CN112484940A - 一种高精度阀门密封性检测装置及检测方法 - Google Patents

一种高精度阀门密封性检测装置及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度阀门密封性检测装置及检测方法，其包括数据采集模块，所述数据采集模块用于采集所测阀门两侧的来自于水压传感器的数据，所述数据采集模块至少包括低通滤波器以及A/D转换器，所述水压传感器与低通滤波器相连，以便通过低通滤波器进行滤波，所述低通滤波器与A/D转换器相连，以便将模拟信号转变为数字信号并送至计算模块上；计算模块，其用于对采集到的压力数据进行计算，得出泄漏量；以及校对模块，所述校对模块能够对不合格的所测阀门以机械检测的方式检测其实际泄漏量，以便对泄漏量进行校对。

Description

一种高精度阀门密封性检测装置及检测方法
技术领域
本发明涉及阀门密封性检测技术领域，具体是一种高精度阀门密封性检测装置及检测方法。
背景技术
由于管道中的阀在正常运行条件下不频繁使用，所以它是传输管道中常常被忽视的部件。然而，在管道的维护期间和管道故障检修过程中，管道中阀门密封的充分性就变得非常重要。由于密封不理想的阀门不能隔离需要维护或升级的管段，它将会导致流量的损失。对于地面上的管道，在维护或升级管段时，密封不充分的阀门还将导致增加泵送的必要性和泵送成本。
目前的几种识别管道中阀门工作状态的方法中，侵入性方法，例如：目测检查法或CCTV检查法，需要中断管道的运行，并且需要花费大量的时间和人力，而常用的非侵入方法是对阀门的外部状况进行物理检查，然后用外部状况代替内部状况，不是阀门内部真实情况的反映。因此需要更精确的非侵入性方法来评估阀的内部状况并求得泄漏阀泄露的流量，以确定其泄露程度的大小。
发明内容
本发明的目的在于解决传统的技术不能精准确定管道中阀门工作状态的问题，而提出一种非侵入性的瞬态分析的现场验证方式。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高精度阀门密封性检测装置，其特征在于：其包括
数据采集模块，所述数据采集模块用于采集所测阀门两侧的来自于水压传感器的数据，所述数据采集模块至少包括低通滤波器以及A/D转换器，所述水压传感器与低通滤波器相连，以便通过低通滤波器进行滤波，所述低通滤波器与A/D转换器相连，以便将模拟信号转变为数字信号并送至计算模块上；
计算模块，其用于对采集到的压力数据进行计算，得出泄漏量；以及
校对模块，所述校对模块能够对不合格的所测阀门以机械检测的方式检测其实际泄漏量，以便对泄漏量进行校对。
进一步，作为优选，所述校对模块包括供水泵、供水软管、连接管、支撑顶紧组件以及加压密封组件，其中所述供水泵的供水端以稳压形式持续供水，并采用供水软管与连接管相连通，所述连接管的另一端连通有泄压阀；
所述连接管的中部采用软管与支撑顶紧组件相连，所述支撑顶紧组件设置于底板上，所述底板采用支臂与顶板相连，所述顶板上固定有加压缸，所述加压缸的输出端连接有加压密封组件，以便分别通过所述加压密封组件以及支撑顶紧组件与所测阀体的两侧开口密封相连。
进一步，作为优选，所述加压密封组件包括支撑板、滑杆、加压板、连接板以及加压座，其中，所述加压板固定在加压缸的输出端，所述加压板的下方对称固定有两组滑杆，所述滑杆滑动穿过支撑板，所述支撑板固定于支臂上，所述滑杆的下方共同连接有连接板，所述连接板的下方固定有加压座；
所述滑杆的外部套设有连接在加压板与支撑板之间的缓冲弹簧。
进一步，作为优选，所述加压座的下方固定有密封垫片二，所述加压座中贯穿有L型出液管，所述出液管远离密封垫片的一端设置有出液阀。
进一步，作为优选，所述支撑顶紧组件包括滑动管、密封法兰、顶紧弹簧以及密封垫片一，其中，所述滑动管滑动穿过底板且与连接管上的软管相连，所述滑动管的顶部固定嵌入有密封法兰，所述密封法兰上固定有密封垫片一，所述滑动管的外部还套设有连接在密封法兰以及底板之间的顶紧弹簧。
进一步，作为优选，还包括吸水罩、微型泵体以及量杯一，其中，所述吸水罩为环形空腔结构，其内壁布设有吸水孔，且所述吸水罩设置于加压座的外部，所述吸水罩由微型泵体进行提供抽吸动力，所述微型泵体的出液端位于量杯一的开口处。
进一步，作为优选，所述数据采集模块还包括GPS，所述GPS连接至计算模块上，用于提高压力监测的同步性；
所述A/D转换器为在2000Hz时采样的16位的A/D转换器；
所述低通滤波器为1000Hz的低通滤波器；
所述GPS为时间同步精确到90纳秒的GPS。
一种高精度阀门密封性检测方法，其特征在于：其包括如下步骤：
S1.关闭所测阀门以及其所有下游阀门，打开所测试阀门的所有上游阀门；
S2.向管道中通入水体，待水体充分发展后，快速关闭管道侧面的一个阀门，使管道内产生瞬变流波动；
S3.利用数据采集模块1采集所测阀门的两侧压力数据；
S4.利用计算模块2对采集到的压力数据进行计算，得出泄漏量。
S5.拆卸下不合格的所测阀门，并利用校对模块以机械检测的方式检测其实际泄漏量。
进一步，作为优选，S2中所述管道的一端与水箱相连，以便通过水箱提供水体，其另一端连至泵站；
所述计算模块为微型计算机，其能够根据所测阀门的两侧压力数据，利用特征线积分法联合阀门方程，使用迭代求解器进行求解，求得等效孔口直径以及阀门的泄漏量；其中泄漏量的计算方程式为：
Figure BDA0002820724450000041
其中：Q是泄漏量；
CD是孔口流量系数；
g是重力加速度；
H是通过阀时产生的压力降；
AG是等效孔口直径(即产生与关闭的阀泄露相似行为的孔口尺寸)
S5中，利用校对模块以机械检测的方式检测其实际泄漏量包括如下步骤：
A.将所测阀门放置在密封法兰与加压座之间，并利用加压缸带动加压座向下加压实现所测阀门与密封法兰以及加压座之间的密封；
B.关闭所测阀门，开启出液阀、供水泵以及微型泵体，利用量杯一以及量杯二进行收集液体。
C.计算实际泄漏量，也即量杯一和量杯二中液体量的总和。
与现有技术相比，本发明提供了一种高精度阀门密封性检测装置及检测方法，具备以下有益效果：本方法可以实现更精准的判断该阀门是否泄漏及其泄漏程度的大小，为是否更换该阀和确定更换阀的优先级提供依据，并且节约了错误更换处于良好工作状态的阀的费用，另外设置有校对模块，其能够对不合格的所测阀门以机械检测的方式检测其实际泄漏量，以便对泄漏量进行校对，提高了整体的可靠性。
附图说明
图1为本发明中检测方法的原理图一；
图2为本发明中检测方法的原理图二；
图3为本发明中检测方法的流程图；
图4为本发明中所测阀门以及管道的示意图；
图5为本发明中管道阀门测试构造简图；
图6为本发明中检测装置的结构示意图；
图7为本发明中校对模块的结构示意图；
图8为图7的部分放大结构示意图；
图中：1、数据采集模块；2、计算模块；3、校对模块；11、低通滤波器；12、A/D转换器；13、GPS；31、供水泵；32、供水软管；33、连接管；34、泄压阀；35、支撑顶紧组件；36、底板；37、吸水罩；38、加压密封组件；39、微型泵体；310、量杯一；311、量杯二；312、加压缸；313、支臂；314、顶板；351、滑动管；352、密封法兰；353、顶紧弹簧；354、密封垫片一；381、支撑板；382、滑杆；383、加压板；384、连接板；385、缓冲弹簧；386、加压座；387、密封垫片二；388、出液管；389、出液阀。
具体实施方式
请参阅图1～8，本发明实施例中，一种高精度阀门密封性检测装置，其包括
数据采集模块1，所述数据采集模块1用于采集所测阀门两侧的来自于水压传感器的数据，参照图6，所述数据采集模块1至少包括低通滤波器11以及A/D转换器12，所述水压传感器与低通滤波器11相连，以便通过低通滤波器11进行滤波，所述低通滤波器11与A/D转换器相连，以便将模拟信号转变为数字信号并送至计算模块上；
计算模块2，其用于对采集到的压力数据进行计算，得出泄漏量；以及
校对模块3，所述校对模块3能够对不合格的所测阀门以机械检测的方式检测其实际泄漏量，以便对泄漏量进行校对。
本实施例中，如图7和8，所述校对模块3包括供水泵31、供水软管32、连接管33、支撑顶紧组件35以及加压密封组件38，其中所述供水泵31的供水端以稳压形式持续供水，并采用供水软管32与连接管33相连通，所述连接管33的另一端连通有泄压阀34；
所述连接管33的中部采用软管与支撑顶紧组件35相连，所述支撑顶紧组件35设置于底板36上，所述底板36采用支臂313与顶板314相连，所述顶板314上固定有加压缸312，所述加压缸312的输出端连接有加压密封组件38，以便分别通过所述加压密封组件38以及支撑顶紧组件35与所测阀体的两侧开口密封相连。
本实施例中，所述加压密封组件38包括支撑板381、滑杆382、加压板383、连接板384以及加压座386，其中，所述加压板383固定在加压缸312的输出端，所述加压板383的下方对称固定有两组滑杆382，所述滑杆382滑动穿过支撑板381，所述支撑板381固定于支臂313上，所述滑杆382的下方共同连接有连接板384，所述连接板384的下方固定有加压座386；
所述滑杆382的外部套设有连接在加压板383与支撑板381之间的缓冲弹簧385，提高了加压板383向下移动的平稳性，有利于所测阀门与加压座386以及密封法兰352之间的密封性。
作为较佳的实施例，所述加压座386的下方固定有密封垫片二387，所述加压座386中贯穿有L型出液管388，所述出液管388远离密封垫片387的一端设置有出液阀389。
本实施例中，所述支撑顶紧组件35包括滑动管351、密封法兰352、顶紧弹簧353以及密封垫片一354，其中，所述滑动管351滑动穿过底板36且与连接管33上的软管相连，所述滑动管351的顶部固定嵌入有密封法兰352，所述密封法兰352上固定有密封垫片一354，所述滑动管351的外部还套设有连接在密封法兰352以及底板之间的顶紧弹簧353，顶紧弹簧353能够持续提供向上的顶紧力，保障了所测阀门与加压座386以及密封法兰352之间的密封性。
另外，还包括吸水罩37、微型泵体39以及量杯一310，其中，所述吸水罩37为环形空腔结构，其内壁布设有吸水孔，且所述吸水罩37设置于加压座386的外部，所述吸水罩37由微型泵体39进行提供抽吸动力，所述微型泵体39的出液端位于量杯一310的开口处，需要注意的是，在实际操作中，所测阀门与密封法兰352之间、所测阀门与加压座386之间可能出现渗水现象，其中，所测阀门与加压座386之间的渗水现象会影响数据的准确性，因此本发明中设置了吸水罩，对此位置进行持续抽吸，并计量。
作为较佳的实施例，所述数据采集模块1还包括GPS，所述GPS连接至计算模块上，用于提高压力监测的同步性；
所述A/D转换器为在2000Hz时采样的16位的A/D转换器；
所述低通滤波器为1000Hz的低通滤波器；
所述GPS为时间同步精确到90纳秒的GPS。
8.一种高精度阀门密封性检测方法，其包括如下步骤：
S1.关闭所测阀门以及其所有下游阀门，打开所测试阀门的所有上游阀门；
S2.向管道中通入水体，待水体充分发展后，快速关闭管道侧面的一个阀门，使管道内产生瞬变流波动；
S3.利用数据采集模块1采集所测阀门的两侧压力数据；
S4.利用计算模块2对采集到的压力数据进行计算，得出泄漏量。
S5.拆卸下不合格的所测阀门，并利用校对模块以机械检测的方式检测其实际泄漏量。
S2中所述管道的一端与水箱相连，以便通过水箱提供水体，其另一端连至泵站；
所述计算模块2为微型计算机，其能够根据所测阀门的两侧压力数据，利用特征线积分法联合阀门方程，使用迭代求解器进行求解，求得等效孔口直径以及阀门的泄漏量；其中泄漏量的计算方程式为：
Figure BDA0002820724450000081
其中：Q是泄漏量；
CD是孔口流量系数；
g是重力加速度；
H是通过阀时产生的压力降；
AG是等效孔口直径(即产生与关闭的阀泄露相似行为的孔口尺寸)
S5中，利用校对模块以机械检测的方式检测其实际泄漏量包括如下步骤：
A.将所测阀门放置在密封法兰352与加压座386之间，并利用加压缸312带动加压座386向下加压实现所测阀门与密封法兰352以及加压座386之间的密封；
B.关闭所测阀门，开启出液阀389、供水泵31以及微型泵体39，利用量杯一310以及量杯二311进行收集液体。
C.计算实际泄漏量，也即量杯一310和量杯二311中液体量的总和。
本方法是通过流体瞬变流动分析理论与现场测试相结合评估管道中阀门的工作状态，是一种更精确的非侵入式检测方法。本方法首先根据流体瞬变流分析理论，通过快速关闭管道侧面的某一个阀门，在管道中产生瞬态波，如附图1所示，该波沿着管道传播，直到遇到阀门，该波会全部或部分地反射。如附图2所示(ΔH是入射波的振幅；
HR是反射波的振幅；
HUS是上游水头；
HDS是下游水头；
HT是透射波的振幅。)，对于完全密封的阀门，该波会全部反射，反射波的振幅近似等于入射波的振幅；对于泄漏的阀门，由于入射波的部分能量将通过阀门因此反射波的能量和振幅都将减小，从而可以判定该阀门是否泄漏。同时反射波和/或透射波的大小，可以用于计算所测阀门泄漏的流量，从而确定所测阀门泄漏程度的大小。然后基于上述原理，在所测阀门的上游和下游分别设置测量点，用一个数据采集模块同步监测测量点处的压力，然后对压力数据进行处理，即可确定一个阀门是否泄漏及其泄漏程度，在具体实施时，如图4，取一个水箱和一个泵站之间的管道，水从水箱向泵站流动，对它上面的阀门状态进行分析。根据目测检查的结果，计划将阀门1和阀门7更换，管线中除了阀门6之外，其他阀门外部都有一定程度的腐蚀。
先检测阀3，此时关闭阀3以及阀,3下游所有阀，开启阀1和阀2，向管道中通入水体，待水体充分发展后，快速关闭管道侧面的一个阀门，使管道内产生瞬变流波动，利用数据采集模块进行采集，并利用计算模块2进行计算得出阀门3需要更换，换下阀门3后，利用校对模块对阀3以机械检测的方式检测其实际泄漏量。
以上所述的，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高精度阀门密封性检测装置，其特征在于：其包括
数据采集模块(1)，所述数据采集模块(1)用于采集所测阀门两侧的来自于水压传感器的数据，所述数据采集模块(1)至少包括低通滤波器(11)以及A/D转换器(12)，所述水压传感器与低通滤波器(11)相连，以便通过低通滤波器(11)进行滤波，所述低通滤波器(11)与A/D转换器相连，以便将模拟信号转变为数字信号并送至计算模块上；
计算模块(2)，其用于对采集到的压力数据进行计算，得出泄漏量；以及
校对模块(3)，所述校对模块(3)能够对不合格的所测阀门以机械检测的方式检测其实际泄漏量，以便对泄漏量进行校对。
2.根据权利要求1所述的一种高精度阀门密封性检测装置，其特征在于：所述校对模块(3)包括供水泵(31)、供水软管(32)、连接管(33)、支撑顶紧组件(35)以及加压密封组件(38)，其中所述供水泵(31)的供水端以稳压形式持续供水，并采用供水软管(32)与连接管(33)相连通，所述连接管(33)的另一端连通有泄压阀(34)；
所述连接管(33)的中部采用软管与支撑顶紧组件(35)相连，所述支撑顶紧组件(35)设置于底板(36)上，所述底板(36)采用支臂(313)与顶板(314)相连，所述顶板(314)上固定有加压缸(312)，所述加压缸(312)的输出端连接有加压密封组件(38)，以便分别通过所述加压密封组件(38)以及支撑顶紧组件(35)与所测阀体的两侧开口密封相连。
3.根据权利要求2所述的一种高精度阀门密封性检测装置，其特征在于：所述加压密封组件(38)包括支撑板(381)、滑杆(382)、加压板(383)、连接板(384) 以及加压座(386)，其中，所述加压板(383)固定在加压缸(312)的输出端，所述加压板(383)的下方对称固定有两组滑杆(382)，所述滑杆(382)滑动穿过支撑板(381)，所述支撑板(381)固定于支臂(313)上，所述滑杆(382)的下方共同连接有连接板(384)，所述连接板(384)的下方固定有加压座(386)；
所述滑杆(382)的外部套设有连接在加压板(383)与支撑板(381)之间的缓冲弹簧(385)。
4.根据权利要求3所述的一种高精度阀门密封性检测装置，其特征在于：所述加压座(386)的下方固定有密封垫片二(387)，所述加压座(386)中贯穿有L型出液管(388)，所述出液管(388)远离密封垫片(387)的一端设置有出液阀(389)。
5.根据权利要求2所述的一种高精度阀门密封性检测装置，其特征在于：所述支撑顶紧组件(35)包括滑动管(351)、密封法兰(352)、顶紧弹簧(353)以及密封垫片一(354)，其中，所述滑动管(351)滑动穿过底板(36)且与连接管(33)上的软管相连，所述滑动管(351)的顶部固定嵌入有密封法兰(352)，所述密封法兰(352)上固定有密封垫片一(354)，所述滑动管(351)的外部还套设有连接在密封法兰(352)以及底板之间的顶紧弹簧(353)。
6.根据权利要求2所述的一种高精度阀门密封性检测装置，其特征在于：还包括吸水罩(37)、微型泵体(39)以及量杯一(310)，其中，所述吸水罩(37)为环形空腔结构，其内壁布设有吸水孔，且所述吸水罩(37)设置于加压座(386)的外部，所述吸水罩(37)由微型泵体(39)进行提供抽吸动力，所述微型泵体(39)的出液端位于量杯一(310)的开口处。
7.根据权利要求1所述的一种高精度阀门密封性检测装置，其特征在于：所述数据采集模块(1)还包括GPS，所述GPS连接至计算模块上，用于提高压力监测的同步性；
所述A/D转换器为在2000Hz时采样的16位的A/D转换器；
所述低通滤波器为1000Hz的低通滤波器；
所述GPS为时间同步精确到90纳秒的GPS。
8.一种高精度阀门密封性检测方法，其特征在于：其包括如下步骤：
S1.关闭所测阀门以及其所有下游阀门，打开所测试阀门的所有上游阀门；
S2.向管道中通入水体，待水体充分发展后，快速关闭管道侧面的一个阀门，使管道内产生瞬变流波动；
S3.利用数据采集模块(1)采集所测阀门的两侧压力数据；
S4.利用计算模块(2)对采集到的压力数据进行计算，得出泄漏量。
S5.拆卸下不合格的所测阀门，并利用校对模块以机械检测的方式检测其实际泄漏量。
9.根据权利要求8所述的一种高精度阀门密封性检测方法，其特征在于：S2中所述管道的一端与水箱相连，以便通过水箱提供水体，其另一端连至泵站；
所述计算模块(2)为微型计算机，其能够根据所测阀门的两侧压力数据，利用特征线积分法联合阀门方程，使用迭代求解器进行求解，求得等效孔口直径以及阀门的泄漏量；其中泄漏量的计算方程式为：
Figure FDA0002820724440000031
其中：Q是泄漏量；
CD是孔口流量系数；
g是重力加速度；
H是通过阀时产生的压力降；
AG是等效孔口直径(即产生与关闭的阀泄露相似行为的孔口尺寸)。
10.根据权利要求8所述的一种高精度阀门密封性检测方法，其特征在于：S5中，利用校对模块以机械检测的方式检测其实际泄漏量包括如下步骤：
A.将所测阀门放置在密封法兰(352)与加压座(386)之间，并利用加压缸(312)带动加压座(386)向下加压实现所测阀门与密封法兰(352)以及加压座(386)之间的密封；
B.关闭所测阀门，开启出液阀(389)、供水泵(31)以及微型泵体(39)，利用量杯一(310)以及量杯二(311)进行收集液体。
C.计算实际泄漏量，也即量杯一(310)和量杯二(311)中液体量的总和。
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康宪芝等: "基于瞬变流法的管道泄漏定位研究", 《计算机工程与应用》 *

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