CN109084972A - 一种用于安全阀阀盘升力的测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于阀门测试技术领域，提供一种用于安全阀阀盘升力的测试装置及测试方法，主要是用来测量不同气压、不同阀盘开度下的阀盘升力。整个测试装置包括供气装置、连接管道、安全阀、千分尺进给机构、位移检测装置、气压检测装置、压力检测装置和数据采集系统。数据采集系统与位移检测装置、气压检测装置以及压力检测装置连接，能够实现数据的采集、处理和保存。千分尺进给机构设置在安全阀上，用来调节阀盘的开度。位移检测装置设置在安全阀上，用来反馈阀盘的开度。气压检测装置用于实时监测管道内的气压。压力检测装置用于实时测量阀盘的升力。本发明装置结构简单、精度高，为安全阀阀盘升力的测试提供了保障。

Description

一种用于安全阀阀盘升力的测试装置及测试方法

技术领域

本发明属于阀门测试技术领域，涉及一种用于安全阀阀盘升力的测试装置及测试方法。

背景技术

安全阀作为压力系统中超压保护的最后一道屏障，被广泛用于锅炉、压力容器和压力管道。安全阀通常处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力超过规定值时会自动开启，通过泄压来防止管道或设备内的压力超过规定数值。弹簧直接载荷式安全阀利用弹簧力来实现阀门的密封和回座，在工业中应用最广泛。安全阀在启闭过程中发生的颤振和频跳现象可能造成密封面磨损甚至变形、安全阀提前开启和介质泄露等十分严重的后果。

安全阀阀盘升力是影响弹簧直接载荷式安全阀启闭和密封性能的重要因素，研究安全阀阀盘升力具有十分重要的意义。因此，需要发明一种用于安全阀阀盘升力的测试装置及测试方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、精度高的用于安全阀阀盘升力的测试装置及测试方法。本发明解决了传统安全阀阀盘升力测试困难的问题，通过千分尺进给机构和激光位移传感器可以实现阀盘开度的精确调节，每次最小可以调节0.01mm。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于安全阀阀盘升力的测试装置，包括供气装置、连接管道、安全阀7、千分尺进给机构25、位移检测装置、气压检测装置、压力检测装置和数据采集系统46。

所述的供气装置包括空气压缩机14、连接管1、储气罐13、压力表2、泄压阀3、排水阀12和球阀11。所述的空气压缩机14与储气罐13之间通过连接管1连接，储气罐13上安装压力表2、泄压阀3，储气罐13下安装排水阀12，储气罐13中部与球阀11左端通过螺纹连接，并缠有生胶布；球阀11右端与连接管道的管道A4通过螺纹连接，并缠有生胶布。

所述的连接管道包括管道A4、管道B6和管道支架10。所述的管道A4和管道B6分别通过管道支架10固定在实验台8上，两个管道支架10位于管道A4和管道B6中部；所述的管道A4和管道B6的一端通过气压传感器接头9连接，管道A4的另一端与球阀11右端通过螺纹连接，管道B6的另一端与安全阀7的下法兰A15通过螺纹连接；上述所有接触端面上均安装O型密封圈用以增加端面的密封性。所述的气压传感器接头9上安装有气压传感器5。

所述的安全阀7包括下法兰A15、下法兰B35、阀口17、调整圈33、阀盘32、下杆37、中法兰19、导向盘18、阀杆29、上杆28、上法兰23和调节螺栓24。所述的下法兰B35与下法兰A15之间通过平头螺栓A34连接，下法兰B35与下法兰A15的端面上设有O型密封圈A16以增加密封性；所述的阀口17一端与下法兰B35之间通过螺纹连接，调整圈33与阀口17另一端之间通过螺纹连接；所述的导向盘18通过螺钉固定在中法兰19上，导向盘18与调整圈33之间有间隙，便于安全阀泄压时阀口17内的气体流出；所述的下杆37通过平头螺栓B36与下法兰B35和中法兰19连接，起到支撑固定作用，上杆28一端通过一字头紧固螺栓A27与上法兰23连接，另一端通过一字头紧固螺栓B31与中法兰19连接；所述的阀盘32与导向盘18之间为间隙配合，阀盘32可在导向盘18孔内自由移动，阀杆29上安装铝片20，并通过两个锁紧螺母30锁紧，阀杆29与压力传感器21之间为螺纹连接，阀杆29与调节螺栓24之间为间隙配合，阀杆29可以在调节螺栓24孔内移动。所述的导向盘18为锡青铜材料，可以增加耐磨性。

所述的千分尺进给机构25设置在调节螺栓24上，用于精准调节阀盘32的开度，具体为：所述的千分尺进给机构25与阀杆29之间为螺纹连接，千分尺进给机构25通过紧定螺钉26固定在调节螺栓24上，通过调节千分尺进给机构25可以带动阀杆29移动，从而使阀盘32移动，最终实现调节阀盘32的开度。

所述的位移检测装置为激光位移传感器22，设置在上法兰23上，用于反馈调节的阀盘32的开度。具体为：激光位移传感器22通过螺钉固定在上法兰23上，激光位移传感器22通过测与铝片20之间的距离可以间接测量阀盘32与阀口17的距离，从而实现阀盘32开度的反馈。

所述的气压检测装置为气压传感器5，设置在气压传感器接头9上，用于实时监测气压传感器接头9处的气压。具体为：气压传感器5与气压传感器接头9之间为螺纹连接，当管道A4内的气体经过气压传感器接头9时，气压传感器5可以监测气压传感器接头9处的气压。

所述的压力检测装置为压力传感器21，设置在阀杆29上，用于测量安全阀阀盘32的升力。具体为：压力传感器21与阀杆29之间为螺纹连接，当阀盘32受到阀口17喷出的气体后通过阀杆29作用到压力传感器21上，从而实现测量阀盘32升力的目的。

所述的数据采集系统46与位移检测装置、气压检测装置以及压力检测装置连接。所述的数据采集系统46包括电源电路47、电压采集卡48、电流采集卡49和上位机50，电源电路47主要为电压采集卡48、电流采集卡49、气压传感器5、激光位移传感器22和压力传感器21供电，电压采集卡48主要是用来采集激光位移传感器22和压力传感器21的信号，电压采集卡48主要是用来采集气压传感器5的信号，电压采集卡48和电流采集卡49通过USB总线与上位机50相连，上位机50通过LabVIEW编程可以实现数据的采集、处理和保存。

所述的管道支架10结构包括上固定座45、下固定座44、上支架42、下支架40。所述的上固定座45与下固定座44之间通过内六角螺栓B43连接，上支架42与下支架40之间通过内六角螺栓A41连接，下支架40上设有槽型孔，上支架42可以在下支架40上沿槽型孔移动起到调节高度的作用。

所述的气压传感器接头9的结构示意图如图4所示，管道A4、管道B6与气压传感器接头9之间通过内六角螺钉39连接，管道A4与气压传感器接头9接触面上安装有O型密封圈B38起到密封作用，气压传感器5与气压传感器接头9之间通过螺纹连接。

一种用于安全阀阀盘升力的测试方法，包括以下步骤：

第一步、启动系统，通过千分尺进给机构25调节阀盘32的开度，即调节阀口17与阀盘32的距离，并利用激光位移传感器22反馈调节的距离，使之达到设定的开度，然后空气压缩机14充气，通过压力表2判断储气罐13内的压力是否达到设定的压力，如果没有达到设定的压力，那么空气压缩机14继续充气，如果达到设定的压力，那么空气压缩机14停止充气；

第二步、上位机50通过LabVIEW编程发出采集数据的指令，同时打开球阀11，电压采集卡48采集激光位移传感器22、压力传感器21的数据，电流采集卡49采集气压传感器5的数据，数据通过USB总线传输到上位机50；

第三步、上位机50将传来的数据进行处理，换算成实际的阀盘32的升力，保存并实时显示阀盘32的升力曲线，如果测试完成，那么关闭系统测试结束，如果测试没有完成，那么继续调节阀盘32的开度，重复上述过程。

本发明技术方案的优点主要体现在：

(1)本测试装置将安全阀壳体去掉，解决了传统安全阀阀盘升力测试困难的问题。在实验过程中可以直接地观测到安全阀阀口与阀盘的运动，整个装置结构简单、易于实现，各个接触端面上均安装O型密封圈以增加端面的密封性。

(2)本测试装置通过千分尺进给机构推动阀杆可以精确地调节阀口与阀盘之间的距离，激光位移传感器用于反馈千分尺进给机构调节的距离，每次最小可以调节0.01mm，使阀盘开度的调节更加精准。

(3)本测试装置的管道支架的下支架上有槽型孔，可以实现对管道支架高度的调节。气压传感器通过气压传感器接头与管道连接，可以实时监测管道内的压力变化。压力传感器通过阀杆与阀盘连接，可以用于实时测量阀盘升力。

(4)本测试装置采用数据采集卡采集位移、压力和气压传感器的信号，采集精度更高。上位机采用LabVIEW编程，可以控制数据采集卡的数据采集，并将采集到的数据进行处理，实现阀盘升力曲线的实时显示，使数据可视化。

附图说明

图1安全阀阀盘升力测试装置的总体结构图；

图2安全阀结构的全剖图；

图3安全阀结构的局部剖图；

图4传感器接头的结构示意图；

图5管道支架的结构示意图；

图6数据采集系统的结构示意图；

图7数据采集系统的信号流程图；

图8安全阀阀盘升力测试装置的工作程序流程图。

图中：1连接管；2压力表；3泄压阀；4管道A；5气压传感器；6管道B；7安全阀；8实验台；9气压传感器接头；10管道支架；11球阀；12排水阀；13储气罐；14空气压缩机；15下法兰A；16O型密封圈A；17阀口；18导向盘；19中法兰；20铝片；21压力传感器；22激光位移传感器；23上法兰；24调节螺栓；25千分尺进给机构；26紧定螺钉；27一字头紧固螺栓A；28上杆；29阀杆；30锁紧螺母；31一字头紧固螺栓B；32阀盘；33调整圈；34平头螺栓A；35下法兰B；36平头螺栓B；37下杆；38O型密封圈B；39内六角螺钉；40下支架；41内六角螺栓A；42上支架；43内六角螺栓B；44下固定座；45上固定座；46数据采集系统；47电源电路；48电压采集卡；49电流采集卡；50上位机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更详细的描述：

安全阀阀盘升力测试装置的总体结构图如图1所示，空气压缩机14与储气罐13之间用连接管1连接，储气罐13上安装压力表2、泄压阀3和排水阀12，储气罐13与球阀11左端用螺纹连接，并缠有生胶布，球阀11右端与管道A4通过螺纹连接，并缠有生胶布，管道A4通过管道支架10架在实验台8上，管道支架10通过T型螺栓固定在实验台8上，管道A4的右端与气压传感器接头9连接，气压传感器5与气压传感器接头9之间为螺纹连接，气压传感器接头9右端与管道B6左端通过内六角螺钉39连接，管道B6的右端与安全阀7的下法兰A15左端通过螺纹连接。

安全阀7的结构如图2和图3所示，安全阀7的下法兰A15与下法兰B35通过平头螺栓A34连接，下法兰A15与下法兰B35的端面上有O型密封圈A16以增加端面的密封性，阀口17与下法兰B35之间通过螺纹连接，调整圈33与阀口17之间通过螺纹连接，导向盘18通过螺钉固定在中法兰19上，下杆37通过平头螺栓B36连接下法兰B35和中法兰19，起到支撑固定作用，上杆28通过一字头紧固螺栓A27连接上法兰23，通过一字头紧固螺栓B31连接中法兰19，阀盘32与导向盘18之间为间隙配合，阀盘32可在导向盘18孔内自由移动，阀杆29上安装铝片20，并通过两个锁紧螺母30锁紧，阀杆29与压力传感器21之间为螺纹连接，阀杆29与调节螺栓24之间为间隙配合，阀杆29可在调节螺栓24孔内移动，阀杆29与千分尺进给机构25之间为螺纹连接，千分尺进给机构25通过紧定螺钉26固定在调节螺栓24上，激光位移传感器22通过螺钉固定在上法兰23上。

气压传感器接头9的结构示意图如图4所示，管道A4与气压传感器接头9之间通过内六角螺钉39连接，管道A4与气压传感器接头9接触面上安装有O型密封圈B38，以此起到密封的作用，气压传感器5与气压传感器接头9之间通过螺纹连接。

管道支架10的结构示意图如图5所示，上固定座45与下固定座44之间通过内六角螺栓B43连接，上支架42与下支架40之间通过内六角螺栓A41固定，下支架40上有槽型孔，上支架42可以在下支架40上移动起到调节高度的作用。

数据采集系统46的结构示意图如图6所示，数据采集系统46包括电源电路47、电压采集卡48、电流采集卡49和上位机50组成，电源电路47主要为电压采集卡48、电流采集卡49、气压传感器5、激光位移传感器22和压力传感器21供电，电压采集卡48主要是用来采集激光位移传感器22和压力传感器21的信号，电流采集卡49主要是用来采集气压传感器5的信号，上位机50通过LabVIEW编程实现数据的采集、处理和保存。

数据采集系统46的信号流程图如图7所示，220V的电源电压通过电源电路转换成24V为位移传感器22、压力传感器21和气压传感器5供电，位移、压力和气压信号通过信号调理电路调理后分别送至电压采集卡48和电流采集卡49采集，数据采集卡通过USB总线与上位机50相连。

安全阀阀盘升力测试装置的工作程序流程图如图8所示，首先启动系统，通过千分尺进给机构25调节阀盘32开度，即调节阀口17与阀盘32的距离，达到设定的开度，然后空气压缩机14充气，通过压力表2判断储气罐13内的压力是否达到设定的压力，如果没有达到设定的的压力，那么空气压缩机13继续充气，如果达到设定的压力，那么空气压缩机13停止充气，然后上位机50通过LabVIEW编程发出采集数据的指令，同时打开球阀11，电压采集卡48采集激光位移传感器22和压力传感器21的数据，电流采集卡49采集气压传感器5的数据，采集到的数据通过USB总线传输到上位机50，上位机50进行数据处理，并实时显示阀盘32升力的曲线，如果测试完成，那么关闭系统测试结束，如果测试没有完成，那么继续调节阀盘32的开度，重复上述过程。

本说明书仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应该局限于实施例所述的具体形式，还应该涉及本领域技术人员根据本发明构思所能想到的同等技术手段。

Claims (6)

1.一种用于安全阀阀盘升力的测试装置，用来测量不同气压、不同阀盘开度下的阀盘升力，其特征在于，所述的测试装置包括供气装置、连接管道、安全阀(7)、千分尺进给机构(25)、位移检测装置、气压检测装置、压力检测装置和数据采集系统(46)；

所述的供气装置中的空气压缩机(14)与储气罐(13)之间通过连接管(1)连接，储气罐(13)上安装压力表(2)、泄压阀(3)，储气罐(13)下安装排水阀(12)，储气罐(13)中部与球阀(11)左端连接；

所述的连接管道包括管道A(4)、管道B(6)和管道支架(10)；所述的管道A(4)和管道B(6)分别通过中部的管道支架(10)固定在实验台(8)上；所述的管道A(4)和管道B(6)的一端通过气压传感器接头(9)连接，管道A(4)的另一端与球阀(11)的另一端连接，管道B(6)的另一端与安全阀(7)的下法兰A(15)连接；

所述的安全阀(7)包括下法兰A(15)、下法兰B(35)、阀口(17)、调整圈(33)、阀盘(32)、下杆(37)、中法兰(19)、导向盘(18)、阀杆(29)、上杆(28)、上法兰(23)和调节螺栓(24)；所述的下法兰B(35)与下法兰A(15)之间通过平头螺栓A(34)连接；所述的阀口(17)一端与下法兰B(35)连接，另一端与调整圈(33)连接；所述的导向盘(18)固定在中法兰(19)上，导向盘(18)与调整圈(33)之间留有间隙，用于安全阀泄压时阀口(17)内的气体流出；所述的阀盘(32)与导向盘(18)之间为间隙配合，阀盘(32)可在导向盘(18)孔内自由移动；所述的阀杆(29)上安装铝片(20)，并通过两个锁紧螺母(30)锁紧，阀杆(29)与调节螺栓(24)之间为间隙配合，可以在调节螺栓(24)孔内移动；所述的下杆(37)通过平头螺栓B(36)与下法兰B(35)和中法兰(19)连接，上杆(28)一端与上法兰(23)连接，另一端与中法兰(19)连接；

所述的千分尺进给机构(25)设置在调节螺栓(24)上，与阀杆(29)之间为螺纹连接，用于调节阀盘(32)的开度；

所述的位移检测装置为激光位移传感器(22)，设置在上法兰(23)上，通过测与铝片(20)之间的距离间接测量阀盘(32)与阀口(17)的距离，可以实现阀盘(32)开度的反馈；

所述的气压检测装置为气压传感器(5)，设置在气压传感器接头(9)上，用于实时监测气压传感器接头(9)处的气压；

所述的压力检测装置为压力传感器(21)，设置在阀杆(29)上，用于测量安全阀阀盘(32)的升力；

所述的数据采集系统(46)与位移检测装置、气压检测装置以及压力检测装置连接，实现数据的采集、处理和保存。

2.根据权利要求1所述的一种用于安全阀阀盘升力的测试装置，其特征在于，所述的数据采集系统(46)包括电源电路(47)、电压采集卡(48)、电流采集卡(49)和上位机(50)，电源电路(47)主要为电压采集卡(48)、电流采集卡(49)、气压传感器(5)、激光位移传感器(22)和压力传感器(21)供电，电压采集卡(48)主要是用来采集激光位移传感器(22)和压力传感器(21)的信号，电压采集卡(48)主要是用来采集气压传感器(5)的信号，电压采集卡(48)和电流采集卡(49)通过USB总线与上位机(50)相连，上位机(50)实现数据的采集、处理和保存。

3.根据权利要求1或2所述的一种用于安全阀阀盘升力的测试装置，其特征在于，所述的管道支架(10)结构包括上固定座(45)、下固定座(44)、上支架(42)、下支架(40)；所述的上固定座(45)与下固定座(44)之间通过内六角螺栓B(43)连接，上支架(42)与下支架(40)之间通过内六角螺栓A(41)连接，下支架(40)上设有槽型孔，上支架(42)可以在下支架(40)上沿槽型孔移动起到调节高度的作用。

4.根据权利要求1或2所述的一种用于安全阀阀盘升力的测试装置，其特征在于，所述的连接管道的所有接触端面上均安装O型密封圈用以增加端面的密封性；所述的下法兰B(35)与下法兰A(15)的端面上设有O型密封圈A(16)，用于增加密封性。

5.根据权利要求3所述的一种用于安全阀阀盘升力的测试装置，其特征在于，所述的连接管道的所有接触端面上均安装O型密封圈用以增加端面的密封性；所述的下法兰B(35)与下法兰A(15)的端面上设有O型密封圈A(16)，用于增加密封性。

6.权利要求1-5任一所述的一种用于安全阀阀盘升力的测试方法，其特征在于以下步骤：

第一步、启动系统，通过千分尺进给机构(25)调节阀盘(32)的开度，即调节阀口(17)与阀盘(32)的距离，并利用激光位移传感器(22)反馈调节的距离，使之达到设定的开度；空气压缩机(14)充气，通过压力表(2)判断储气罐(13)内的压力达到设定的压力；

第二步、上位机(50)发出采集数据的指令，同时打开球阀(11)，电压采集卡(48)采集激光位移传感器(22)、压力传感器(21)的数据，电流采集卡(49)采集气压传感器(5)的数据，数据通过USB总线传输到上位机(50)；

第三步、上位机(50)将传来的数据进行处理，换算成阀盘(32)的升力，保存并实时显示阀盘(32)的升力曲线：若测试完成，关闭系统；若测试没有完成，继续调节阀盘(32)的开度，重复上述过程。