CN114910510A - 液氢阀门阀体热传效果测定装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种液氢阀门阀体热传效果测定装置及测定方法，测定装置采用真空试验箱作为测定的基本环境，可排除外部环境不确定因素对温度的影响，温度传感器组件采用多点均匀布置检测，可以实时测定阀体不同部位的温度变化趋势，且采用液氢加注至阀体内部测定的方法是和阀门实际运行条件一致的，能模拟液氢阀门现场运行的工况，测定的效果能反映真实情况。因此在本装置内实施测定，其结果可作为阀体结构和材料传热效果的准确数据及真实性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种液氢阀门技术领域，尤其涉及一种液氢阀门阀体热传效果测定装置及测定方法。
背景技术
液氢的工作温度是-253℃，相对于常温工况运行的阀门，液氢用阀门需采取措施来避免低温热量传递影响阀门填料和执行机构的正常工作，一般都采用加高阀体结构设计或是采用低热导率材料来保证阀门上部温度处于零度以上。现有技术中，结构高度设计及材料运用一般都是采用公式计算并结合CAE(计算机辅助工程)软件进行仿真分析，阀门进行试验时直接将阀体浸泡在液氢中，观察阀体加长颈部的结霜点并测量结霜点温度值，以温度值来表征传热效果。试验是在大气环境下进行的，无法排除实时气温、气流、光线、热辐射对阀门的温度影响，因而测量结果无法作为计算和仿真分析的准确参考；另外采用浸泡在液氢中的方式与实际运行条件不符，且结霜点单点的测温也无法反应出阀体温度在高度方向上的变化趋势，这对传热效果研究和仿真验证也是不利的。
行业内缺少准确的试验装置和方法来验证现有技术方案中采用计算或仿真分析的理论结果的合理性，特别是阀体加长颈部因液氢介质的低温传热带来的温度分布和变化趋势无法用实测参数表征，由此可能造成阀门结构设计和材料选型不合理。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种液氢阀门阀体热传效果测定装置及测定方法，可以排除外部环境不确定因素对温度的影响，并且可以实时测定阀体不同部位的温度变化趋势。
本发明一方面提供了一种液氢阀门阀体热传效果测定装置，包括真空试验箱和检测单元；
所述液氢阀门的阀体以及阀体加长颈部均设置于真空试验箱内；
所述真空试验箱设置有介质加注通道和介质排放通道以及排气通道，所述介质加注通道与液氢阀门的阀体的输入口连通，所述介质排放通道与液氢阀门阀体的输出口连通，所述排气通道使真空试验箱内部与外部空气连通；
所述检测单元包括温度传感器、控制单元和温度显示器，所述温度传感器为多个且分别布置于阀体的输入口内腔和输出口内腔以及阀体加长颈部，所述温度传感器的输出端连接于控制单元的输入端，控制单元的输出端连接于温度显示器，所述温度显示器设置于真空试验箱的外侧。
进一步，所述的真空试验箱还连接了真空泵和真空压力表。
进一步，所述的真空试验箱的内腔每个面都覆盖有隔热材料层和遮光层。
进一步，所述的介质加注通道、介质排放通道、排气通道分别由介质加注阀、介质排放阀、排气阀控制。
本发明还提供了一种基于上述装置的液氢阀门阀体热传效果测定方法，步骤包括：
S1.将温度传感器分别布置于阀体的输入口内腔、输出口内腔以及均匀分布于阀体加长颈部，将温度传感器的输出端连接至温度显示器；
S2.用管道将真空试验箱的介质注入通道与阀体输入口连接，介质排放通道与阀体输出口连接；
S3.将阀门的阀体以及阀体加长颈部部分都设置于真空试验箱内；
S4.关闭排气阀，运行真空泵，抽出真空试验箱内部空气；
S5.设置执行机构完全打开液氢阀门，同时打开介质加注阀、介质排放阀，并不断往真空试验箱介质加注通道注入液氢；
S6.观察温度显示器显示的温度值，当每一个温度值稳定后，记录各值，并计算出阀体输入口内腔温度值和阀体输出口内腔温度值的差值。
本发明有以下有益效果：
1.本发明中，测定装置是基于真空试验箱构建的测定环境，能避免大气中气温、气流、光线等不确定因素对阀门温度造成的影响偏差，试验箱提供的真空环境以及隔热材料层能隔绝阀门与外部环境的热交换，可排除外部环境不确定热力学因素的影响，得到的测定值是阀门阀体自身的参数。
2.阀体温度传感器组件采用多点均匀布置检测，温度显示仪可以实时同时显示各温度传感器的温度值，记录阀体不同部位的温度变化趋势，这对阀体加长颈部的高度值和选料选用设计有直接的参考意义。
3.采用液氢加注至阀体内部流动测定的方法是和阀门实际运行条件一致的,能模拟液氢阀门现场运行的工况，测定的效果能反映真实情况。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为液氢阀门结构示意图；
图2为真空试验箱及相连的元件示意图；
图3为液氢阀门阀体传热效果测定装置示意图；
图中各元件分别：1-阀体，2-阀体加长颈部，3-上阀盖，4-执行机构，5-真空试验箱、6-排气阀、7-真空压力表、8-温度显示器、9-真空泵、10-介质加注阀、11-介质排放阀、12、13、14-均为温度传感器。
具体实施方式
下面将根据附图以及实施例对本发明进行清楚、完整地描述。
如图3所示，本发明一方面提供了一种液氢阀门阀体热传效果测定装置，包括真空试验箱5和检测单元；
所述液氢阀门的阀体1以及阀体加长颈部2均设置于真空试验箱5内；
所述真空试验箱5设置有介质加注通道和介质排放通道以及排气通道，所述介质加注通道与液氢阀门的阀体1的输入口连通，所述介质排放通道与液氢阀门的阀体1的输出口连通，所述排气通道使真空试验箱5内部与外部空气连通；
所述检测单元包括温度传感器(12、13、14)、控制单元和温度显示器8，所述温度传感器为多个且分别布置于阀体1的输入口内腔和输出口内腔以及阀体加长颈部2，其中布置于阀体1输入口内腔的为温度传感器12，布置于阀体1输出口内腔的为温度传感器13，布置于阀体加长颈部2的为温度传感器14，所述温度传感器的输出端连接于控制单元的输入端，控制单元的输出端连接于温度显示器8，所述温度显示器8设置于真空试验箱5的外侧。
本实施例中，所述的真空试验箱5，还连接了真空泵9和真空压力表7，真空泵9用于抽出试验箱内部空气，真空压力表7用于检测试验箱的真空状态；在真空环境下进行阀体热传效果测定能避免大气中气温、气流、光线等不确定因素对阀门温度造成的影响偏差。
本实施例中，所述的真空试验箱5的内腔每个面都覆盖有隔热材料层和遮光层，能隔绝阀门与外部环境的热交换，排除外部环境不确定热力学因素的影响，得到的测定值是阀门阀体自身的参数。
本实施例中，所述真空试验箱5顶部有圆形接口，且圆形接口的尺寸与阀体加长颈部2上端横截面尺寸一致。
本实施例中，所述的介质加注通道、介质排放通道、排气通道分别由介质加注阀10、介质排放阀11、排气阀控制6。
本实施例中，使用的温度显示器为能够实时采集并显示所有温度传感器温度值的温度显示仪，控制单元为现有的单片机。
本发明还提供了一种基于上述装置的液氢阀门阀体热传效果测定方法，具体步骤如下：
S1.将温度传感器(12、13、14)分别布置于阀体1的输入口内腔、输出口内腔以及均匀分布于阀体加长颈部2，将温度传感器的输出端连接控制单元输入端，并将控制单元的输出端连接至温度显示器；
S2.用管道将真空试验箱5的介质注入通道与阀体1输入口连接，介质排放通道与阀体1输出口连接；
S3.将阀门的阀体1以及阀体加长颈2部部分都设置于真空试验箱内；
S4.关闭排气阀6，运行真空泵9，抽出真空试验箱内部空气；
S5.设置执行机构4完全打开液氢阀门，同时打开介质加注阀10、介质排放阀11，并不断往真空试验箱5介质加注通道注入液氢；
S6.观察温度显示器8显示的温度值，当每一个温度值稳定后，记录各值，并计算出阀体输入口内腔温度值和阀体输出口内腔温度值的差值。
本实施例中，所述步骤S1，将布置于阀体加长颈部的温度传感器14，其布置方式为：由阀体到阀体加长颈部上面依次排列，且每个检测点的间隔距离设置是一样的；阀体加长颈部的温度传感器采用多点均匀布置检测，温度显示仪实时显示各温度传感器的温度值，记录阀体不同部位的温度变化趋势，这对阀体加长颈部的高度值和选料选用设计有直接的参考意义。
本实施例中，所述步骤S3，具体为：将阀门的阀体加长颈部2上端与真空试验箱5顶部的圆形接口相连，阀门阀体1的部分设置于真空试验箱内，且不与真空试验箱内腔接触。
本实施例中，所述步骤S6，具体为：观察温度显示仪显示的温度值，当每一个温度值稳定后，记录每个温度传感器检测的温度值，计算出阀体输入口内腔温度值和阀体输出口内腔温度值的差值，根据差值，评估阀门在当前条件下的热量损失情况。
需要说明的是，当该阀门是用于液氦、液氧、液氮和LNG等介质测定时，在步骤S5中介质加注通道注入的是液氦、液氧、液氮。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种液氢阀门阀体传热效果测定装置，其特征在于：包括真空试验箱和检测单元；
所述液氢阀门的阀体以及阀体加长颈部均设置于真空试验箱内；
所述真空试验箱设置有介质加注通道和介质排放通道以及排气通道，所述介质加注通道与液氢阀门的阀体的输入口连通，所述介质排放通道与液氢阀门阀体的输出口连通，所述排气通道使真空试验箱内部与外部空气连通；
所述检测单元包括温度传感器、控制单元和温度显示器，所述温度传感器为多个且分别布置于阀体的输入口内腔和输出口内腔以及阀体加长颈部，所述温度传感器的输出端连接于控制单元的输入端，控制单元的输出端连接于温度显示器，所述温度显示器设置于真空试验箱的外侧。
2.根据权利要求1所述的液氢阀门阀体传热效果测定装置，其特征在于：所述的真空试验箱还设置有真空泵和真空压力表。
3.根据权利要求1所述的液氢阀门阀体传热效果测定装置，其特征在于：所述的真空试验箱的内腔每个面都覆盖有隔热材料层和遮光层。
4.根据权利要求1所述的液氢阀门阀体热传效果测定装置，其特征在于：所述的介质加注通道、介质排放通道、排气通道分别由介质加注阀、介质排放阀、排气阀控制。
5.一种基于权利要求1-4任一权利要求所述的测定装置的液氢阀门阀体热传效果测定方法，其特征在于：步骤包括：
S1.将温度传感器分别布置于阀体的输入口内腔、输出口内腔以及均匀分布于阀体加长颈部，将温度传感器的输出端连接控制单元输入端，并将控制单元的输出端连接至温度显示器；
S2.用管道将真空试验箱的介质加注通道与阀体输入口连接，介质排放通道与阀体输出口连接；
S3.将阀门的阀体以及阀体加长颈部部分都设置于真空试验箱内；
S4.关闭排气阀，运行真空泵，抽出真空试验箱内部空气；
S5.设置执行机构完全打开液氢阀门，同时打开介质加注阀、介质排放阀，并不断往真空试验箱介质加注通道注入液氢；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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