CN1587951A - 脉冲阀性能检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种脉冲阀性能检测装置及方法，装置由空压机1、储气罐2、油水分离器3、减压阀4、稳压气包5、受检脉冲阀6、喷吹管7、压力传感器8、标靶9、加速度传感器10、数据采集卡11、计算机12组成；通过测量喷吹管7管壁的压力，标靶9产生的加速度及稳压气包5的压力变化，能够检测和度量脉冲阀的喷吹性能。本发明检测内容全面、完整、通用性好，可为设计和选用脉冲阀提供科学依据，避免因选用不当而造成经济损失，也有利于脉冲袋式除尘器达到最佳的清灰效果。

Description

脉冲阀性能检测装置及方法

一、所属技术领域

本发明涉及一种脉冲阀性能检测装置及采用这种装置对脉冲阀进行性能检测的方法。本发明所述的脉冲阀是环境保护中用于袋式除尘器脉冲喷吹清灰的一种压缩气体快速释放的隔膜阀，其开启与关闭是通过控制安装于其上的电磁阀的通电与断电来实现的。

二、技术背景

袋式除尘器是利用滤布制作成的滤袋来过滤和分离含尘气体中粉尘的一种除尘设备，有过滤和清灰两种基本工作状态。过滤时，粉尘被捕集于滤袋外表面，过滤阻力逐渐升高至一定数值后就需要进行清灰，以保持除尘器连续过滤能力。一种常见且有效的清灰方式是脉冲喷吹清灰，即利用脉冲阀快速启闭将气包中的压缩气体快速释放到滤袋内腔，通过滤袋瞬间的鼓胀变形使滤袋表面的粉尘滤饼脱落，达到清灰目的。可见，脉冲阀的作用实际上是快速打开和关闭压缩气体通道的一种隔膜开关，是脉冲喷吹清灰装置的核心部件，其性能的优劣直接关系到清灰效果。

脉冲阀的性能主要表现在瞬间所提供的压缩空气量的大小及在滤袋内腔造成的压力峰值和压力上升速率等方面。不同结构和型号的脉冲阀其喷吹性能存在显著差异，目前，市场上脉冲阀品种繁多，口径大小不一，结构也不尽相同，脉冲阀的性能参数只能根据现场使用效果进行性能估计，缺乏可靠的脉冲阀性能评价手段和装置，很难准确、定量地提供脉冲阀的性能参数。因此，面对众多不同尺寸、结构、不同厂家生产的脉冲阀，设计人员在进行清灰系统配置设计及运行参数的选择上带有一定的盲目性，往往造成设备运行的不正常，除尘效果差，浪费投资，清灰所需能耗高。由于对脉冲阀的性能参数了解不够，用户在使用和管理除尘设备时也遇到障碍。

三、发明内容

为了克服目前袋式除尘设备中脉冲阀性能只能根据工程使用效果和经验进行定性判断的不足，避免选用时的盲目性；避免设计人员在清灰系统配置设计时因缺乏科学依据造成脉冲阀选择不当而带来经济上的损失。本发明建立一套脉冲阀性能测试装置，并提供一种测试方法，对各种类型的脉冲阀进行性能检测和评价，给出被检测脉冲阀的最佳使用条件及其适用场合，有利于脉冲袋式除尘器具有最佳的清灰效果并长期稳定地运行。

本发明的技术解决方案是：

1.建立一套脉冲阀的性能检测装置

评价脉冲阀性能优劣的指标是：脉冲阀出口压力峰值、出口压力上升速率、喷吹气体流量、喷吹气体动量、脉冲阀启闭时间及脉冲阀阻力。

不同型式和规格的脉冲阀的性能指标是不同的，只有在同一检测装置上进行测试，才能判别和评价脉冲阀性能的优劣。本发明提出了一种脉冲阀性能检测装置及其方法，能够实现对以上脉冲阀的性能指标进行检测和评价。检测装置构成了一个完整的测试系统，包括四个部分：压缩空气供气、脉冲喷吹、喷吹气流数据采集和数据处理。

压缩空气供气由空压机、储气罐、油水分离器、减压阀组成，其作用是提供和贮存高压压缩空气，并进行脱油脱水净化处理，最终按供气参数要求(压力、流量)供应压缩空气。

脉冲喷吹由稳压气包、受检脉冲阀和喷吹管组成，其作用是通过脉冲阀快速开启将稳压气包中的压缩空气从喷吹管中快速喷射出来。

喷吹气流数据采集由压力传感器、标靶、加速度传感器、数据采集卡组成，其作用是检测喷吹管、稳压气包的压力和标靶运动时的加速度。

数据处理主要由计算机来完成。

脉冲阀性能检测装置各部件的位置连接关系如下：

空压机、储气罐、油水分离器与稳压气包用压气管路连接，在油水分离器和稳压气包之间的管路上设置减压阀；在受检脉冲阀的正下方设置脉冲喷吹管和标靶，喷吹管与标靶对中，喷吹管的管壁上开有小孔，标靶设置在一个机架上，机架可移动设计以便调整位置；在稳压气包上和喷吹管的开孔处分别设置压力传感器，在标靶上设置加速度传感器，压力传感器和加速度传感器与数据采集卡的输入端用电气控制信号线连接，数据采集卡的输出端与计算机连接，计算机还与受检脉冲阀上的电磁阀用控制信号线连接，这样，计算机就可控制脉冲阀的喷吹、数据采集、存储、数据处理和图形绘制。

喷吹管的管壁上开有小孔，安装有压力传感器，可实现脉冲阀出口压力峰值、压力上升速率、启闭时间、阻力等物理量的测量。

稳压气包为组合式，即由主体部分和辅体部分组合而成，二者用法兰连接，受检脉冲阀安装在辅体上。每次测试主体部分固定不变，辅体部分则随不同结构和不同尺寸脉冲阀的安装要求(安装底座和安装尺寸)有所不同，这个特点可满足各种型式的脉冲阀均能在同一个测试装置上进行性能测试和评价，即具有通用性的特点。

设置标靶，并在标靶上安装加速度传感器，通过对标靶加速度大小的测量来衡量和表征脉冲阀喷吹动量的相对大小。标靶的尺寸、形状和材料不限。

为更好地实现对脉冲阀的开启、延时、关闭过程的控制，在计算机和脉冲阀之间设有可编程控制器(PLC)。

2.提出一种脉冲阀的性能检测方法

采用上述建立的脉冲阀性能检测装置，提出的脉冲阀性能测试方法如下：

①脉冲阀出口压力峰值P_max，可通过安装在喷吹管上的压力传感器测量出来，计算机对所采集的数据信号进行处理，并给出脉冲阀出口压力波峰图。

②脉冲阀出口压力上升速率

可通过安装在喷吹管上的压力传感器测量出不同时刻的压力变化来获得，计算机对所采集的数据信号进行处理，并给出压力随时间变化的波形图。

③脉冲阀喷吹气体流量ΔQ，可通过对安装在稳压气包上的压力表和压力传感器的初始压力P₀和终止压力P₁的测量来获得。根据流体力学原理气体流量 $\mathrm{\ΔQ}=\frac{P_{0}Q}{P_{\mathrm{amb}}}[1-{\left(\frac{P_1}{P_0}\right)}^{\frac{1}{k}}],$ 公式中Q为稳压气包体积(定值)，P_amb是标准大气压力(定值)，K是绝热指数(定值)，不难看出，只要测出P₀和P₁，就能计算出气体流量ΔQ的大小。

④喷吹气体动量R，可通过标靶所产生的加速度大小来度量，标靶产生的加速度通过加速度传感器来测量。根据流体力学理论，单位时间内从脉冲喷吹管喷出的气体动量大小反映在标靶的受力大小，即标靶产生的加速度大小(标靶质量一定)。可见，通过对标靶加速度的测量能够度量喷吹气体动量。

⑤脉冲阀启闭时间t_g(气脉冲时间)，可通过安装在喷吹管上的压力传感器，从开始感受到压力至压力消失为止的时间间隔来测量。计算机对所采集的数据信号进行处理，并给出被测脉冲阀出口压力随时间变化的波形图，在横坐标上，波形的起止时间间隔大小就是t_g值。

⑥脉冲阀阻力ΔP，可通过测量稳压气包的初始压力P₀与喷吹管管壁上压力传感器测量的脉冲压力峰值P_max的差值计算出来，即ΔP＝P₀-P_max。

根据上述提出的脉冲阀性能检测装置和测试方法，脉冲阀性能检测的实施步骤如下：

①受检脉冲阀性能测试前的准备：压缩空气系统打压并调节稳压气包压力；计算机进行系统内自检、数据初始化；设定受检脉冲阀开启、延时、关闭的电控时间。

②脉冲阀开启与关闭：由计算机向受检脉冲阀上的电磁阀发出通电和断电信号指令，完成一次脉冲喷吹过程。

③数据采集：受检脉冲阀开启的同时启动采样程序，通过数据采集系统将稳压气包压力变化、受检脉冲阀输出口喷吹管的压力变化和加速度变化等数据信号进行采集并输入计算机。

④数据处理：计算机对所采集的数据信号进行处理分析，给出稳压气包内压力变化波形图、受检脉冲阀输出口喷吹管上压力随时间变化波形图及标靶加速度波形图。

⑤测试结果获取：由受检脉冲阀输出口喷吹管上测量的压力波形图，得出脉冲阀出口压力峰值P_max、压力上升速率 和脉冲阀启闭时间(气脉冲时间)t_g；由测量标靶产生的加速度的波形图可得出最大加速度值a_max大小，以表征和度量脉冲喷吹气体动量R；由稳压气包的压力变化波形图可得出初始压力P₀和终止压力P₁，脉冲阀阻力通过公式ΔP＝P₀-P_max得出；喷吹气体流量通过公式 $\mathrm{\ΔQ}=\frac{P_{0}Q}{P_{\mathrm{amb}}}[1-{\left(\frac{P_1}{P_0}\right)}^{\frac{1}{k}}]$ 计算得出。

本发明的有益效果是：

1、本发明的技术方案为实现脉冲阀性能检测与评价提供了方法和手段，检测内容全面、完整、通用性好；测试结果准确，稳定、可靠，操作方便；可满足不同型式、不同结构、不同尺寸脉冲阀的性能测试、结果比较和评价。

2、本发明所提供的脉冲阀性能检测装置及方法，除对各种脉冲阀进行性能检测和评价外，还可获得受测脉冲阀的最佳技术性能参数和适用场合，为设计和选用脉冲阀提供科学依据，避免因选用不当而造成经济损失，也有利于脉冲袋式除尘器达到最佳的清灰效果。

四、附图说明

图1脉冲阀的性能检测装置结构图

图2“力挥”阀输出口喷吹管压力波形图

图3“力挥”阀喷吹时稳压气包压力变化波形图

图4“力挥”阀喷吹时标靶加速度波形图

图中1.空压机，2.储气罐，3.油水分离器，4.减压阀，5.稳压气包，6.受检脉冲阀，7.喷吹管，8.压力传感器，9.标靶，10.加速度传感器  11.数据采集卡，12.计算机。

五、具体实施方式

如图1，脉冲阀性能检测装置由空压机1、储气罐2、油水分离器3、减压阀4、稳压气包5、受检脉冲阀6、喷吹管7、压力传感器8、标靶9、加速度传感器10、数据采集卡11、计算机12组成。

空压机1、储气罐2、油水分离器3和稳压气包5用压气管路连接，在油水分离器3和稳压气包5之间的管路上设置减压阀4。

在受检脉冲阀6的正下方设置喷吹管7和标靶9，喷吹管7与标靶9对中，喷吹管7的管壁上开有小孔；

在稳压气包5上和喷吹管7的开孔处分别设置压力传感器8，在标靶9上设置加速度传感器10，压力传感器8和加速度传感器10与数据采集卡11的输入端用电气控制信号线连接，数据采集卡11的输出端与计算机12连接，计算机12还与受检脉冲阀6上的电磁阀用控制信号线连接。

根据本发明建立脉冲阀性能检测装置，以“力挥”脉冲阀为例，采用本发明提供的方法对其进行喷吹性能检测。

试验条件为：

1、图1中受检脉冲阀6为台湾“力挥”牌脉冲阀，口径为76mm；

2、设定“力挥”阀电脉冲时间t_e为50ms；

3、设定脉冲喷吹压力P₀为0.2MPa。

具体实施步骤如下：

1、将“力挥”脉冲阀6安装在稳压气包5的辅体上；

2、空压机1为稳压气包5提供压缩空气，通过减压阀4调节稳压气包5压力至0.2MPa；

3、计算机12向“力挥”阀上的电磁阀发出通电指令，脉冲喷吹开始，延时50ms后断电，脉冲喷吹停止；

4、在计算机12向“力挥”阀发送开启指令的同时启动采样程序，采集稳压气包5压力、力挥阀6输出口喷吹管7的压力、标靶9的加速度信号；并将采样数据存入计算机12；

5、计算机12对采样数据进行处理分析，打印出“力挥”阀6输出口上喷吹管7的压力波形图，如图2所示；打印出稳压气包5的压力变化波形图，如图3所示；打印出标靶9加速度波形图，如图4所示；

6、通过分析图2、图3、图4，可分别获得并计算出“力挥”阀脉冲喷吹性能指标如下：

出口压力峰值P_max：0.117MPa

压力上升速率

3.90KPa/ms

标靶最大加速度a_max：5.72g(表征动量R的大小)

气脉冲时间t_g：110ms

喷吹气量ΔQ：0.111m³

“力挥”阀阻力ΔP：0.083MPa

由此可见，通过以上实施例可实现对受检脉冲阀的喷吹性能检测和评价。

Claims (4)

1、一种脉冲阀性能检测装置，特别是用于环境保护中袋式除尘器脉冲清灰的脉冲阀喷吹性能的检测装置，该装置包括压缩空气供气、脉冲喷吹、喷吹气流数据采集和数据处理四个部分；

压缩空气供气由空压机(1)、储气罐(2)、油水分离器(3)、减压阀(4)组成；

脉冲喷吹由稳压气包(5)、受检脉冲阀(6)和喷吹管(7)组成；

喷吹气流数据采集由压力传感器(8)、标靶(9)、加速度传感器(10)、数据采集卡(11)组成；

数据处理由计算机(12)组成；

空压机(1)、储气罐(2)、油水分离器(3)和稳压气包(5)用压气管路连接，在油水分离器(3)和稳压气包(5)之间的管路上设置减压阀(4)；

在受检脉冲阀(6)的正下方设置喷吹管(7)和标靶(9)，喷吹管(7)与标靶(9)对中，喷吹管(7)的管壁上开有小孔；

在稳压气包(5)上和喷吹管(7)的开孔处分别设置压力传感器(8)，在标靶(9)上设置加速度传感器(10)，压力传感器(8)和加速度传感器(10)与数据采集卡(11)的输入端用电气控制信号线连接，数据采集卡(11)的输出端与计算机(12)连接，计算机(12)还与受检脉冲阀(6)上的电磁阀用控制信号线连接。

2、根据权利要求1所述的脉冲阀性能检测装置，其特征在于稳压气包(5)为组合式，分成主体部分和辅体部分，通过法兰连接，受检脉冲阀(7)安装在辅体上。

3、根据权利要求1所述的脉冲阀性能检测装置，其特征在于在计算机(12)和受检脉冲阀(6)的电磁阀之间设置可编程控制器。

4、一种脉冲阀性能检测方法，包括下列步骤：

①脉冲阀出口压力峰值P_max，可通过安装在喷吹管(7)上的压力传感器(8)测量出来，计算机(12)对所采集的数据信号进行处理，给出脉冲阀出口压力波峰图；

②脉冲阀出口压力上升速率 可通过安装在喷吹管(7)上的压力传感器(8)测量出不同时刻的压力变化来获得，计算机(12)对所采集的数据信号进行处理，并给出压力随时间变化的波形图；

③脉冲阀喷吹气体流量ΔQ，可通过对安装在稳压气包(5)上的压力表和压力传感器(8)的初始压力P₀和终止压力P₁的测量来获得，根据公式 $\mathrm{\ΔQ}=\frac{P_{0}Q}{P_{\mathrm{amb}}}[1-{\left(\frac{P_1}{P_0}\right)}^{\frac{1}{k}}]$ 计算出气体流量ΔQ的大小，式中Q为稳压气包体积，P_amb是标准大气压力，K是绝热指数；

④喷吹气体动量R，可通过标靶(9)所产生的加速度大小来度量，标靶(9)产生的加速度通过加速度传感器(10)来测量；

⑤脉冲阀启闭时间t_g，可通过安装在喷吹管(7)上的压力传感器(8)，从开始感受到压力至压力消失为止的时间间隔来测量，计算机(12)对所采集的数据信号进行处理，并给出被测脉冲阀出口压力随时间变化的波形图，在横坐标上，波形的起止时间间隔大小就是t_g值。

⑥脉冲阀阻力ΔP，可通过测量稳压气包(5)的初始压力P₀与喷吹管(7)管壁上压力传感器(8)测量的脉冲压力峰值P_max的差值计算出来，即ΔP＝P₀-P_max。

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