CN112683154B - 一种用于高速开关阀等不易拆卸部件磨损的间接测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于高速开关阀等不易拆卸部件磨损的间接测量方法，包括以下步骤：步骤S1:在待测间接测试件管路系统中加入一个直接测试件；步骤S2:并通过测量总成对直接测试件磨损数值进行实时测量,获取直接测试件磨损数值；步骤S3:根据直接测试件与间接测试件磨损数值之间比例关系，根据测量获得的直接测试件磨损数值，通过比例换算获得间接测试件的磨损数值。本发明可以在不拆卸间接测试件的情况下获得其磨损数据，适用于深埋地下、位于高处的管道系统以及安装于系统内部的高速开关阀等不易拆卸部件。

Description

一种用于高速开关阀等不易拆卸部件磨损的间接测量方法
技术领域
本发明属于冲蚀磨损测量技术领域，具体涉及一种用于高速开关阀等不易拆卸部件磨损的间接测量方法。
背景技术
在管路运输过程中，介质中不可避免地混有易结垢的砂、金属颗粒、氧气和矿物质，特别是介质中的金属颗粒和石英砂，它们会在介质的带动下，以很高的速度撞击壁面，导致阀口处产生严重的冲蚀磨损；同时会使管道壁面的材料脱落减少，管壁减薄、破裂甚至穿孔，严重影响系统生产安全与生产效率。冲蚀磨损存在于石油、航空、机械、建材、航天、能源、冶金等领域中，是工业系统中材料破坏和元件失效的主要原因之一。因此，预测系统冲蚀磨损情况对管路系统的可靠性评估和寿命周期性能预测具有重要意义。
传统的磨损测量方法测量部件磨损数值时，需要将待测量的部件从系统中拆卸下来，运用扫描电镜等测量仪器测得磨损数值。这一过程需要系统停止运行，然后将部件从管路中拆卸下来，清理干净内部的流体，最后再进行磨损测量。既消耗人力物力，又会对系统部件装配精度等方面造成影响。
高速开关阀因其结构简单、响应速度快以及价格低等优点被广泛应用于石油化工、航空航天与汽车等多个领域。当高速开关阀安装在航天发动机、汽车发动机内部等密闭空间时，则很难实现通过传统磨损测量方法将其从系统中拆卸下来测量磨损数值来获得其磨损情况；并且，对于高速开关阀这类微小型液压阀来说，由于阀口尺寸非常小，运用扫描电镜等测量仪器测量磨损数值时，需要将阀口结构剖开才能进行观察测量，这会对高速开关阀的结构完整性造成不可逆转的破坏。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于高速开关阀等不易拆卸部件磨损的间接测量方法，可以在不拆卸间接测试件的情况下获得其磨损数据，适用于深埋地下、位于高处的管道系统以及安装于系统内部的高速开关阀等不易拆卸部件。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于高速开关阀等不易拆卸部件磨损的间接测量方法，包括以下步骤：
步骤S1:在待测间接测试件管路系统中加入一个直接测试件；
步骤S2:并通过测量总成对直接测试件磨损数值进行实时测量,获取直接测试件磨损数值；
步骤S3:根据直接测试件与间接测试件磨损数值之间比例关系，根据测量获得的直接测试件磨损数值，通过比例换算获得间接测试件的磨损数值。
进一步的，所述测量总成包括信息采集模块和信息处理模块。
进一步的，所述步骤S1中若管路系统为低压或对系统密闭性要求较低的系统，则所述直接测试件采用内壁面贴有金属电阻的直接测试件。
进一步的，若管路系统为低压或对系统密闭性要求较低的系统，则所述步骤S2具体为：
1)将直接测试件中的电阻模块通过导线与测量总成相连接，所述测量总成内的信息采集模块实时采集电阻的电流值；
2)信息处理模块对信息采集模块得到的金属电阻采集到的电流信息进行整合，并算出电阻值；
3)根据电阻厚度与电阻值的关系计算出金属电阻的剩余厚度，进而计算出金属电阻的厚度损失值，进一步得到直接测试件的实时磨损值。
进一步的，所述步骤S1中若管路系统为高压或对系统密闭性要求较高的系统，则所述直接测试件的两端需外接一段旁回路，作为测量时临时运输使用，且旁回路的两端、直接测试件的两端分别设置有阀门部件，测量总成独立于管路系统而存在。
进一步的，若管路系统为低压或对系统密闭性要求较高的系统，则所述步骤S2具体为：开启两个旁回路阀门，并关闭两个主回路阀门，将直接测试件从管路系统上拆解下来，直接使用测量总成测量其磨损数值。
进一步的，所述步骤S3具体为：
步骤S31:建立与直接测试件、间接测试件实体结构相同的流体域物理模型,并将其导入数值模拟软件中，划分计算网格，设置与实际系统相同的边界条件、部件材料，进行模拟仿真，获得直接测试件与间接测试件磨损数值之间的比例关系；
步骤S32:根据直接测试件的磨损值和直接测试件与间接测试件磨损数值的比例关系推算出当前间接测试件的磨损数值。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明可以在不拆卸间接测试件的情况下获得其磨损数据，适用于深埋地下、位于高处的管道系统以及安装于系统内部的高速开关阀等不易拆卸部件。测量过程免去了拆卸间接测试件的环节，节省人力物力，且不破坏系统部件的装配精度；
2、本发明不仅可以运用到管道上，还可以使用于运输系统的关键部件，例如：各种液压阀、液压泵、液压马达、水轮机、热交换器等。并且，本发明通过数值仿真软件获得直接测试件-间接测试件的比例关系，测量周期短、节约了测量成本。
3、本发明便于维保人员及时掌握当前系统磨损部件的磨损信息，极大地提高了测量效率；测量过程不干扰设备的正常工作，避免停机，保障了企业的生产运行。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是本发明一实施例中冲蚀磨损数值仿真流程图；
图3是本发明一实施例中用于低压或对密闭性要求较低系统的结构示意图；
图4是本发明一实施例中用于高压或对密闭性要求较高系统的结构示意图；
图5是本发明一实施例中测量步骤示意图；
图中：1是测量总成，2是直接测试件，3是间接测试件，4是泵体，5是储液罐，6是主回路阀门，7是旁回路阀门。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种用于高速开关阀等不易拆卸部件磨损的间接测量方法，包括以下步骤：
步骤S1:在待测间接测试件管路系统中加入一个直接测试件；
步骤S2:并通过测量总成对直接测试件磨损数值进行实时测量,获取直接测试件磨损数值；
步骤S3:根据直接测试件与间接测试件磨损数值之间比例关系，根据测量获得的直接测试件磨损数值，通过比例换算获得间接测试件的磨损数值。
实施例1：
参考图3，本实施例中，管路系统为低压或对系统密闭性要求较低的系统，通过测量总成1包括信息采集模块、信息处理模块等部分。信息采集模块负责实时采集电阻的电流值，并将所采集到的电流值传输给信息处理模块；信息处理模块对信息采集模块得到的金属电阻采集到的电流信息进行整合，运用公式算出电阻值，根据电阻厚度与电阻值的关系计算出金属电阻的剩余厚度，进而计算出金属电阻的厚度损失值；显示系统接受信息处理模块传输过来的金属电阻的厚度损失值，并将其显示在测量总成的屏幕上，则工作人员可以得到直接测试件的实时磨损值。
泵体4为系统提供输出动力，保证流动介质能够在系统里流通。由泵输出的流动介质首先经管道流经间接测试件3，再依次经过直接测试件2，最后流回储液罐5。因为直接测试件2与间接测试件3置于同一系统中，泵体4输出的流动介质含有杂质时，夹带在流动介质中的杂质对系统中直接测试件2与间接测试件3都有严重的磨损侵蚀作用。由于直接测试件2与间接测试件3在同一系统中，系统中颗粒对其的冲蚀条件、所处的环境条件相似，因此两者间的磨损数值存在一定的数值比例关系。为利用此数值比例关系在不拆卸间接测试件3的情况下，根据直接测试件2的磨损数值计算出间接测试件3的磨损数值。
若管路系统为低压或对系统密闭性要求较低的系统，直接测试件2允许穿孔接线，则所述直接测试件2采用带有金属电阻的直接测试件，将直接测试件中的电阻模块通过导线与测量总成1相连接，所述测量总成1内的信息采集模块实时采集通过电阻的电流值，信息处理模块对信息采集模块得到的金属电阻采集到的电流信息进行整合，运用公式算出电阻值，根据电阻厚度与电阻值的关系计算出金属电阻的剩余厚度，进而计算出金属电阻的厚度损失值，并显示在测量总成1的屏幕上，即可得到直接测试件2的实时磨损数值；
建立与直接测试件2、间接测试件3实体结构相同的流体域物理模型，将其导入数值模拟软件中，划分计算网格，设置与实际系统相同的边界条件、部件材料，进行模拟仿真，获得直接测试件2与间接测试件3磨损数值之间的比例关系。
由直接测试件2的磨损值、直接测试件2与间接测试件3磨损数值的比例关系推算出当前间接测试件3的磨损数值。然后进行磨损指标判断：当所述间接测试件3的磨损数据大于等于阈值时，需要对间接测试件3进行更换、维修处理，防止发生生产事故。若所述间接测试件3的磨损数据小于阈值，则进入下一个测量周期，重复以上步骤。
优选的，在本实施例中直接测试件2与间接测试件3磨损数值之间的比例关系利用数值模拟软件仿真获得。数值模拟软件中的物理模型、运动模型、部件材料、边界条件的设置需与实际系统中的模型和工况一致，保证其仿真的准确性与仿真结果的可靠性。
在本实施例中，数值模拟软件中的磨损预测是建立在许多冲蚀模型的基础之上，通过求解相应的冲蚀模型，得到部件的磨损数值和磨损位置。对于不同实验工况、不同材料，冲蚀模型可能会有较大的差异，写成如下统一形式：
Figure BDA0002863363130000071
式中，H是颗粒冲蚀系数，q为速度指数，对于不同的冲蚀模型，二者取值不同。
冲蚀模型主要取决于颗粒撞击目标壁面时的运动状态(颗粒的撞击速度、撞击角度等)。颗粒运动方程可以表示为：
Figure BDA0002863363130000072
式中，mp为颗粒质量；Up为颗粒速度；i表示第i个颗粒；FD为曳力；FG为重力；FP为压力梯度力；FL为升力；FVM为虚拟质量力；在一般管路系统中，颗粒受到的升力和虚拟质量力都非常小，所以式中的FL和FVM可以忽略。
Figure BDA0002863363130000081
Figure BDA0002863363130000082
Figure BDA0002863363130000083
Figure BDA0002863363130000084
式中，CD为阻力系数；dp为颗粒直径；Upf为颗粒处流体瞬时速度；Rep为相对雷诺数；ρp为颗粒密度；g为重力加速度。
颗粒运动方程得到颗粒的运动加速度，然后计算出颗粒运动的速度与位移，进而追踪颗粒的运动轨迹。颗粒运动的速度与位移可以用下列式子表示：
Up；i(t)＝Up；i(t-Δt)+ap；iΔt
Figure BDA0002863363130000085
颗粒的运动状态由流体对其施加的外力所决定。流体域中的流体带动颗粒运动，流体运动状态发生改变时，颗粒的运动状态也会相应地发生改变。流体信息通过求解下列粘性流体动量平衡方程来获得：
Figure BDA0002863363130000086
Figure BDA0002863363130000087
Figure BDA0002863363130000091
式中，p为流体微小单元上的压力；τ为作用在单元体表面的粘性应力，因分子粘性而产生；ρ为流体的密度。
实施例2：
参考图4，在本实施例中管路系统为高压或对系统密闭性要求较高的系统，则所述直接测试件的两端需外接一段旁回路，作为测量时临时运输使用，且旁回路的两端、直接测试件的两端分别设置有阀门部件。
测量时开启两个旁回路阀门7，并关闭两个主回路阀门6，将原系统中经过直接测试件2的运输段转为由旁回路运输，再将直接测试件2从管路系统上拆解下来，直接使用测量总成测量获得其磨损数值。
建立与直接测试件2、间接测试件3实体结构相同的流体域物理模型，将其导入数值模拟软件中，划分计算网格，设置与实际系统相同的边界条件、部件材料，进行模拟仿真，获得直接测试件2与间接测试件3磨损数值之间的比例关系。
由直接测试件2的磨损值、直接测试件2与间接测试件3磨损数值的比例关系推算出当前间接测试件3的磨损数值。
将直接测试件安装到原有的位置，开启两个主回路阀门6，并关闭两个旁回路阀门7，让管路系统恢复到测量前的运输路线。
根据获得的当前间接测试件3的磨损数值进行磨损指标判断：当所述间接测试件3的磨损数据大于等于阈值时，需要对间接测试件3进行更换、维修处理，防止发生生产事故。若所述间接测试件3的磨损数据小于阈值，则进入下一个测量周期，重复以上步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种用于高速开关阀不易拆卸部件磨损的间接测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1:在待测间接测试件管路系统中加入一个直接测试件；
步骤S2:对直接测试件磨损数值进行实时测量,获取直接测试件磨损数值；
步骤S3:根据直接测试件与间接测试件磨损数值之间比例关系，根据测量获得的直接测试件磨损数值，通过比例换算获得间接测试件的磨损数值；
所述步骤S3具体为：
步骤S31:建立与直接测试件、间接测试件实体结构相同的流体域物理模型,并将其导入数值模拟软件中，划分计算网格，设置与实际系统相同的边界条件、部件材料，进行模拟仿真，获得直接测试件与间接测试件磨损数值之间的比例关系；
步骤S32:根据直接测试件的磨损值和直接测试件与间接测试件磨损数值的比例关系推算出当前间接测试件的磨损数值。
2.根据权利要求1所述的一种用于高速开关阀不易拆卸部件磨损的间接测量方法，其特征在于，所述步骤S1中若管路系统为低压或对系统密闭性要求较低的系统，则通过测量总成对直接测试件磨损数值进行实时测量，测量总成包括信息采集模块和信息处理模块。
3.根据权利要求2所述的一种用于高速开关阀不易拆卸部件磨损的间接测量方法，其特征在于，所述步骤S1中若管路系统为低压或对系统密闭性要求较低的系统，则所述直接测试件采用内壁面贴有金属电阻的直接测试件。
4.根据权利要求3所述的一种用于高速开关阀不易拆卸部件磨损的间接测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：
将直接测试件中的电阻模块通过导线与测量总成相连接，所述测量总成内的信息采集模块实时采集电阻的电流值；
信息处理模块对信息采集模块得到的金属电阻采集到的电流信息进行整合，并算出电阻值；
根据电阻厚度与电阻值的关系计算出金属电阻的剩余厚度，进而计算出金属电阻的厚度损失值，进一步得到直接测试件的实时磨损值。
5.根据权利要求1所述的一种用于高速开关阀不易拆卸部件磨损的间接测量方法，其特征在于，所述步骤S1中若管路系统为高压或对系统密闭性要求较高的系统，则所述直接测试件的两端需外接一段旁回路，作为测量时临时运输使用，且旁回路的两端、直接测试件的两端分别设置有阀门部件，测量总成独立于管路系统而存在。
6.根据权利要求5所述的一种用于高速开关阀不易拆卸部件磨损的间接测量方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：开启两个旁回路阀门，并关闭两个主回路阀门，将直接测试件从管路系统上拆解下来，直接使用测量总成测量其磨损数值。
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