CN107607311B - 一种闸阀关闭件强度试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种闸阀关闭件强度试验装置，对目前楔式闸阀的关闭件组合强度试验方法进行了改进，采用扭矩加载方式，进行扭矩和拉伸载荷下的关闭件组合强度试验分析，更加真实模拟闸阀工况下的开启运作方式进行试验，各项性能参数的试验数据也更加精准，通过设置第一固定件和第二固定件，第一固定件用于固定安装阀杆螺母，第一固定件设置有带动其扭转的扭转驱动装置，该扭转驱动装置的输出轴设置有扭矩传感器，第二固定件用于固定安装闸板；通过在固定座上设置有力值传感器，该力值传感器用于在扭转驱动装置带动阀杆螺母转动时检测阀杆受到的拉伸力。
Description
技术领域
本发明涉及阀门强度测试领域，更具体的说是涉及一种闸阀关闭件强度试验装置。
背景技术
闸阀关闭件组合强度直接影响启闭动作性能，在工况管道系统中由于介质温度波动导致阀体及阀杆的热胀冷缩，闸板和阀座长期紧密关闭状态导致粘结现象，过载荷的闸板关闭力矩等因素，导致阀门开启时闸板和阀杆连接部位会发生脱离现象，并且这种故障发生在阀体内部，无法判定阀门的启闭状态，整个管道系统不能够及时进行故障问题维修，据统计闸阀关闭件抗拉强度试验的不合格率约50％，因此闸阀的检验技术要求不但体现在压力密封性能，同时对关闭件抗拉强度性能也有重要的要求。API 600-2009、GB/T 12234-2007及API 591-2008等标准提出了对闸阀关闭件抗拉强度试验要求，阀杆应设计成在轴向载荷的作用下，阀杆与闸板连接处以及阀门压力边界以内部分的阀杆强度应超过阀杆操作螺纹根部的强度，若发生闸板卡死事故时，阀杆的损坏应出现在闸阀承压区域之外，同时阀杆连接应设计成防止在阀门使用中阀杆转动或脱离闸板，闸阀在使用过程中常常发生关闭件卡死无法启闭故障，一直是国内外阀门行业的技术难题，该项目的试验合格率也极低，试验操作步骤繁琐需破坏样品形状才能有效夹持试验。
现有技术中的楔式闸阀的关闭件包括阀杆螺母、阀杆、闸板，阀杆一端同阀杆螺母螺纹连接，阀杆的另一端与闸板卡接，在正常工作时阀杆和阀杆螺母之间配合是梯形螺纹连接，阀杆与楔式闸板之间配合是T形头和T形槽过盈装配，楔式闸板此时相当于压紧固定于两个阀座之间，阀杆螺母旋转，阀杆T形头被固定的T形槽卡住，以至于带动阀杆进行上升动作；因此正常开启操作工况中，阀杆是先产生了扭矩，再通过梯形螺母的传动，斜度方向产生了拉力，而且随着拉力的逐渐升高，扭矩值也逐渐变大。T形头和T形槽之间、阀杆本身、阀杆和阀杆螺母之间应承受着垂直方向的拉力值和以阀杆为中心的扭矩值。因此在设计人员在设计T形头和T形槽、阀杆、阀杆螺母不单单进行拉力的结构设计，同时应考虑到扭矩值。而且阀杆工矿情况下所承受的拉力值比单纯拉伸阀杆所承受的拉力值要小。而且阀杆螺母受到手轮(或电装)驱动旋转，以至于阀杆螺母的支撑面受力，同时阀杆螺母本身受到手轮(或电装)施加的扭矩值。此扭矩值对于阀杆螺母手轮(或电装)驱动受力部位(不包括支撑部位)的设计有一定的要求，而GB/T 12234-2007没有对此部位试验做要求，此部位的强度可能会小于螺纹根部的强度。在过程后期，阀杆拉伸失效后，由于阀杆受到很大拉力作用，阀杆直径及梯形螺纹直径会变细，进一步引起梯形螺距变大，因此阀杆螺母和阀杆上的梯形螺纹会进入咬合状态，螺纹传动失效，无法旋转传动。以至于过程后期不是进行拉伸试验，而是进行扭矩试验，而国内外闸阀标准的试验方法都只进行关闭件轴向拉伸试验，与实际工况也不相符。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明对目前楔式闸阀的关闭件组合强度试验方法进行了改进，采用扭矩加载方式，进行扭矩和拉伸载荷下的关闭件组合强度试验分析，更加真实模拟闸阀工况下的开启运作方式进行试验，各项性能参数的试验数据也更加精准。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种闸阀关闭件强度试验装置，包括安装座、第一固定件、第二固定件，第一固定件用于固定阀杆螺母，第一固定件设置有带动第一固定件扭转的扭转驱动装置，该扭转驱动装置设置有用于测量输出扭转驱动装置扭矩的扭矩传感器，第二固定件用于固定闸板，安装座包括第一固定座和第二固定座，第二固定座支撑第一固定座，扭转驱动装置固定安装在第一固定座上，在工作时阀杆螺母被夹持在第一固定座下底板和第一固定件之间，第二固定座上设置有力值传感器，力值传感器的检测端与第一固定座接触，且用于检测第一固定座的压力，扭转驱动装置转动时阀杆螺母对第一固定座产生压力。
作为本发明的进一步改进，第二固定件包括第一夹板和第二夹板，该第一夹板以及第二夹板的内壁与楔形闸板相匹配。
作为本发明的进一步改进，第一夹板和第二夹板均设置有调节其夹持紧度的第一调节驱动装置。
作为本发明的进一步改进，第一固定件包括卡接头，该卡接头内壁与阀杆螺母外壁相互匹配啮合，卡接头下端设置有夹持调节组件，卡接头周壁上开有对称的螺孔，夹持调节组件包括两个螺杆，两个螺杆与螺孔螺纹连接，螺杆朝向卡接头内壁侧设置有与阀杆螺母外侧壁吻合的抵触板，该抵触板朝向阀杆螺母一侧设置有防滑垫。
作为本发明的进一步改进，第一固定座上端固定连接有第一调节升降装置，该第一调节升降装置带动扭转驱动装置上下移动，第一固定座设置有第一安装板，扭转驱动装置与第一安装板固定连接，第一安装板与第一固定座滑动连接，第一调节升降装置的输出轴与第一安装板或者扭转驱动装置固定连接。
作为本发明的进一步改进，安装座还包括有第三固定座，第二固定座与第三固定座滑动连接，第三固定座上端设置有第二调节升降装置，第二调节升降装置的输出轴与第二固定座连接，该第二调节升降装置用于带动第二固定座上下升降。
作为本发明的进一步改进，第一固定座的下底板上设置有平面轴承，该平面轴承的内环与阀杆螺母相互抵触，平面轴承用于供阀杆穿过。
作为本发明的进一步改进，第二固定座设置有支撑柱，该支撑柱下端与第二固定座下底板固定连接，支撑柱与力值传感器平行设置。
本发明的有益效果为：闸板、阀杆、阀杆螺母形成组合件，第一固定件和第二固定件分别固定阀杆螺母和闸板，第一固定件连接扭转驱动装置驱动阀杆螺母相对阀杆转动，由于阀杆螺杆与阀杆螺纹连接，在工作时阀杆螺杆与第一固定座下底板相互限位抵触，阀杆在与阀杆螺母产生扭矩的同时产生拉伸力，在扭转驱动装置带动阀杆螺母转动扭矩不断加强时，其拉伸力过大时导致阀杆螺母与阀杆螺纹连接处的螺纹损坏或者闸板阀杆T形槽与阀杆在拉伸作用力下发生破裂又或者阀杆本身自身强度不够时发生断裂，扭矩通过动态扭矩传感器直接感应，拉伸力通过力值传感器感应，以记载其闸阀组合件破坏时，其受到的扭矩最大值和拉伸力最大值来计算其闸阀组合件性能强度，本发明的组合强度试验装置高度模拟闸阀在工作时的受力情况，其检测的数字更加精确。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明的剖视图；
图3为第二固定件和阀杆螺母安装结构示意图；
图4为闸阀组合件的侧视图；
图5为闸阀组合件的主视图。
1、安装座；2、第一固定件；3、第二固定件；4、扭转驱动装置；5、扭矩传感器；6、通道；7、第一固定座；8、第二固定座；9、力值传感器；10、第一夹板；11、第二夹板；12、第一调节驱动装置；13、闸板；14、卡接头；15、夹持调节组件；16、螺孔；17、螺杆；18、抵触板；19、防滑垫；20、第一调节升降装置；21、第一安装板；22、第三固定座；23、第二调节升降装置；24、平面轴承；25、支撑柱；26、阀杆螺母；27、阀杆。
具体实施方式
下面将结合附图所给出的实施例对本发明做进一步的详述。
参照图1-5所示，本实施例公开的本发明用于测试楔式闸阀的关闭件，包括阀杆螺母、阀杆、闸板，阀杆一端同阀杆螺母螺纹连接，阀杆的另一端与闸板卡接，在正常工作时阀杆和阀杆螺母之间配合是梯形螺纹连接，阀杆与楔式闸板之间配合是T形头和T形槽过盈装配；
一种闸阀关闭件强度试验装置，包括安装座1、第一固定件2、第二固定件3，第一固定件2用于固定阀杆螺母26，第一固定件2设置有带动其扭转的扭转驱动装置4，该扭转驱动装置4设置有用于测量输出扭转驱动装置4扭矩的扭矩传感器5，其扭矩传感器5可以采用TQ-664S型号，第二固定件3用于固定安装闸板13；安装座1设置有供阀杆27伸出的通道6，阀杆27一端与阀杆螺母26螺纹连接，另一端通过通道6与闸板13卡接，优选的，第一固定件2和第二固定件3在分别安装阀杆螺母26和闸板13时，不破坏其本身结构，安装座1包括第一固定座7和第二固定座8，第二固定座8支撑第一固定座7，扭转驱动装置4固定在第一固定座7上端，该扭转驱动装置4与第一固定件2固定连接，在工作时阀杆螺母26被夹持在第一固定座7下底板和第一固定件2之间，第二固定座8上设置有力值传感器9，该力值传感器9的型号可以采用BK-1D-2000K，力值传感器9的检测端与第一固定座7接触，且用于检测第一固定座7的压力，扭转驱动装置4转动时阀杆螺母26对第一固定座7产生压力。
第一固定件2和第二固定件3分别固定阀杆螺母26和闸板13，第一固定件2连接扭转驱动装置4驱动阀杆螺母26相对阀杆27转动，由于阀杆27螺杆17与阀杆27螺纹连接，第一固定件2优选的与安装座1可拆卸连接，以方便适应不同规格粗细的阀杆螺母26，在工作时阀杆27螺杆17与第一固定座7下底板相互限位抵触，阀杆27在与阀杆螺母26产生扭矩的同时产生拉伸力，在扭转驱动装置4带动阀杆螺母26转动扭矩不断加强时，其拉伸力过大时导致阀杆螺母26与阀杆27螺纹连接处的螺纹损坏或者闸板13阀杆27T形槽与阀杆27在拉伸作用力下发生破裂又或者阀杆27本身自身强度不够时发生断裂，扭矩通过动态扭矩传感器5直接感应，拉伸力通过力值传感器9感应，以记载其闸阀组合件破坏时，其受到的扭矩最大值和拉伸力最大值来计算其闸阀组合件性能强度，本发明的组合强度试验装置高度模拟闸阀在工作时的受力情况，其检测的数字更加精确。
作为改进的一种具体实施方式，第二固定件3包括第一夹板10和第二夹板11，闸板13被夹持在第一夹板10和第二夹板11之间，该第一夹板10以及第二夹板11的内壁与楔形闸板13相匹配。
由于闸阀关闭件的闸板13是具有一定楔度，闸板13的密封面采用高硬度的合金金属堆焊，通过常规平行面夹持方式的拉伸夹具无法进行楔度夹持，并且夹块上用于增大摩擦力的锥度齿尖无法嵌入高硬度闸板13密封面，拉伸过程中就出现滑脱现象，因此闸阀企业及国内外检测机构通过液压万能材料试验机进行闸阀关闭件抗拉强度试验时基本采用以下两种方式：第一种是在闸板13中间钻孔，通过销轴贯穿进行固定；第二种是在闸板13的末端焊接一根钢制圆棒，以方便拉伸试验机圆柱夹具夹持；方式一钻孔方式，对于两片式的弹性闸板13，特别是口径DN≤50的弹性闸板13，通孔会改变两片式闸板13的结合固定强度；方式二焊接圆棒方式，对于高压力大口径的闸板13焊接过程工艺繁琐，圆棒和阀杆27的同轴度也要有一定要求以免拉伸斜位，热应力也会对闸板13试样有影响；以上方式都通过闸阀关闭件的二次加工才能满足抗拉强度试验，会在不同程度上改变了试验样品初始状况，对试验结果及分析都造成一定的影响，本发明通过设置第一夹板10和第二夹板11，以夹持的方式固定闸板13，第一夹板10和第二夹板11内壁与闸板13相互吻合，第一夹板10和第二夹板11优选采用合金材质，使得夹持状态时闸板13的密封面边缘能够嵌入直角卡口进行夹持，随着试验的进行，第一夹板10和第二夹板11沿着闸板13的外壁向内角度滑移，愈紧力越大夹持闸板13愈紧，同时直角卡口处也愈向内侧夹拢，使闸板13不能够滑脱，试验样品无需二次加工就能进行试验，试验样品初始状况得到了保证，试验效率也得到了大大的提升，试验结果更具说服力及数据分析也更加充分完整。
作为改进的一种具体实施方式，第一夹板10和第二夹板11均设置有调节其夹持紧度的第一调节驱动装置12；该第一调节驱动装置12可以为直线电机或者气缸或者液压缸。
通过设置第一调节驱动装置12，使得第二固定件3在调节时通过电动的驱动方式保持与闸板13夹持，使得夹持更加紧密，同时调节方式更加简便。
作为改进的一种具体实施方式，第一固定件2包括卡接头14，该卡接头14内壁与阀杆螺母26外壁相互匹配啮合，优先的，卡接头14的内壁设置有齿条，并且阀杆螺母26的外壁设置有与卡接头啮合的齿条，卡接头14下端设置有夹持调节组件15，卡接头14周壁上开有对称的螺孔16，夹持调节组件15包括两个螺杆17，两个螺杆17与螺孔16螺纹连接，螺杆17朝向卡接头14内壁侧设置有与阀杆螺母26外侧壁吻合的抵触板18，该抵触板18朝向阀杆螺母26一侧设置有防滑垫19。
相对现有技术中在直接拉伸试验时通过限位固定，通过将第一固定件2设置为与阀杆螺母26在扭矩转动方向上啮合，有效防止第一固定件2带动阀杆螺母26扭转时在转动方向上发生滑移，进一步通过设置夹持调节组件15固定阀杆螺母26，通过将螺杆17拧紧，其内侧防滑垫19与阀门螺母相互抵触固定，防止阀杆螺母26在拉伸方向上滑脱，本发明公开的第一固定件2结构相对简单，并且不破坏阀杆螺母26本身的结构，配合其他组件将阀杆螺母26与阀杆27之间的扭矩传递的拉伸力不发生损耗。
作为改进的一种具体实施方式，第一固定座7上端固定连接有第一调节升降装置20，该第一调节升降装置20带动扭转驱动装置4上下移动，第一固定座7设置有第一安装板21，扭转驱动装置4与第一安装板21固定连接，第一安装板21与第一固定座7滑动连接，第一调节升降装置20的输出轴与第一安装板21或者扭转驱动装置4固定连接，该第二调节升降装置23可以为直线电机或者气缸或者液压缸。
通过在第一固定座7上设置调节扭转驱动装置4的调节马达，该调节马达调整扭转驱动装置4上下移动，进而带动第一固定件2上下移动以适应不同长度规格的闸阀组合件，在安装时方便第一固定件2夹持固定阀杆螺母26。
作为改进的一种具体实施方式，安装座1还包括有第三固定座22，第二固定座8与第三固定座22滑动连接，第三固定座22上端设置有第二调节升降装置23，第二调节升降装置23的输出轴与第二固定座8连接，该第二调节升降装置23用于带动第二固定座8上下升降，该第二调节升降装置23可以为直线电机或者气缸或者液压缸。
第二固定座8滑动连接在第三固定座22上，通过设置第二调节升降装置23带动第二固定座8上下升降，以适用不同规格的闸阀组合件，由于闸板13固定在固定位置，通过调节第二固定座8同时驱动支撑在第二固定座8上的第一固定座7的底板高度，使得初始试验状态下第一固定座7的底板与阀杆螺母26相互限位抵触。
作为改进的一种具体实施方式，第一固定座7的下底板上设置有平面轴承24，该平面轴承24的内环与阀杆螺母26相互抵触，阀杆27穿过平面轴承24。
通过在第一固定座7下底板上设置平面轴承24，在安装闸阀组合件时，阀杆螺母26与平面轴承24相互抵触，在扭转驱动装置4驱动阀杆螺母26转动时，阀杆螺母26相对第一固定座7下底板相对转动，大大减少阀杆螺母26与第一固定座7之间的摩擦力，使得扭转驱动装置4驱动阀杆螺母26转动比较省力，并且防止阀杆螺母26下底面发生磨损。
作为改进的一种具体实施方式，第二固定座8设置有支撑柱25，该支撑柱25下端与第二固定座8下底板固定连接，支撑柱25与力值传感器9平行设置。
通过设置支撑柱25以支撑第一固定座7，分担力值传感器9所受到的压力，以保护力值传感器9的灵敏度。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种闸阀关闭件强度试验装置，其特征在于，包括安装座(1)、第一固定件(2)、第二固定件(3)，所述第一固定件(2)用于固定阀杆螺母(26)，所述第一固定件(2)设置有带动第一固定件(2)扭转的扭转驱动装置(4)，该扭转驱动装置(4)设置有用于测量输出扭转驱动装置扭矩的扭矩传感器(5)，所述第二固定件(3)用于固定闸板(13)，所述安装座(1)包括第一固定座(7)和第二固定座(8)，所述第二固定座(8)支撑第一固定座(7)，所述扭转驱动装置(4)固定安装在第一固定座(7)上，在工作时所述阀杆螺母(26)被夹持在第一固定座(7)下底板和第一固定件(2)之间，所述第二固定座(8)上设置有力值传感器(9)，所述力值传感器(9)的检测端与第一固定座(7)接触，且用于检测第一固定座(7)的压力，所述扭转驱动装置(4)转动时阀杆螺母(26)对第一固定座(7)产生压力。
2.根据权利要求1所述的一种闸阀关闭件强度试验装置，其特征在于：所述第二固定件(3)包括第一夹板(10)和第二夹板(11)，所述闸板(13)被夹持在第一夹板(10)和第二夹板(11)之间，该第一夹板(10)以及第二夹板(11)的内壁与闸板(13)相匹配。
3.根据权利要求2所述的一种闸阀关闭件强度试验装置，其特征在于：该第一夹板(10)和第二夹板(11)均设置有调节其夹持紧度的第一调节驱动装置(12)。
4.根据权利要求1或2或3所述的一种闸阀关闭件强度试验装置，其特征在于：所述第一固定件(2)包括卡接头(14)，该卡接头(14)内壁与阀杆螺母(26)外壁相互匹配啮合，所述卡接头(14)下端设置有夹持调节组件(15)，所述卡接头(14)周壁上开有对称的螺孔(16)，所述夹持调节组件(15)包括两个螺杆(17)，两个螺杆(17)与螺孔(16)螺纹连接，所述螺杆(17)朝向卡接头(14)内壁侧设置有与阀杆螺母(26)外侧壁吻合的抵触板(18)，该抵触板(18)朝向阀杆螺母(26)一侧设置有防滑垫(19)。
5.根据权利要求4所述的一种闸阀关闭件强度试验装置，其特征在于：所述第一固定座(7)上端固定连接有第一调节升降装置(20)，该第一调节升降装置(20)带动扭转驱动装置(4)上下移动，所述第一固定座(7)设置有第一安装板(21)，所述扭转驱动装置(4)与第一安装板(21)固定连接，所述第一安装板(21)与第一固定座(7)滑动连接，所述第一调节升降装置(20)的输出轴与第一安装板(21)或者扭转驱动装置(4)固定连接。
6.根据权利要求5所述的一种闸阀关闭件强度试验装置，其特征在于：所述安装座(1)还包括有第三固定座(22)，所述第二固定座(8)与第三固定座(22)滑动连接，所述第三固定座(22)上端设置有第二调节升降装置(23)，所述第二调节升降装置(23)的输出轴与第二固定座(8)连接，该第二调节升降装置(23)用于带动第二固定座(8)上下升降。
7.根据权利要求1或2或3或5或6所述的一种闸阀关闭件强度试验装置，其特征在于：所述第一固定座(7)的下底板上设置有平面轴承(24)，该平面轴承(24)的内环与阀杆螺母(26)相互抵触，所述平面轴承(24)用于供阀杆(27)穿过。
8.根据权利要求7所述的一种闸阀关闭件强度试验装置，其特征在于：所述第二固定座(8)设置有支撑柱(25)，该支撑柱(25)下端与第二固定座(8)下底板固定连接，所述支撑柱(25)与力值传感器(9)平行设置。
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