一种模拟工况条件下评价阀门摩擦磨损性能和预测使用寿命的方法与流程

本发明涉及阀门技术领域，尤其是一种模拟工况条件下评价阀门摩擦磨损性能和预测使用寿命的方法。

背景技术：

在现代工业中，尤其是煤化工领域，阀门服役于高温高压强腐蚀性的工况，并且其工作形式为频繁往复性开启闭合，长时间处于这种工况条件下工作，严重缩短了阀门的使用寿命。目前国内外针对阀门的失效形式，结合工作形式和工况条件，通过表面处理技术、先进的制造工艺和设备以及结构优化的形式改善阀门的性能，延长阀门在高强度恶劣工况环境的使用寿命。为了能够准确地评价阀门的性能，需要对经过结构优化、表面处理以及先进制造工艺处理之后的阀门进行模拟工况条件试验，得到相关性能评价指标，得出综合性能的评价。

目前对于摩擦磨损性能评价的研究分为两大类：一类主要包括常温摩擦磨损试验机研究试样的摩擦系数变化，通过计算得到磨痕磨损量和磨损率；高温摩擦磨损试验机研究试样的摩擦系数变化，通过计算得到磨痕磨损量和磨损率；另一类包括阀门高温高压液体密封性检测，阀门高温高压气体密封性检测等。

现有技术所公开的阀体摩擦磨损测试方法，其通过评定阀体和阀杆所用金属材料的摩擦磨损性能，以及所用润滑油或润滑脂的长时抗磨损性能，测试过程中可自动控制温度的变化，保证温度在一定范围内，同时，通过计数器记录阀杆在阀体的阀孔中往复运动的次数。但这种测试方法没有并未考虑阀门的使用工况，以理想化的摩擦磨损条件进行试验，测试结果与阀门实际结果会产生较大的差异，同时，评价指标仅仅是往复次数，只能作为寿命的评价指标。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种模拟工况条件下评价阀门摩擦磨损性能和预测使用寿命的方法，以实现在接近实际使用工况的条件下，能准确地通过操作扭矩、密闭容腔压强评价阀门的使用性能，并通过计数器记录的次数预测阀门的使用寿命，为阀门生产和性能改进提供有效的参考依据。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种模拟工况条件下评价阀门摩擦磨损性能和预测使用寿命的方法，具有以下步骤：

a、施加阀门密封预紧力：选用电动缸作为驱动，使预紧力达到试验设定值，同时保证试验过程中外加预紧力恒定不变，通过压力传感器监测试验过程中预紧力的变化情况；

b、制备接近实际工况条件的工作介质：在储液槽中配制0.6～0.7m³的工作介质，通过磁力搅拌器持续搅拌，促进固液混合使介质均匀混合，防止固体颗粒沉淀；

c、工作介质传输：关闭阀门，采用动力泵和空压机将工作介质输送至密闭容腔，在输送过程中，通过增压系统和加热系统使工作介质达到工况压强和温度要求；在此步骤中，压力传感器监测密闭容腔压强变化；安全阀设定工作压强为8.1mpa，其作用是保证整个试验管路的安全；排气阀的作用是保证使水蒸气发生高压液化，同时及时排出密闭容腔中的空气，使工作介质顺利充满密闭容腔。

d、试验测试：使用双作用气缸实现阀门的开、闭动作，通过扭矩传感器测量扭矩的大小，扭矩传感器输出端接通数据采集记录系统，记录并存储实验数据，通过plc系统绘制出扭矩变化曲线；

e、反复循环进行以上c、d步骤，压力传感器监测过程中预紧力的变化情况；通过双作用气缸连接的计数器记录转动圈数，计算得到阀门的开关次数，预测出阀门的使用寿命；扭矩传感器连接数据采集和控制系统，当扭矩发生突变时，完全开启阀门，保证工作介质完全排出；

f、试验结束，取出阀门球芯和阀座，观察并分析其磨损失效形式和失效原因。

具体说，所述的步骤a中的预紧力加载是通过电动缸加载系统代替实际的阀门碟簧提供阀门密封预紧力，试验过程中可通过电动缸的控制系统自动调整预紧力的大小，以方便研究密封比压对阀门性能和使用寿命的影响。

步骤b中的工作介质是模拟工况条件，通过成分以及比例配置工作介质，保证试验结果的准确性；所述工作介质为固液混合，同时富含强腐蚀介质，其中包含有cl^-、h2s、mgo、fe2o3、sio2以及al2o3成分，固体颗粒最大直径为5mm，试验最高温度为200℃，试验最高压强为8mpa，这样配制成的接近实际工况的介质可以使试验结果更接近实际结果。

步骤c中，通过加热系统使工作介质温度达到200℃，通过增压系统使工作介质压强达到8mpa，并保证在管路和密闭容腔中避免产生工作介质的气化现象。

其中在试验保压过程中，通过压力传感器监测密闭容腔中压强变化情况，根据压强平衡原理，当阀门发生泄漏时，密闭容腔中压强会发生波动，压力传感器采集的压强数据会发生变化，从而反映阀门的静密封性能。

其中加热系统和增压系统可根据实际需求，自动调整温度0～200℃、压强0～8mpa参数。

步骤d中的扭矩监测，是通过扭矩的变化反映阀门的磨损情况。

本发明的有益效果是：本发明通过模拟实际工况条件，在接近于实际情况的试验条件下，运用实际生产中的阀门进行试验，通过先进的传感技术，利用扭矩传感器监测试验过程中操作扭矩的变化，间接反映阀门的磨损情况；利用压力传感器监测密闭容腔中压强变化，反映阀门的静密封性能；利用计数器记录驱动系统的转动圈数，计算得到阀门的开关次数，预测阀门的实际使用寿命。本发明可以更准确地评价阀门的性能，预测实际使用寿命，对阀门制造、生产，以及实际使用提供准确、合理的参考。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明试验过程的操作工艺流程图。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，一种模拟工况条件下评价阀门摩擦磨损性能和预测使用寿命的方法，包括如下步骤：

1)施加阀门密封预紧力，采用电动缸作为驱动，使预紧力达到试验设定值，同时保证试验过程中所外加预紧力恒定不变，通过压力传感器监测试验过程中预紧力的变化情况；

2)制备接近实际工况条件的工作介质，在储液槽中配制0.65m³的工作介质，通过磁力搅拌器持续搅拌，促进固液混合工作介质均匀混合，防止固体颗粒沉淀；

3)关闭锁渣阀，动力泵将工作介质由储液槽ⅰ输送至储液槽ⅱ，储液槽ⅱ中工作介质达到上料位，动力泵停止负载工作，关闭截止阀；

空压机将工作介质由储液槽ⅱ输送至储液槽ⅲ，工作介质达到储液槽ⅲ的上料位，关闭截止阀，转换换向阀，通过空压机增加储液槽ⅲ中工作介质压强，压力传感器监测储液槽ⅲ压强变化，介质压强达到2mpa，空压机处于保压状态，加热管加热工作介质，利用温度传感器监测工作介质温度，介质温度达到200℃，加热管停止工作，在此过程中，位于储液槽ⅲ中的磁力搅拌器持续工作，保证工作介质均匀混合，防止固体颗粒沉淀；

空压机将储液槽ⅲ中高温介质输送至密闭容腔，储液槽ⅲ中工作介质达到下料位，关闭截止阀，空压机停止工作，在此过程中，打开截止阀，保证排气阀正常工作；通过液体增压系统增加密闭容腔中介质压强，压力传感器监测介质压强，介质压强达到8mpa，增压系统处于保压状态。

安全阀试验设定工作压强为8.1mpa，保证整个试验管路的安全；排气阀保证水蒸气发生高压液化，同时及时排出密闭容腔中的空气，使工作介质顺利充满密闭容腔。

4)双作用气缸实现阀门的开关、闭合动作，利用扭矩传感器测量扭矩的大小，扭矩传感器输出端接通数据采集记录系统，记录并存储实验数据，通过plc系统绘制出扭矩变化曲线。

5)反复循环进行以上3、4步骤，压力传感器监测过程中预紧力的变化情况；通过双作用气缸连接的计数器记录阀门的开关次数；扭矩传感器连接数据采集和控制系统，当扭矩发生突变时，完全开启阀门，保证工作介质完全排出。

6)试验结束，取出阀门球芯和阀座，观察并分析阀门磨损失效形式和失效原因。

本发明通过在接近实际使用工况的条件下，严格控制了试验操作工艺流程，能够准确地通过操作扭矩、密闭容腔压强评价阀门的使用性能，通过计数器记录的次数预测阀门的使用寿命，为阀门生产和性能改进提供有效的参考。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。