CN201795918U - 一种大流量安全阀测控系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大流量安全阀测控系统，涉及大流量安全阀测控技术领域，为提供一种阻力损失小、输出压力上升梯度大的大流量安全阀测控系统而设计。所述大流量安全阀测控系统，包括机体框架，所述机体框架上设有组合功能液压缸，所述组合功能液压缸上安装有被试安全阀，且所述机体框架和所述组合功能液压缸之间设有压力传感器和位移传感器；所述组合功能液压缸的第一腔室通过第一控制阀组连接有第一介质动力源、第二腔室连接有蓄能器组，所述蓄能器组通过第二控制阀组连接有第二介质动力源、第三腔室通过所述第三控制阀组连接至所述第二介质动力源。本实用新型可用于对大流量安全阀进行测试。

Description

一种大流量安全阀测控系统

技术领域

本实用新型涉及大流量安全阀测控技术领域，尤其涉及一种大流量安全阀测控系统。

背景技术

目前对于煤炭开采行业而言，随着国内综采技术不断发展，大采高、高工作阻力的液压支架应用数量不断增加，配套的液压支架安全阀流量也不断增大，现在安全阀的设计流量已达到500L/min、800L/min甚至1000L/min。

矿用液压支架安全阀在用于煤层开采作业之前，要对安全阀进行性能检验，以对其流量和压力进行标定。目前我国安全阀测试能力最大为200L/min，对于流量大于200L/min以上的安全阀无法进行检验，严重地阻碍了大流量安全阀的发展及其应用。大流量安全阀测控系统的难点是大流量情况下的动态性能测试，如何能够提供一个大流量和高压来模拟煤矿井下顶板突然下沉造成的能量释放，这就要求测控系统具有大流量、高压、快速响应等试验条件，目前我国现有大流量安全阀测控系统仍处于研究初期阶段没有成熟的流量在200L/min以上的大流量安全阀测控系统，目前为满足大流量安全阀的大流量试验条件主要有以下三种方式：

第一种：使用并联的高压泵作为动力源，以输出具有一定流量与压力的液体，应用换向阀实现被试安全阀的加载、卸荷，被试安全阀的试验特性则由压力传感器测量的压力及流量计测量的流量确定；

第二种：通过压力机对被压油缸加载，使得被压油缸产生高压液体并作用于被试安全阀，实现加载，被试安全阀的试验特性由压力传感器测量的压力及位移传感器测量的位移确定。

第三种：使用蓄能器组作为动力源，应用换向阀控制动力源的通断，并且通过增压油缸进行增压，以输出一定流量与压力的油液，进行安全阀加载试验，通过位移传感器与压力传感器测得被试阀的位移与压力特性。

以上三种大流量安全阀测控系统均存在阻力损失大、输出压力上升梯度小的缺陷，不能满足大流量安全阀试验要求。

实用新型内容

本实用新型克服了上述缺点，提供了一种阻力损失小、输出压力上升梯度大的大流量安全阀测控系统。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

一种大流量安全阀测控系统，包括机体框架，所述机体框架上设有组合功能液压缸，所述组合功能液压缸上安装有被试安全阀，且所述机体框架和所述组合功能液压缸之间设有用于测量所述被试安全阀的压力数据的压力传感器、以及用于测量所述组合功能液压缸加载行程数据的位移传感器；所述组合功能液压缸具有与所述被试安全阀连通的第一腔室、用于为所述第一腔室增压的第二腔室、以及用于开启所述组合功能液压缸的第三腔室；所述第一腔室通过第一控制阀组连接有第一介质动力源，所述第二腔室连接有蓄能器组，所述蓄能器组通过第二控制阀组连接有第二介质动力源，所述第三腔室通过所述第三控制阀组连接至所述第二介质动力源。

其中，所述大流量安全阀测控系统还包括电控系统，所述电控系统一方面连接至所述第一控制阀组、第二控制阀组和第三控制阀组以便控制所述第一控制阀组、第二控制阀组和第三控制阀组的通断和导向，另一方面连接至所述压力传感器和位移传感器以便对所述被试安全阀的测试结果进行处理和显示。

具体而言，所述电控系统包括：控制单元，用于根据中央处理单元的控制指令控制所述第一控制阀组、第二控制阀组和第三控制阀组的通断和导向；数据采集单元，用于采集所述压力传感器和位移传感器的测试数据，并将采集到的测试数据输出给中央处理单元；数据处理单元，用于接收中央处理单元传送的所述测试数据，对所述测试数据进行分析处理以得到与所述被试安全阀的压力和流量相关的测试结果，并将所述测试结果输出给中央处理单元；显示单元，用于接收并显示由中央处理单元传送的所述测试结果；中央处理单元，用于向控制单元发送所述控制指令，接收数据采集单元采集到的测试数据并将所述测试数据传送给数据处理单元，接收数据处理单元输出的测试结果并将所述测试结果传送给显示单元。

此外，所述电控系统还包括打印单元，用于接收并打印由中央处理单元传送的所述测试结果。

进一步地，所述第二控制阀组和所述第二介质动力源之间连接有调压阀，所述调压阀连接至所述控制单元。

而且本实用新型的实施例中，连接所述第一腔室和所述第一控制阀组的管路上设有第一压力传感器，所述第一压力传感器连接至所述数据采集单元；连接所述第二腔室和所述第二控制阀组的管路上设有第二压力传感器，所述第二压力传感器连接至所述数据采集单元；连接所述第三腔室和所述第三控制阀组的管路上设有第三压力传感器，所述第三压力传感器连接至所述数据采集单元；且连接所述第二控制阀组和所述第二介质动力源的管路上设有第四压力传感器，所述第四压力传感器连接至所述数据采集单元。

具体地，所述第一控制阀组、第二控制阀组、第三控制阀组以及第四控制阀组选用三位四通阀。

所述第一介质动力源为乳化液介质动力源，所述第二介质动力源为油介质动力源。

本实用新型的有益效果是，本实用新型实施例提供的大流量安全阀测控系统使用了组合功能液压缸，且所述组合功能液压缸的第一腔室通过第一控制阀组连接有第一介质动力源、第二腔室连接有蓄能器组，所述蓄能器组通过第二控制阀组连接有第二介质动力源、第三腔室通过所述第三控制阀组连接至所述第二介质动力源，其中各个控制阀组能够控制完成所述组合功能液压缸的充液、加载和增压，借助于所述组合功能液压缸的超大流量开关功能和增压功能，本实用新型的实施例提供的大流量安全阀测控系统具备了阻力损失小、压力上升梯度大等优点。

附图说明

图1为本实用新型大流量安全阀测控系统一个实施例的示意图；

图2为图1所示大流量安全阀测控系统中所述组合功能液压缸的结构示意图；

图3为本实用新型大流量安全阀测控系统另一个实施例复位状态的结构示意图；

图4为图3所示大流量安全阀测控系统充液状态的结构示意图；

图5为图3所示大流量安全阀测控系统加载状态的结构示意图；

图6为图3所示大流量安全阀测控系统卸荷状态的结构示意图。

附图标记：

1-数据处理单元，2-数据采集单元，3-中央处理单元，4-控制单元，5-显示单元，6-第三控制阀组，7-第二控制阀组，8-第一控制阀组，9-第三压力传感器，10-第二压力传感器，11-第四压力传感器，12-第一压力传感器，13-调压阀，14-第二介质动力源(油介质动力源)，15-第一介质动力源(乳化液介质动力源)，16-蓄能器组，17-组合功能液压油缸，171-增压油缸，172-上柱塞，173-下柱塞，174-输出油缸，18-位移传感器，19-机体框架，20-被试安全阀。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例大流量安全阀测控系统进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，为本实用新型大流量安全阀测控系统的一个具体实施例。本实施例中，所述大流量安全阀测控系统包括机体框架19，机体框架19上设有组合功能液压缸17，组合功能液压缸17上安装有被试安全阀20，且机体框架19和组合功能液压缸17之间设有用于测量被试安全阀20的压力数据的压力传感器(未图示)、以及用于测量组合功能液压缸17的加载行程数据(该加载形成数据可以换算成被试安全阀20的流量数据)的位移传感器18。组合功能液压缸17具有与被试安全阀20连通的第一腔室(A腔)、用于为所述第一腔室增压的第二腔室(B腔)、以及用于开启组合功能液压缸17的第三腔室(C腔)。其中所述第一腔室通过第一控制阀组8连接有第一介质动力源15，所述第二腔室连接有蓄能器组16，蓄能器组16通过第二控制阀组7连接有第二介质动力源14，所述第三腔室通过第三控制阀组6连接至第二介质动力源14。

本实施例中的大流量安全阀测控系统使用了组合功能液压缸17，且组合功能液压缸17的第一腔室通过第一控制阀组8连接有第一介质动力源15、第二腔室连接有蓄能器组16，蓄能器组16通过第二控制阀组7连接有第二介质动力源14、第三腔室通过第三控制阀组6连接至第二介质动力源14，其中各个控制阀组(包括第一控制阀组8、第二控制阀组7和第三控制阀组6)能够控制完成组合功能液压缸17的充液、加载和增压，借助于组合功能液压缸17的超大流量开关功能和增压功能，本实用新型的实施例提供的大流量安全阀测控系统具备了阻力损失小、压力上升梯度大等优点。

具体如图2所示，本实施例中的组合功能液压缸17包括增压油缸171，增压油缸171内滑动地设有上柱塞172，上柱塞172与下柱塞173在试验过程中互相压紧，下柱塞173和上柱塞172之间具有增压比，且下柱塞173滑动地设在输出油缸174中，输出油缸174的输出端设置有被试安全阀20。其中从图1可以看出，增压油缸171和输出油缸174均固定在机体框架19上。

其中如图3所示，本实施例中所述大流量安全阀测控系统还包括电控系统(包括数据处理单元1、数据采集单元2、中央处理单元3、控制单元4和显示单元5)，该电控系统一方面连接至第一控制阀组8、第二控制阀组7和第三控制阀组6(如图3中虚线所示)以便控制该第一控制阀组8、第二控制阀组7和第三控制阀组6的通断和导向，另一方面连接至压力传感器(未图示)和位移传感器18(如图中3中虚线所示)以便对被试安全阀20的测试结果进行处理和显示。

具体而言从图3可看出，所述电控系统包括：

控制单元4，用于根据中央处理单元3的控制指令控制第一控制阀组8、第二控制阀组7和第三控制阀组6的通断和导向。例如，当控制第一阀组8接通并使其导向指向A腔时，可以使第一介质动力源15向A腔充入第一介质，从而使组合功能液压缸在第一介质的作用下达到复位状态。在实际应用中，该控制单元4能够通过操作盘或操作面板等实现。

数据采集单元2，用于采集所述压力传感器和位移传感器的测试数据，如压力数据以及位移数据等，并将采集到的测试数据输出给中央处理单元3。该数据采集单元2能够对所述压力数据和位移数据进行实时同步采集，因此通过这些数据就能够得到被试安全阀20的瞬态压力流量特性。实际应用中，该数据采集单元2可以使用采集板或者放大器等装置。

数据处理单元1，用于接收中央处理单元3传送的所述测试数据，对所述测试数据进行分析处理以得到与被试安全阀20的压力和流量相关的测试结果，并将所述测试结果输出给中央处理单元3。其中数据处理单元1能够将上述位移数据换算为被试安全阀20的流量，还可以将被试安全阀20的压力和流量对应起来绘制压力流量特性曲线等。在实际应用中，该数据处理单元1可以是具有数据分析处理能力的电路板，该电路板可以集成在中央处理单元3中，也可以从中央处理单元3中分离出来成为独立的零部件。

显示单元5，用于接收并显示由中央处理单元3传送的所述测试结果，以便于测控人员的查看。该显示单元5可以是显示器，如液晶显示器等。

中央处理单元3，用于向控制单元4发送所述控制指令，接收数据采集单元2采集到的测试数据并将所述测试数据传送给数据处理单元1，接收数据处理单元1输出的测试结果并将所述测试结果传送给显示单元5。具体而言，该中央处理单元3能够起到统一协调所述电控系统中各单元动作的作用。中央处理单元3可以是个人计算机、服务器等。

与背景技术中前两种试验系统相比(其中所述前两种试验系统不能进行瞬态压力流量测量，不能绘制瞬态压力流量特性曲线，测量误差较差，可靠性差)，本实施例所述电控系统能够自动控制组合功能液压缸17的动作，能够实现压力、位移信号的高速同步采集，进而实现被试安全阀20动态加载过程的压力流量特性曲线绘制、数据存储等功能。

此外，所述电控系统还可以包括打印单元(未图示)，该打印单元用于接收并打印由中央处理单元3传送的所述测试结果。例如，可以将被试安全阀20的压力数据打印出来，或者将其压力流量特性曲线打印出来。该打印单元可以是打印机等。

进一步地，从图3可以看出，第二控制阀组7和第二介质动力源14之间连接有调压阀13，且调压阀13连接至控制单元4。本实施例中，调压阀13用于调节由第二介质动力源14通过第二控制阀组7输入到蓄能器组16中的第二介质的压力，以便在蓄能器组16中存储具有预定压力的第二介质。

而且本实用新型的实施例中，为了实时监控组合功能液压缸17的各个腔室以及蓄能器组16中的介质压力，在所述大流量安全阀测控系统中设有多个压力传感器(注意，这与检测被试安全阀20压力的压力传感不是同一个传感器)，其中包括：

在连接第一腔室(A腔)和第一控制阀组8的管路上设置的第一压力传感器12，第一压力传感器12的感测数据反映了A腔中的介质压力。且第一压力传感器12连接至数据采集单元2，以便数据采集单元2实时地采集第一压力传感器12的感测数据；

在连接第二腔室(B腔)和第二控制阀组7的管路上设置的第二压力传感器10，第二压力传感器10的感测数据反映了蓄能器组16(B腔)中的介质压力。第二压力传感器10连接至数据采集单元2，以便数据采集单元2实时地采集第二压力传感器10的感测数据；

在连接第三腔室(C腔)和第三控制阀组6的管路上设有第三压力传感器9，第三压力传感器9的感测数据反映了C腔中的介质压力。第三压力传感器9连接至数据采集单元2，以便数据采集单元2实时地采集第三压力传感器9的感测数据；

且在连接第二控制阀组7和第二介质动力源14的管路上设有第四压力传感器11，第四压力传感器11的感测数据反映了经调压阀13调节后的压力。该第四压力传感器11也连接至数据采集单元2，以便数据采集单元2实时地采集第四压力传感器11的感测数据。

具体地，上述第一控制阀组12、第二控制阀组10、第三控制阀组9以及第四控制阀11组选用三位四通阀。与背景技术中所述的第三种试验系统相比(该第三种试验系统采用换向阀作为开关阀，系统输出流量有一定的限度，试验能力不具扩展性)，本实施例中的各控制阀组消除了换向阀或换向阀组的局限性，所述大流量安全阀测控系统理论上不受被试安全阀额定流量的限制，具有可扩展性，理论输出流量与测量流量可无限扩大。

本实施例中需要说明的是，所述第一介质动力源具体可以为乳化液介质动力源，所述第二介质动力源具体可以为油介质动力源。

下面结合附图来具体描述所述大流量安全阀测控系统的测控过程。

图3为所述大流量安全阀测控系统的复位状态的结构示意图，在图3中，控制单元4根据中央处理单元3的控制指令使第三控制阀组6处于左位，第二控制阀组7处于左位，第一控制阀组8处于右位，乳化液介质动力源15通过第一控制阀组8后对输出腔即A腔进行充液，由于组合功能液压油缸17中B腔通过第二控制阀组7与油箱相通、C腔通过第三控制阀组6与油箱相通，组合功能液压油缸17的柱塞向上运动使B腔和C腔中的液体回流至油箱。数据采集单元2实时采集第一压力传感器12、第二压力传感器10、第三压力传感器9、第四压力传感器11，以及位移传感器18的电信号。数据处理单元1对数据采集单元2所采集的位移传感器18的电信号进行分析，判断位移传感器18的位置值是否归零，从而确定组合功能液压油缸17是否处于复位状态。当组合功能液压油缸17处于复位状态时，组合功能液压油缸17的柱塞与上油缸压紧，分离形成控制腔C腔与加载腔B腔，此时控制单元4发送指令，使第三控制阀组6、第二控制阀组7和第一控制阀组8处于中位，同时显示单元5实时显示当前系统控制阀组状态、各压力传感器9、10、11、12及位移传感器18的数值，并且系统进入充液准备状态。

图4为所述大流量安全阀测控系统的充液状态的结构示意图，在图4中，各部分以图3所示复位状态为前提，中央处理单元3根据人工输入的被试安全阀20的型号，驱动控制单元4发出指令，使调压阀13动作将油介质动力源14压力调整到所需压力，然后控制单元4再次发出指令，使第三控制阀组6处于中位，第二控制阀组7处于右位，第一控制阀组8处于右位。乳化液介质动力源15通过第一控制阀组8对组合功能液压油缸17的输出腔即A腔充液，油介质动力源14通过第二控制阀组7对蓄能器组16进行充液。数据采集单元2实时采集各个压力传感器9、10、11、12，以及位移传感器18的电信号，数据处理单元1通过第二压力传感器10判断蓄能器组16的充液压力值，并通过第一压力传感器12判断组合功能液压油缸17的输出腔A腔的充液压力值。当均达到充液压力时，控制单元4再次发出指令，使第二控制阀组7处于中位，第一控制阀组8处于中位，试验充液状态完成，同时显示单元5实时显示当前系统控制阀组状态、各个压力传感器9、10、11、12及位移传感器18的读数，系统进入加载准备状态。

图5为所述大流量安全阀测控系统的加载状态的结构示意图，在图5中，各部分以图4所示充液完成状态为前提，控制单元4发出指令，使第三控制阀组6处于右位，第二控制阀组7处于中位，第一控制阀组8处于中位。控制腔即C腔中液体的压力作用驱动组合功能液压油缸17的柱塞向下运动，同时控制腔C腔与加载腔B腔瞬间连通，蓄能器组16中的油液压力迅速释放，输出腔A腔被所述组合功能液压油缸17增压，提供试验所需的一定压力与流量的液体，使被试安全阀20溢流，从而完成对被试安全阀20的加载溢流。在整个试验加载过程中，数据采集单元2实时采集各个压力传感器9、10、11、12，以及位移传感器18的电信号，试验加载完成后，数据处理单元1可进行被试安全阀20的动态流量、压力曲线绘制，并能进行结果的分析，存储、打印等，同时显示单元5可以实时显示所述系统的各个控制阀组6、7、8的状态、各个压力传感器9、10、11、12及位移传感器18的读数，系统进入卸荷准备状态。

图6为所述大流量安全阀测控系统的卸荷状态的结构示意图，在图6中，各部分以图5所示卸荷准备状态为前提，控制单元4发出指令，使第三控制阀组6处于左位，第二控制阀组7处于左位，第一控制阀组8处于左位，组合功能液压油缸17的输出腔A腔、加载腔B腔、控制腔C腔中的压力均通过各控制阀组8、7、6回流卸荷。数据采集单元2实时采集各个压力传感器9、10、11、12，以及位移传感器18的电信号，同时显示单元5实时显示系统当前各个控制阀组6、7、8状态、各个压力传感器9、10、11、12以及位移传感器18的读数。当第一压力传感器12信号为零时，卸荷完毕，至此一次试验结束，可继续按照所述复位状态、充液状态、加载状态以及卸荷状态进行新的试验。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种大流量安全阀测控系统，其特征在于，包括机体框架，所述机体框架上设有组合功能液压缸，所述组合功能液压缸上安装有被试安全阀，且所述机体框架和所述组合功能液压缸之间设有用于测量所述被试安全阀的压力数据的压力传感器、以及用于测量所述组合功能液压缸加载行程数据的位移传感器；

所述组合功能液压缸具有与所述被试安全阀连通的第一腔室、用于为所述第一腔室增压的第二腔室、以及用于开启所述组合功能液压缸的第三腔室；所述第一腔室通过第一控制阀组连接有第一介质动力源，所述第二腔室连接有蓄能器组，所述蓄能器组通过第二控制阀组连接有第二介质动力源，所述第三腔室通过所述第三控制阀组连接至所述第二介质动力源。

2.根据权利要求1所述的大流量安全阀测控系统，其特征在于，所述大流量安全阀测控系统还包括电控系统，所述电控系统一方面连接至所述第一控制阀组、第二控制阀组和第三控制阀组以便控制所述第一控制阀组、第二控制阀组和第三控制阀组的通断和导向，另一方面连接至所述压力传感器和位移传感器以便对所述被试安全阀的测试结果进行处理和显示。

3.根据权利要求2所述的大流量安全阀测控系统，其特征在于，所述电控系统包括：

控制单元，用于根据中央处理单元的控制指令控制所述第一控制阀组、第二控制阀组和第三控制阀组的通断和导向；

数据采集单元，用于采集所述压力传感器和位移传感器的测试数据，并将采集到的测试数据输出给中央处理单元；

数据处理单元，用于接收中央处理单元传送的所述测试数据，对所述测试数据进行分析处理以得到与所述被试安全阀的压力和流量相关的测试结果，并将所述测试结果输出给中央处理单元；

显示单元，用于接收并显示由中央处理单元传送的所述测试结果；

中央处理单元，用于向控制单元发送所述控制指令，接收数据采集单元采集到的测试数据并将所述测试数据传送给数据处理单元，接收数据处理单元输出的测试结果并将所述测试结果传送给显示单元。

4.根据权利要求3所述的大流量安全阀测试系统，其特征在于，所述电控系统还包括打印单元，用于接收并打印由中央处理单元传送的所述测试结果。

5.根据权利要求3所述的大流量安全阀测试系统，其特征在于，所述第二控制阀组和所述第二介质动力源间连接有调压阀，所述调压阀连接至所述控制单元。

6.根据权利要求3所述的大流量安全阀测试系统，其特征在于，

连接所述第一腔室和所述第一控制阀组的管路上设有第一压力传感器，所述第一压力传感器连接至所述数据采集单元；

连接所述第二腔室和所述第二控制阀组的管路上设有第二压力传感器，所述第二压力传感器连接至所述数据采集单元；

连接所述第三腔室和所述第三控制阀组的管路上设有第三压力传感器，所述第三压力传感器连接至所述数据采集单元；

且连接所述第二控制阀组和所述第二介质动力源的管路上设有第四压力传感器，所述第四压力传感器连接至所述数据采集单元。

7.根据权利要求1至6任一项所述的大流量安全阀测控系统，其特征在于，所述第一控制阀组、第二控制阀组、第三控制阀组以及第四控制阀组选用三位四通阀。

8.根据权利要求1至6任一项所述的大流量安全阀测控系统，其特征在于，所述第一介质动力源为乳化液介质动力源，所述第二介质动力源为油介质动力源。

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