截止阀16.1位于高压管路13中溢流阀15的下游位置，出口节流截止阀16.2位于低压管路14上，通过调节入口节流截止阀16.1和出口节流截止阀16.2的阀口开启量，对进入和流出阀门试验系统3的清水介质流量进行精准调控，从而达到稳定进入和流出阀门试验系统3的清水介质压力的目的。

优选的，高压清水系统1还包括蓄能器17和卸荷阀18。蓄能器17选用皮囊式结构并位于单向阀112的出口端，用于吸收高压清水系统1中的压力脉动，保证高压清水系统1输出压力的稳定性。卸荷阀18位于高压管路13和低压管路14之间，当高压清水系统1停止工作或工作过程中出现意外时，通过卸荷阀18可以将高压管路13内的高压清水介质进行快速卸荷，确保系统的安全。

进一步优选的，压力流量控制组件固定安装在高压集成块10上，并且高压管路13和低压管路14连接至高压集成块10。蓄能器17和卸荷阀18固定安装在出水端控制块20上，出水端控制块20位于单向阀112的出口端。通过采用集成块的结构形式，不仅可以提高元件安装固定的集成度，减少对空间的占用，而且可以减少介质传递过程中的能量损失，提高对介质压力的控制精度。

结合图2和图3所示，优选的，水箱12上设有回水过滤器121、液位液温计122、放水阀123、低压球阀124、吸水过滤器125、吸水管路126以及空气滤清器127。其中，水箱12固定在水箱支架128上，水箱12的底面呈倾斜状态，顶面保持水平，四周壁面垂直于顶面。回水过滤器121安装在水箱12的顶面，并与低压管路14连接，对经过阀门试验系统3后回流至水箱12的清水介质进行过滤。液位液温计122位于水箱12的侧面，对水箱12内部清水介质的液位高度和介质温度进行实时检测。放水阀123固定在水箱12的底面，并且位于底面中较低的一端，正常情况下放水阀123处于关闭状态，当对水箱12的内部进行清洗时，通过开启放水阀123可以对水箱12内的清水介质进行排放。低压球阀124位于水箱12的底面，用于控制水箱12与清水泵11之间清水介质的通断。当清水泵11停止运行时，低压球阀124处于关闭状态，防止水箱12内的清水介质发生泄漏。当清水泵11需要进行工作时，首先将低压球阀124开启，使水箱12内的清水介质可以及时进入清水泵11的进口端。吸水过滤器125位于低压球阀124的出水端，对进入清水泵11进口端的清水介质进行过滤，避免清水泵11吸入杂质，从而保护清水泵11及其他元件。吸水管路126位于吸水过滤器125和清水泵11的进口端之间，并且采用硬质管路、固定铺设的方式，这样可以降低清水介质由水箱12流至清水泵11过程中的沿程损失，使流至清水泵11进口端的清水介质保持一定的水压，从而避免清水泵11出现吸空现象。空气滤清器127位于水箱12的顶面，用于连通水箱12的内部空间与外界空间，从而维持水箱12的内部压力和外界大气压力之间的平衡，同时对通过空气滤清器127进出水箱12的空气进行杂质过滤，从而避免水箱12内部的清水介质受到污染，提高清水介质的清洁度。

结合图1和图4所示，低压固液两相流系统2包括污水泵21、污水桶22、方向控制阀23以及出水管路24和回水管路25。其中，出水管路24的一端与污水泵21的出口端连接，另一端与阀门试验系统3连接。回水管路25的一端与阀门试验系统3连接，另一端与污水桶22连接。污水泵21的进口端与污水桶22连接。在本发明中，直接将污水泵21置于污水桶22内，这样可以大大提高污水泵21吸入固液两相流介质的能力，减少吸空现象。方向控制阀23位于污水泵21的出口端，并且方向控制阀23的进口端与出水管路24连接，出口端与回水管路25连接。在本发明中，方向控制阀23采用弹簧式单向阀结构，并将方向控制阀23的开启压力设定为5MPa。这样不仅可以通过设定弹簧预紧力对出水管路24内固液两相流介质的压力进行限定，当出水管路24中固液两相流介质的压力超过设定压力时，固液两相流介质通过弹簧式单向阀直接流至回水管路25，而且单向阀结构简单可以快速实现固液两相流介质的通过，完成对出水管路24内固液两相流介质的回流操作。此外，在本发明中，出水管路24和回水管路25采用低压软管，这样借助软管可以对输送和回收固液两相流介质过程中产生的振动和噪音进行及时快速的吸收，从而降低系统的振动和噪音污染，提高试验系统工作的稳定性。

优选的，方向控制阀23固定在低压集成块30上，同时出水管路24和回水管路25也与低压集成块30连接，然后低压集成块30再通过硬质管路与阀门试验系统3进行连接。这样，通过低压集成块30不仅便于对方向控制阀23进行调节操作，而且将出水管路24和回水管路25与阀门试验系统3进行隔断，从而避免出水管路24和回水管路25中的振动传导至阀门试验系统3，对试验过程产生干扰，进而保证试验结果的精准度。

结合图1和图5所示，阀门试验系统3包括被试阀31以及气动执行器组件，其中气动执行器组件包括气源32、换向阀33以及气动执行器34。换向阀33位于气源32和气动执行器34之间。气动执行器34与被试阀31连接。被试阀31的进口端与高压管路13连接或与出水管路24连接，被试阀31的出口端与低压管路14连接或与回水管路25连接。在本发明中，被试阀31的进口端和出口端分别通过快速接头与高压管路13和低压管路14连接或与出水管路24和回水管路25连接。当然，在实际的试验操作过程中，也可以根据污水桶22内固液两相流介质的种类以及固体颗粒的大小和比例，被试阀31的进口端通过三通阀与高压管路13和出水管路24连接，被试阀31的出口端通过三通阀与低压管路14和回水管路25连接，并且两个三通阀之间采用互锁的方式连接，即当被试阀31的进口端与高压管路13连接时，被试阀31的出口端与低压管路14连接；当被试阀31的进口端与出水管路24连接时，被试阀31的出口端与回水管路25连接。此外，在本发明中，换向阀33选用两位四通换向阀，其中换向阀33的进口与气源32连接，出口与外界大气连接，两个工作口分别与气动执行器34的两个工作口连接，这样通过控制换向阀33的换向操作，就可以对气动执行器34进行往复运动控制，从而控制被试阀31的阀门开启和关闭操作。另外，在本发明中，气源32采用空气压缩机，这样气源32可以根据阀门试验系统3的压力变化而工作，当阀门试验系统3的压力低于设定值时，气源32开始工作，直至达到压力设定值后停止工作，在此时间段内气源32持续输出压力空气。

优选的，阀门试验系统3还包括扭矩传感器35和空气过滤减压阀36。扭矩传感器35位于气动执行器34和被试阀31之间，一端与被试阀31垂直固定连接，另一端与气动执行器34连接，这样可以与被试阀31的阀杆以及气动执行器34的输出轴进行同步转动，从而对输入被试阀31的扭矩值进行直接采集，保证数据采集的准确性和及时性。空气过滤减压阀36位于气源32与换向阀33之间，一方面对进入换向阀33的压力空气进行净化，另一方面对气源32输出的空气压力进行控制，保证气动执行器34的稳定工作。

此外，在本发明的阀门静压寿命试验系统中还设有PLC控制系统4，并且溢流阀15、卸荷阀18以及换向阀33采用电磁控制方式与PLC控制系统4连接，扭矩传感器35与PLC控制系统4连接，以及气源32通过配电箱41与PLC控制系统4连接。这样通过PLC控制系统4就可以对该系统进行远程的控制和监测。

另外，在入口节流截止阀16.1的进口端设有压力表19.1，用于辅助溢流阀15对高压管路13内的清水介质进行压力调整。入口节流截止阀16.1的出口端设有压力表19.2以及出口节流截止阀16.2的进口端设有压力表19.3，用于检测和辅助入口节流截止阀16.1和出口节流截止阀16.2对进入和流出被试阀31的清水介质压力进行调整，最终使被试阀31进、出口端的清水介质压力保持稳定。同样，在空气过滤减压阀36的出口端设有压力表37，用于检测阀门试验系统3内的空气压力大小，保证气动执行器34进行往复运动的稳定性，即保证被试阀31进行稳定的开关操作。

结合图1所示，在本发明的阀门静压寿命试验系统中还设有一根输气管路5，输气管路5的一端与气源32的出口端连接，另一端延伸至污水桶22的内部，将气源32输出的压力气体引导至污水桶22内部。这样，通过压力气体推动污水桶22内的固液两相流介质进行充分的混合，以便污水泵21吸入和输出混合均匀的固液两相流介质。另外，在输气管路5上设有截止阀51，根据需要对输气管路5的通断进行控制。

采用本发明的阀门静压寿命试验系统，对被试阀31进行清水介质条件下的静压寿命试验步骤为：

步骤S1，将高压管路13与被试阀31的进口端连接，低压管路14与被试阀31的出口端连接。将水箱12中的低压球阀124开启，使水箱12内部的清水介质可以直接流至清水泵11的进口端。并且对清水泵11出口端的安全阀111进行压力设定，限定清水泵11的最高输出压力。

步骤S2，通过PLC控制系统4对配电箱41进行控制，启动气源32输出压力气体，启动清水泵11输出高压清水介质。根据压力表37的数值显示，对空气过滤减压阀36进行调整，使气源32输出的气体压力保持稳定并达到驱动气动执行器34正常工作的试验要求。同时，借助压力表19.1，通过PLC控制系统4对溢流阀15进行压力调整，使通过高压管路13进入被试阀31的清水介质压力达到试验要求。在本发明中，清水泵11采用高压泵，这样溢流阀15的调压范围为0～80MPa，从而满足对被试阀31进行高压状态下的阀门静压寿命试验。接着对入口节流截止阀16.1和出口节流截止阀16.2进行开口量的调整，即对进入和流出被试阀31的清水介质流量进行调整，进而实现对被试阀31进口端和出口端的介质压力进行调整，使压力表19.2和19.3达到稳定状态，使被试阀31进口端和出口端之间的压力差保持稳定。

步骤S3，通过PLC控制系统4，对换向阀33进行换向操作，即对气动执行器34进行往复运动操作，使被试阀31进行开关操作。同时，通过PLC控制系统4对换向阀33的的换向次数进行自动记录，即对被试阀31的开关次数进行自动记录。通过PLC控制系统4对扭矩传感器35的数据值进行实时监测和记录，确保气动执行器34和被试阀31保持正常试验工作。

步骤S4，完成被试阀31的静压寿命试验后，首先关闭清水泵11、低压球阀124和气源32。然后通过PLC控制系统4开启卸荷阀18，将高压管路13中的高压清水介质进行卸荷。最后再将高压管路13和低压管路14与被试阀31进行分离拆除。

采用本发明的阀门静压寿命试验系统，对被试阀31进行固液两相流介质条件下的静压寿命试验步骤为：

步骤T1，首先将出水管路24与被试阀31的进口端连接，将回水管路25与被试阀31的出口端连接。然后选取适当的方向控制阀23，对污水泵21输出的固液两相流介质的流向进行控制。

步骤T2,首先通过PLC控制系统4启动气源32输出压力空气，并打开截止阀51将部分压力空气通过输气管道5引导至污水桶22的内部，对固液两相流介质进行混合。同时，根据压力表37的数值显示，对空气过滤减压阀36进行调整，使气源32输出的空气压力保持稳定并达到驱动气动执行器34正常工作的试验要求。

步骤T3，启动污水泵21，从污水桶22内吸入固液两相流介质并输送至被试阀31。同时，通过PLC控制系统4，对换向阀33进行换向操作，即对气动执行器34进行往复运动操作，使被试阀31进行开关操作。同时，通过PLC控制系统4对换向阀33的的换向次数进行自动记录，即对被试阀31的开关次数进行自动记录。通过PLC控制系统4对扭矩传感器35的数据值进行实时监测和记录，确保气动执行器34和被试阀31保持正常试验工作。

Claims (8)

1.一种阀门静压寿命试验系统，其特征在于，包括高压清水系统、低压固液两相流系统以及阀门试验系统；其中，

所述高压清水系统，包括清水泵组、水箱以及高压管路和低压管路，所述清水泵组包括清水泵、安全阀以及单向阀；所述清水泵的进口端与所述水箱连接，所述安全阀和所述单向阀依次位于所述清水泵的出口端，并且所述安全阀的出口端与所述水箱连接；所述高压管路的一端与所述清水泵的出口端连接，另一端与所述阀门试验系统连接；所述低压管路的一端与所述阀门试验系统连接，另一端与所述水箱连接；

所述低压固液两相流系统，包括污水泵、方向控制阀、污水桶以及出水管路和回水管路；所述污水泵的进口端与所述污水桶连接，所述方向控制阀位于所述污水泵的出口端；所述出水管路的一端与所述污水泵的出口端连接，另一端与所述阀门试验系统连接；所述回水管路的一端与所述阀门试验系统连接，另一端与所述污水桶连接；

所述阀门试验系统，包括被试阀以及气动执行器组件，所述气动执行器组件包括气源、换向阀以及气动执行器；所述换向阀位于所述气源和所述气动执行器之间；所述气动执行器与所述被试阀连接；所述被试阀的进口端与所述高压管路连接或与所述出水管路连接，所述被试阀的出口端与所述低压管路连接或与所述回水管路连接；

所述阀门试验系统还包括空气过滤减压阀，所述空气过滤减压阀位于所述气源与所述换向阀之间；

所述方向控制阀采用弹簧式单向阀，并且所述弹簧式单向阀的进口端与所述出水管路连接，所述弹簧式单向阀的出口端与所述回水管路连接。

2.根据权利要求1所述的阀门静压寿命试验系统，其特征在于，所述高压清水系统还包括压力流量控制组件，所述压力流量控制组件包括溢流阀、入口节流截止阀及出口节流截止阀；所述溢流阀位于所述高压管路上，所述入口节流截止阀位于所述高压管路中所述溢流阀的下游位置，所述出口节流截止阀位于所述低压管路上。

3.根据权利要求2所述的阀门静压寿命试验系统，其特征在于，该系统还包括PLC控制系统，所述换向阀选用两位四通电磁换向阀，所述溢流阀选用电磁溢流阀；所述换向阀和所述溢流阀与所述PLC控制系统连接。

4.根据权利要求3所述的阀门静压寿命试验系统，其特征在于，所述阀门试验系统还包括扭矩传感器，所述扭矩传感器位于所述气动执行器和所述被试阀之间并与所述PLC控制系统连接，用于检测所述被试阀的输入扭矩。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的阀门静压寿命试验系统，其特征在于，所述清水泵组还包括蓄能器，所述蓄能器位于所述单向阀的出口端。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的阀门静压寿命试验系统，其特征在于，所述阀门试验系统与所述低压固液两相流系统之间设有输气管路，所述输气管路的一端与所述气源的出口端连接，另一端延伸至所述污水桶的内部。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的阀门静压寿命试验系统，其特征在于，所述低压固液两相流系统中还包括一个低压集成块，所述出水管路和所述回水管路采用低压软管；所述出水管路的一端与所述污水泵的出口端连接，另一端与所述低压集成块连接；所述回水管路的一端与所述低压集成块连接，另一端与所述污水桶连接；所述低压集成块通过两个硬质管道与所述被试阀的进口端和出口端连接。

8.根据权利要求1-4中任意一项所述的阀门静压寿命试验系统，其特征在于，所述高压管路与所述出水管路通过第一三通阀与所述被试阀的进口端连接，所述低压管路和所述回水管路通过第二三通阀与所述被试阀的出口端连接，并且所述第一三通阀与所述第二三通阀采用互锁的连接方式。

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