专利名称：隔膜式气动两位阀性能测试方法
技术领域：
本发明涉及一种气动阀门的性能测试方法，尤其涉及一种带有连 轴器间隙的隔膜式气动阀门的性能测试方法。
技术背景隔膜式气动两位阀由于其控制方便、性能稳定，被大量应用于核 电厂的各系统中，许多都作为安全系统的隔离边界使用，与系统安全 息息相关。对于核电厂所使用的气动两位阀，无论是新购买的，还是经检修，更换了隔膜、o形环、弹簧、填料等易损件的，在投入使用前，都必须对阀门的各性能进行测试，并将调整到规定值范围。失气关式气动两位阀的结构如附图1所示，阀门上部的气动执行 机构提供阀门动作所需的动力。隔膜片被上下两片隔膜板夹在中间， 将气动执行机构分成上下两个腔室。碟形弹簧位于气动执行机构的上 腔内，提供阀门向下动作及密封的动力，其底端抵在圆形上隔膜板的上表面。气动执行机构的下腔通过一个供气孔8与外界供气气源相 通，提供阀门向上动作的动力。阀杆分为上下两部分，上阀杆穿过碟 形弹簧、隔膜板、隔膜片，伸出气动执行机构，与执行机构下腔室间 使用O形密封环密封；下阀杆穿过阀体，底部与阀瓣连接。为防止 阀体内流体通过阀杆处外溢，在阀杆与阀体中间使用石墨填料密封。 上下阀杆间使用连轴器连接。当外界供气气压增大时，在隔膜板的下 表面形成向上的推力，压縮弹簧，推动隔膜板带动阀杆向上运动，使 阀瓣向上运动，直至阀瓣抵到阀体上密封面，阀门打开，运动停止； 当供气气压逐渐减小时，作用在隔膜板下表面的推力逐渐减小，弹簧 张力推动隔膜板向下运动，带动阀杆向下运动，直至阔瓣接触阀体下 密封面，阀门关闭，由弹簧预紧力提供阀门关闭密封力。为减小阀门开关过程中的冲击力，有的气动两位阀在上阀杆与连 轴器连接处设计有一高约0.5mm的联轴器间隙9，作为缓冲区域。当 供气气压增加，作用在隔膜板上的空气推力克服弹簧下预紧力后，先带动上阀杆运动，使上阀杆底部从连轴器间隙9底部移动到连轴器间隙9顶部后，才带动下阀杆及阀瓣向上运动；反之，当供气气压减小 时，弹簧上预紧力大于供气气压作用在隔膜板上向上的推力，推动上 阀杆先向下运动，由连轴器间隙9顶部移动到连轴器间隙9底部后， 再推动下阀杆向下运动，直至阀门关闭。阀门弹簧的上、下预紧力(LowBenchset)设定值、摩擦力等参 数与阀门的密封状态直接关联，因此，需要精确测试阀门的各项设定 值。如何精确的测量弹簧的预紧力值，以及如何测量其他相关性能参 数，尚未见有关报道。 发明内容本发明的目的在于提供一种可精确测定隔膜式气动两位阀弹簧 的上、下预紧力、填料摩擦力、行程距离、联轴器间隙距离和弹簧迟 滞力的隔膜式气动两位阀性能测试方法。用以实现本发明目的技术方案为 一种隔膜式气动两位阀性能测 试方法，依次包括如下步骤，且在操作过程中对上阀杆位移和隔膜气 腔内气压进行实时监测(1) 控制供气气压增长速度，使隔膜气腔内推力缓慢升高，直 至上阀杆底部从连轴器间隙底部运动至连轴器间隙顶部，而下阀杆还 未开始运动；(2) 缓慢降低供气气压，使隔膜空腔内推力缓慢减小，直至上 阀杆底部重新返回至连轴器间隙底部；(3) 重新增大隔膜气腔气压，直至阀瓣抵到阀体上密封面，在 此过程中；(4) 再减小隔膜气腔气压，直至阀瓣抵到阀体下密封面；(5 )根据所记录的气压值与隔膜横截面积计算阀门的力学参数。 计算蝶形弹簧的下预紧力是指，用步骤(2)中上阀杆底部重新返回至连轴器间隙底部时的气压值与隔膜腔的横截面积相乘。计算蝶形弹簧的上预紧力是指，用步骤(4)中上阀杆上阀杆开始向下运动时的气压值与隔膜腔的横截面积相乘。蝶形弹簧的迟滞力计算是指，用步骤(1)测得的最大气压值减去步骤(2)操作过程中上阀杆开始回落时测得的气压值与隔膜腔的 横截面积相乘。气动阀静摩擦力的计算是指，用上阀杆第一次回落至连轴器间隙 底部时测得的气压值、下阀杆开始上升时测得的气压值与上阀杆第二 次回落至连轴器间隙底部时测得的气压值之和，减去下阀杆底端回落 至最初位置时所测气压值、上阀杆第一次上升至连轴器间隙顶端所测 得的气压值与下阀杆开始回落时所测得的气压值之和，将所得的差除 以3后与隔膜腔的横截面积相乘。本发明通过控制供气气压缓慢升高和降低的操作，可以较为精确 的测量出被测隔膜式气动两位阀的有关性能参数。如在上阀杆从连轴器间隙9底部移动到顶部后，供气推力克服填料静摩擦力带动下阀杆 向上运动前，缓慢放气，使上阀杆重新从连轴器间隙9顶部移动到连 轴器间隙9底部。此过程只是上阀杆移动，下阀杆未动作，弹簧尚未 受到填料摩擦力的影响，上阀杆刚返回到连轴器间隙9底部时的供气 推力值，即为气动执行机构内弹簧的预紧力值。将气动执行机构与下 面阀体脱开，单独进行弹簧性能测试所得的迟滞回线证明，此方法测 得的弹簧预紧力是精确的。气腔气压与隔膜有效面积相乘即为下气腔 所形成的向上推力，根据作用力与反作用力原理，在力平衡点即为弹 簧推力。本发明利用连轴器与上阀杆配合的间隙，控制气压缓慢升高和降 低，使气腔压力压縮弹簧产生微小形变，只带动上阀杆在连轴器间隙 9中运动，有效排除了填料摩擦力的影响，可精确测量弹簧的下预紧 力。之后，再一次升高和降低气腔气压，使阀门全开和全关。在两次 升压和降压过程中，实时测试隔膜腔内气体压力，还可实时测量上阀 杆位移参数，得到压力和位移的关联曲线，通过对曲线上特征点的相 关值可直观的获取阀门的各项性能参数，如弹簧LowBenchset (下预 紧力)、HighBenchset (上预紧力)、填料摩擦力、迟滞、行程距离、 连轴器间隙9距离等。结合附图阅读本发明的具体实施方式
的详细描述后，本发明的特 点和优点将更为容易的理解。
图1为本发明所测试方法适用的一种气动两位阀的结构图。图2为利用本发明所提供的方法对图1所示的气动两位阀进行测 试后所得的拟合曲线。图1中，l.碟形弹簧2.隔膜3.圆形隔板4.上阀杆5.连轴器6.石墨填料7.下阀杆8.供气口 9.连轴器间隙。图2中横坐标为隔膜腔内气压作用在隔膜板上的推力值，单位为 N (牛顿)，纵坐标为上阀杆位移值，单位为mm (毫米)。
具体实施方式
下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式
。对于如图1所示的气动两位阀，在隔膜腔内的气压为0时开始向 隔膜2腔内缓慢充气，并通过量程为30英寸、每英寸分辨率为1334 点的编码器式位移传感器和量程为0 6bar、精度为0.25级的压力传 感器分别实时监测上阀杆4的位移和隔膜腔内的气压，上述传感器的 取值采样频率不低于100Hz，在本实例中，传感器的取值采样频率为 100Hz。l.第一次充气1.1幵始阶段，控制供气气压缓慢增大，增加供气气压的控制速 度根据实测的曲线适当调整。由于碟形弹簧1处于被压縮状态，隔膜 2腔内缓慢升高的气压所形成的推力不足以克服弹簧1下预紧力，因 此，尽管隔膜2腔内气压不断升高，上阀杆4仍处于静止状态。1.2气动执行机构隔膜2腔内气压不断升高，当隔膜2腔内气压 形成的推力大于碟形弹簧1预紧力后，以隔膜面积为154187mm2W 气动执行机构为例，气压在2.5bar，推力约为38500N左右时，推动 隔膜板压縮碟形弹簧1并开始带动上阀杆4向上运动，通过控制供气 气压缓慢增大，直至上阀杆4底部运动至连轴器5内空腔顶部，此时， 下阀杆7还未开始动作。2第一次放气2.1缓慢降低供气气压，降低供气气压的控制速度根据实测的曲线适当调整。在本实施例中，迟滞力标准为1500N，但由于现场安装 条件的不同，实测值会有出入，如迟滞力太大会影响密封力，就需解 体检查。开始阶段，由于碟形弹簧1的迟滞效应，上阀杆4并不会因 为碟形弹簧1所受到的压力变小而立刻回落，而是处于静止状态。2.2随着隔膜2腔内气压不断减小，碟形弹簧1底部所受压力逐 渐变小，直到弹簧1张力带动上阀杆4回落，使上阀杆4底部从连轴 器5顶部返回到联轴器间隙9底部后，停止放气。3.第二次充气3.1继续缓慢增大隔膜2腔内气压，增加供气气压的控制速度根 据实测的曲线适当调整。如上1.1所述的开始阶段，隔膜2腔内的气 压尚不足以使碟形弹簧1马上进一步压縮。3.2当隔膜2腔内气压达到一定程度时，碟形弹簧1开始收縮， 并通过圆形隔板3带动上阀杆4向上运动，直至上阀杆4底部再一次 运动至连轴器间隙9顶部。3.3继续增大隔膜2腔内气压，增加供气气压的控制速度根据实 测的曲线适当调整。此时，上阀杆4、连轴器5和下阀杆7成为刚性 连接的一体性结构。由于下阀杆7上部四周填有石墨材料，而这之间 有很大的静摩擦力，在本实施例中，静摩擦力要大于5000N，因此， 在上阀杆4底部再一次运动至连轴器5内空气顶部之后的一段时间 内，尽管不断的向隔膜2腔内进行充气，碟形弹簧l并不会继续进一 步压縮，也就不会带动圆形隔板3，连同上阀杆4等向上运动。3.4经不断向隔膜2腔内缓慢充气，充气的控制速度根据实测的 曲线适当调整，碟形弹簧1所受来自于圆形隔板3的压力足以克服下 阀杆7上部与石墨填料6之间的静摩擦力，而带动圆形隔板3，连同 上阀杆4、连轴器5和下阀杆7—起向上运动，直至阀瓣抵到阀体上 密封面，由于阀门结构限制，即使再加大气压，阀杆也不会再向上运 动。停止充气，或者继续进行很少量的(0.1 0.2bar)充气后，停止 充气。此时，气动两位阀应处于完全打开的状态。4第二次放气4.1缓慢降低隔膜2腔内的气压，降低供气气压的控制速度根据实测的曲线适当调整。开始阶段，由于碟形弹簧1的迟滞效应，上阔 杆4并不会马上回落。4.2随着隔膜2腔内的气体不断的被释放，弹簧1开始向下推动 圆形隔板3，连同上阀杆4向下运动，直至上阀杆4底部回落0.5mm 至连轴器间隙9内底部。4.3继续缓慢降低隔膜2腔内的气压，降低供气气压的控制速度 根据实测的曲线适当调整。此时，由于下阀杆7上部和其周围的石墨 填料6之间静摩擦力的作用，碟形弹簧l尚不足以推动圆形隔板3， 连同上阀杆4和连轴器5、下阀杆7向下运动。4.4随着隔膜空腔内的气体进一步被释放，碟形弹簧1开始推动 圆形隔板3，连同上阀杆4和连轴器5、下阀杆7向下运动，直至下 阀杆7底端回落到当初的位置。5. 数据拟合将上述过程中，通过计算机将所测得的每点的隔膜2腔内压力值 与隔膜的横截面积的乘积作为横坐标、与对应每点的上阀杆4位移作 为纵坐标在采集电脑上显示作图，操作人员根据图示曲线控制充气和 放气速度，按要求程序操作得到如附图2所示的曲线。在图2中，点A至点C与上述l.l阶段相对应；点C至点D与 上述1.2阶段相对应；点D至点E与上述2.1阶段相对应；点E至点 B与2.2阶段相对应；点B至点C与3.1阶段相对应；点C至点D与 3.2阶段相对应；点D至点F与3.3阶段相对应；点F至点G与3.4 阶段相对应；点G至点H与4.1阶段相对应；点H至点I与4.2阶段 相对应；点I至点J与4.3阶段相对应；点J至点K则与4.4阶段相 对应。由于所得拟合曲线能够反映出阀门在测试过程中的状态变化情 况，因此，可以根据对照标准曲线初步判断，有时也根据现场情况和 经验判断阀门的性能是否合格。6. 根据所得的曲线求得相关数据在图2所示曲线中，根据各特征点值进行相应计算，就可得到阀 门的各项实测性能参数。如图2所示，点B处所对应的压力值即为 碟形弹簧1的下预紧力(Low Benchset)，在本实施例中，标准值为38000N，误差允许范围为土2000N，实测值为37267N，点H点所对 应的压力值即为碟形弹簧1的上预紧力(High Benchset)，在本实施 例中，标准要求小于50000N，实测值为46734N，迟滞力的标准值为 1500N，实测值为1252N、静摩擦力的标准值要求大于5000N，实测 值为5149N，迟滞力和静摩擦力也可以根据平衡原理计算得出，F点 到G点的位移差为阔门的实测行程距离，在本实施例中，标准值为 17mm，误差允许范围为土1.5mm，实测值为16.4mm。将这些参数与 阀门的标称参数相比较，可以判断标称值是否准确。其中，蝶形弹簧1的迟滞力计算是指在上阀杆4第一次上升时测得的最大气压值减去上阀杆4第一次开始回落时测得的气压值，即附图中的JtD-^i。气动阀静摩擦力的计算是指用上阀杆4第一次回落至连轴器间隙9底部时测得的气压值、下阀杆7开始上升时测得的气压值与上阀杆4第二次回落至连轴器间隙9底部时测得的气压值之和，减去下阀杆7底端回落至最初位置时所测气压值、上阔杆4第一次上升至连轴器间隙9顶端所测得的气压值与下阀杆7开始回落时所测得的气压值之和，将所得的差除以3后与隔膜腔的横截面积相乘，g卩附图中的—7d)+(X/ —u在上述实施方式中，也可以只对上阀杆4的位移进行实时测量， 对隔膜气腔内的气压只记录与上阀杆4运动状态转换点相对应的值， 亦可获得如附图2所示的曲线。根据本发明的原理，对于失气开式隔膜式气动两位阀，本发明的 方法也是适用的。而且，通过编制自动控制程序，本发明可以实现自 动化操作，操作简单、准确可靠。
权利要求
1.一种隔膜式气动两位阀性能测试方法，其特征在于依次包括如下步骤，且在操作过程中对上阀杆位移和隔膜气腔内气压进行实时监测(1)控制供气气压增长速度，使隔膜气腔内推力缓慢升高，直至上阀杆底部从连轴器间隙底部运动至连轴器间隙顶部，而下阀杆还未开始运动；(2)缓慢降低供气气压，使隔膜空腔内推力缓慢减小，直至上阀杆底部重新返回至连轴器间隙底部；(3)重新增大隔膜气腔气压，直至阀瓣抵到阀体上密封面，在此过程中；(4)再减小隔膜气腔气压，直至阀瓣抵到阀体下密封面；(5)根据所记录的气压值与隔膜横截面积计算阀门的力学参数。
2. 如权利要求1所述的隔膜式气动两位阀性能测试方法，其特征在于计算蝶形弹簧的下预紧力是指，用步骤(2)中上阀杆底部重新返回至连轴器间隙底部时的气压值与隔膜腔的横截面积相乘。
3. 如权利要求1所述的隔膜式气动两位阀性能测试方法，其特征在于计算蝶形弹簧的上预紧力是指，用步骤(4)中上阀杆上阀杆开始向下运动时的气压值与隔膜腔的横截面积相乘。
4. 如权利要求1所述的隔膜式气动两位阀性能测试方法，其特征在于蝶形弹簧的迟滞力计算是指，用歩骤(1)测得的最大气压值减去步骤(2)操作过程中上阀杆开始回落时测得的气压值与隔膜腔的横截面积相乘。
5. 如权利要求1所述的隔膜式气动两位阀性能测试方法，其特征在于气动阀静摩擦力的计算是指，用上阀杆第一次回落至连轴器间隙底部时测得的气压值、下阀杆开始上升时测得的气压值与上阀杆第二次回落至连轴器间隙底部时测得的气压值之和，减去下阀杆底端回落至最初位置时所测气压值、上阀杆第一次上升至连轴器间隙顶端所测得的气压值与下阀杆开始回落时所测得的气压值之和，将所得的差除以3后与隔膜腔的横截面积相乘<
全文摘要
本发明涉及一种阀门性能测试方法，具体是一种隔膜式气动两位阀性能测试方法。其特点是，利用连轴器与上阀杆配合的间隙，控制气压缓慢升高和降低，使气腔压力压缩弹簧产生微小形变，只带动上阀杆在连轴器间隙中运动，有效排除了填料摩擦力的影响，可精确测量弹簧的下预紧力。之后，再一次升高和降低气腔气压，使阀门全开和全关。在两次升压和降压过程中，实时测量隔膜腔内气体压力与上阀杆位移参数，将隔膜腔内压力与隔膜横截面积相乘后换算为压力值，并作压力和位移的关联曲线，通过曲线上的特征点获取阀门的各项性能参数。本发明适合于隔膜式气动两位阀性能的测试。
文档编号G01M99/00GK101581632SQ20091013677
公开日2009年11月18日 申请日期2009年5月15日 优先权日2008年5月16日
发明者萍 黄 申请人:核动力运行研究所;中核武汉核电运行技术股份有限公司