基于空气加热系统的高温阀门检测试验装置及方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验装置，包括空气压缩机、加热罐、检测装置和缓冲罐；所述空气压缩机通过钢管与加热罐连接；所述加热罐的顶部设置有加热罐压力传感器和温度传感器，所述加热罐的底部设置有空气加热器；所述加热罐通过第一试验管道与待测阀门的入口连接，所述第一试验管道上设置有电动截止阀；所述检测装置包括检测台和测试装置，所述待测阀门设置在检测台上，所述测试装置包括高温流量计、扭矩测试装置、压差计和超声波泄漏检测仪；所述待测阀门的出口通过第二试验管道与缓冲罐连接。本发明可在工厂内模拟实际工况对高温阀门进行高温介质流通性能检测。
【专利说明】基于空气加热系统的高温阀门检测试验装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械部件测试【技术领域】，具体涉及一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验装置及方法。
【背景技术】
[0002]阀门是管路流体输送系统中的控制部件，主要用于改变通路断面和介质流动方向，具有导流、截止、节流、止回、分流、溢流泄压等功能。用于流体控制的阀门品种和规格繁多，有最简单的截止阀，也有几位复杂的自控系统中所用的各种阀门，有极微小的仪表阀，也有通径达IOm的工业管路用阀门。工业阀门的大量应用是在瓦特发明蒸汽机之后，近二三十年来，由于石油、化工、电站、冶金、船舶、核能、宇宙等方面的需要，对阀门提出了更高的要求，促使人们研究和生产高参数的阀门，其工作温度从超低温-269°C到高温1200°C，甚至高达 3430°C。
[0003]高温阀门广泛应用于石油炼化行业，流通介质为高温烟气或裂解油等，高温恶劣条件对阀门的启闭性能、流通能力以及泄漏与否提出了很大的考验，因此高温阀门在高温下的上述性能检验尤为必要。但是，相关检测装置并不多见，即使有也不能模拟实际工况，实际应用中，一般是将阀门送到使用现场检验，可是一旦现场应用有问题，可能给用户带来不可预料的损失，这对生产厂家和用户是不可接受的。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中无法有效解决在厂内模拟实际工况对高温阀门进行检测试验等问题的缺陷，提供一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验装置及方法。
[0005]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
本发明提供一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验装置，包括空气压缩机、加热罐、检测装置和缓冲罐；其中，所述空气压缩机通过钢管与加热罐连接；所述加热罐的顶部设置有加热罐压力传感器和温度传感器，所述加热罐的底部设置有空气加热器；所述加热罐通过第一试验管道与待测阀门的入口连接，所述第一试验管道上设置有电动截止阀；所述检测装置包括检测台和测试装置，所述待测阀门设置在检测台上，所述测试装置包括高温流量计、扭矩测试装置、压差计和超声波泄漏检测仪，所述高温流量计设置在第一试验管道上，所述扭矩测试装置与待测阀门的阀杆连接，所述压差计的接头分别与待测阀门的入口和出口连接，所述超声波泄漏检测仪与待测阀门连接；所述待测阀门的出口通过第二试验管道与缓冲罐连接。
[0006]按上述技术方案，所述加热罐为立式的不锈钢筒体，其顶部还设置有安全阀，底部设置有第一排放管道，所述第一排放管道上设置有第一截止阀。
[0007]按上述技术方案，所述第一试验管道与待测阀门的入口的连接部位、所述待测阀门的出口与第二试验管道的连接部位分别设置有法兰短节，所述法兰短节为两端焊接有法兰的变径钢管，适用于不同口径的阀门。
[0008]按上述技术方案，所述扭矩测试装置包括电动执行器和扭矩传感器，所述电动执行器的输出轴通过联轴器与扭矩传感器连接，所述扭矩传感器的输出轴通过联轴器与待测阀门的阀杆连接，其中，所述电动执行器和扭矩传感器由支架固定设置在检测台上。
[0009]按上述技术方案，所述待测阀门的入口和出口处分别设有取样孔，所述取样孔与压差计的接头焊接。
[0010]按上述技术方案，所述检测台为水平的水泥基座。
[0011]按上述技术方案，所述缓冲罐上设置有缓冲罐压力传感器，所述缓冲罐的底部设置有第二排放管道，所述第二排放管道上设置有第二截止阀。
[0012]按上述技术方案，所述加热罐、第一试验管道、第二试验管道和缓冲罐的表面均涂有保温材料以进行保温。
[0013]本发明提供一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验方法，包括以下步骤:
51、将待测阀门固定安装在检测台上，其阀杆与扭矩测试装置连接，入口和出口分别与加热罐和缓冲罐连接；
52、开启空气压缩机，向加热罐内打压，观察加热罐压力传感器的示数，当压力处于O?3MPa时，关闭空气压缩机，开启空气加热器，观察温度传感器的示数和加热罐压力传感器的示数，当温度达到试验温度值、且压力达到试验压力值时，关闭空气加热器；
53、打开电动截止阀，使高温高压空气作用于待测阀门，通过扭矩测试装置调节待测阀门的开度，采集阀门相对开度值、高温靶式流量计的示数、扭矩测试装置的示数、压差计的示数和超声波泄漏检测仪的示数。
[0014]本发明产生的有益效果是:本发明结构设计合理，可在工厂内模拟实际工况对高温阀门进行高温介质流通性能检测，包括阻力系数测试、扭矩性能测试、流量特性测试以及泄露量检测，而且本发明采用空气加热系统，可以获得比较高的试验温度和比较大的试验压力，测试效果明显，能测试不同规格的阀门，测试范围广，精确度高。本发明弥补了国内高温阀门检测的不足，为高温阀门特别是用于石化行业的新产品研发提供试验平台，可以验证各种新工艺、新材料等，大幅度提高了我国高温阀门的核心竞争力。
[0015]具体的，通过空气压缩机和空气加热器对加热罐内的空气进行加热加压，直至其达到试验要求，即与实际工况相符，然后打开电动截止阀，使高温高压空气作用于待测阀门，同时通过扭矩测试装置缓慢调节待测阀门的开度，高温高压空气经待测阀门流入缓冲罐，在此过程中，记录阀门的相对开度值、高温流量计的示数、扭矩测试装置的示数、压差计的示数和超声波泄漏检测仪的示数，再经公式计算出阻力系数、扭矩性能、流量特性和泄露量。
[0016]进一步的，加热罐顶部的安全阀用于在加热过程中进行泄压，以保持加热罐内的压力维持在试验压力值，检测试验完成后，打开第一截止阀，加热罐内的高压高温空气可以通过加热罐底部的第一排放管道排出。
[0017]进一步的，通过在待测阀门和试验管道之间设置法兰短节，可以适应不同规格、不同外形尺寸的阀门。
[0018]进一步的，通过控制电动执行器的蜗轮蜗杆结构转动的角度(O?90° )，可以精确的控制待测阀门的相对开度(O?100%)，进一步提高检测性能的精确度。[0019]进一步的，通过在缓冲罐上设置缓冲罐压力传感器，可以实时检测缓冲罐内的压力，如压力过大，可以打开第二截止阀，使罐内高压高温空气经第二排放管道排出。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是数据采集和控制装置的结构示意图；
图3是控制柜的结构示意图。
[0021]图中:1-加热罐、2-空气加热器、3-底座、4a_第一截止阀、4b_第二截止阀、5-加热罐压力传感器、6-安全阀、7-温度传感器、8-电动截止阀、9-高温流量计、10-检测台、11-法兰短节、12-待测阀门、13-压差计、14-电动执行器、15-扭矩传感器、16-超声波泄漏检测仪、17a-第一试验管道、17b-第二试验管道、18-缓冲罐、19-缓冲罐压力传感器、20-空气压缩机、21a-第一排放管道、21b-第二排放管道、22-支架、23-加热罐压差计数器、24-高温流量计数器、25-待测阀门行程位移计数器、26-待测阀门扭矩数据计数器、27-控制柜、28-加热罐温度显示器、29-加热罐压力显示器、30-缓冲罐压力显示器、31-泄漏仪状态显示器、32-总电源开关、33-空气压缩机开关、34-空气加热器开关、35-电动截止阀开关、40-计算机、41-米集卡。
【具体实施方式】
[0022]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]如图1所示，本发明提供一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验装置，包括空气压缩机20、加热罐1、检测装置、缓冲罐18、数据采集和控制装置、控制系统。空气压缩机20为立式水冷船用空气压缩机，可提供3MPa的出口压力，其通过钢管和法兰与加热罐I连接。加热罐I为立式的不锈钢筒体，加热罐I的顶部设置有加热罐压力传感器5、温度传感器7、安全阀6，加热罐I的底部设置有底座3用于支撑并与地面间隔一定距离，加热罐I的底部设置有空气加热器2、第一排放管道21a，第一排放管道21a上设置有第一截止阀4a。加热罐I通过第一试验管道17a与待测阀门12的入口连接，第一试验管道17a上设置有电动截止阀8。检测装置包括检测台10和测试装置，待测阀门12设置在检测台10上，检测台10为水平的水泥基座，测试装置包括高温流量计9、扭矩测试装置、压差计13和超声波泄漏检测仪16，高温流量计9为靶式流量计，设置在第一试验管道17a上，扭矩测试装置与待测阀门12的阀杆连接，扭矩测试装置包括电动执行器14和扭矩传感器15，电动执行器14的输出轴通过联轴器与扭矩传感器15连接，扭矩传感器15的输出轴通过联轴器与待测阀门12的阀杆连接，其中，电动执行器14和扭矩传感器15由支架22固定设置在检测台10上，压差计13的接头分别与待测阀门12的入口和出口连接，超声波泄漏检测仪16与待测阀门12连接，超声波泄漏检测仪16与待测阀门12连接，超声波泄漏检测仪依靠支撑架固定在检测台上，其感应贴片与待测阀门连接并由线圈将信号传输，以远距离控制和传输测试数据。待测阀门12的出口通过第二试验管道17b与缓冲罐18连接，缓冲罐18上设置有缓冲罐压力传感器19，缓冲罐18的底部设置有底座3用于支撑并与地面间隔一定距离，缓冲罐18的底部设置有第二排放管道21b，第二排放管道21b上设置有第二截止阀4b。
[0024]本发明通过空气压缩机和空气加热器对加热罐内的空气进行加热加压，直至其达到试验要求，即与实际工况相符，在加热过程中通过安全阀进行泄压，以保持加热罐内的压力维持在试验压力值，然后打开电动截止阀，使高温高压空气作用于待测阀门，同时通过扭矩测试装置缓慢调节待测阀门的开度，具体通过控制电动执行器的蜗轮蜗杆结构转动的角度(O?90° )，精确的控制待测阀门的相对开度(O?100%)，高温高压空气经待测阀门流入缓冲罐,缓冲罐上的缓冲罐压力传感器可以实时检测缓冲罐内的压力，如压力过大,可以打开第二截止阀，使罐内高压高温空气经第二排放管道排出，在此过程中，记录阀门的相对开度值、高温流量计的示数、扭矩测试装置的示数、压差计的示数和超声波泄漏检测仪的示数，再经公式计算出阻力系数、扭矩性能、流量特性和泄露量，检测试验完成后，打开第一截止阀，加热罐内的高压高温空气可以通过加热罐底部的第一排放管道排出。
[0025]优选的，第一试验管道17a与待测阀门12的入口的连接部位、待测阀门12的出口与第二试验管道17b的连接部位分别设置有法兰短节11，法兰短节11为两端焊接有法兰的变径钢管，适用于不同口径的阀门，可以测试不同规格、不同外形尺寸的阀门。待测阀门12的入口和出口处分别设有取样孔，取样孔与压差计13的接头焊接。
[0026]优选的，加热罐1、第一试验管道17a、第二试验管道17b和缓冲罐18的表面均涂有保温材料以进行保温。
[0027]本发明提供一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验方法，包括以下步骤:
51、将待测阀门12固定安装在检测台10上，其阀杆与扭矩测试装置连接，入口和出口分别与加热罐I和缓冲罐18连接，完成待测阀门安装和测试前工作；
52、开启空气压缩机20，向加热罐I内打压，观察加热罐压力传感器5的示数，当压力处于O?3MPa时，关闭空气压缩机20，开启空气加热器2，观察温度传感器7的示数和加热罐压力传感器5的示数，当温度达到试验温度值、且压力达到试验压力值时，关闭空气加热器
2；
53、打开电动截止阀8，使高温高压空气作用于待测阀门12，通过扭矩测试装置调节待测阀门12的开度，采集阀门相对开度值、高温流量计9的示数、扭矩测试装置的示数、压差计13的示数和超声波泄漏检测仪16的示数。
[0028]如图2所示，当高温高压空气在管道内流动时，人难以直接在检测台10操作，因此需要数据采集和控制装置，该装置主要由各路信号变送器、采集卡41和计算机40组成，信号变送器将各路信号发送到采集卡41，计算机40用于处理采集卡41发送的各路信号，经软件整理分析得出直观的图像。各路信号变送器包括加热罐压差计数器23、高温流量计数器24、待测阀门行程位移计数器25和待测阀门扭矩数据计数器26，分别用于记录压差计的示数、高温流量计的示数、电动执行器转动的角度和扭矩传感器的示数。为了保证人员的安全，数据采集和控制装置应远离试验现场，所得的数据依靠信号线进行远距离的传输。
[0029]如图3所示，控制系统用于控制各个电器的开关，控制系统设置在控制柜27上，在控制柜上设有加热罐温度显示器28、加热罐压力显示器29、缓冲罐压力显示器30、泄漏仪状态显示器31、总电源开关32、空气压缩机开关33、空气加热器开关34和电动截止阀开关35。[0030]本发明的运行包括三个阶段:打压加热阶段、试验检测阶段和泄压排废阶段。本实施例中，选择空气作为流体介质，最高温度可达800°C，以试验温度值650°C、试验压力值3MPa为例，先在控制柜27上打开电源总开关32，开启空气压缩机开关33，同时观察加热罐压力传感器5的示数，当压力为0.5MPa时停止打压，打开空气加热器开关34，加热罐I中空气至650°C，加热过程中，通过加热罐I顶部的安全阀6进行泄压，保持内部压力在3MPa，完成打压加热，然后打开电动截止阀开关35，使高温高压空气作用于待测阀门12，在计算机上通过调节阀门的开度，进行试验检测，检测完毕后通过截止阀进行泄压排废。
[0031 ] 本实施例中，待测阀门的测试内容包括阻力系数测试、扭矩性能测试，流量特性测试和泄露量检测。
[0032]阀门的阻力系数取决于阀门的尺寸、结构以及内腔形状，试验过程中将加热罐内压保持在3MPa，需要测得的量为阀门相对开度(%)、阀前后压差(MPa)、管内流量(m3/s)。由电动执行器缓慢调节阀门的相对开度，范围从O?100% (相对开度)，再由采集卡实时采集上述待测量的数据，经计算机分析整理后得出试验阀门不同开度下的阻力系数图。
[0033]阀门的扭矩性能测试过程中，需要测得的量为阀门开启的角度(° )，以及对应开度下阀杆的扭矩(N-m)。在采集卡上，将待测阀门电动执行器的角度变化范围限定在O?90°，在计算机上控制阀门启闭过程中转动的角度，该角度由电动执行器上的角行程位移传感器测出，从而得到各角度下的扭矩值，经软件分析整理后得出待测阀门的开度-扭矩图。
[0034]阀门的流量特性是指开度与流量的关系。本实施例中，需要测得的量为待测阀门的相对开度和高温流量计的示数。阀门启闭过程中的相对开度由电动执行器上的角行程位移传感器测出，与流量计数据经采集卡采集后传至计算机，分析整理后得出待测阀门的流量特性曲线。
[0035]本实施例中待测阀门的泄漏情况由超声波泄漏检测仪器测得，泄漏的严重程度可由反应在该仪器上的超声波分贝值体现，泄漏量可由待测阀门全关状态下高温流量计的示数得出。
[0036]本发明采用空气加热系统，可以获得比较高的试验温度和比较大的试验压力，测试效果明显，能测试不同规格的阀门，测试范围广，精确度高，可在工厂内模拟实际工况对高温阀门进行高温介质流通性能检测，包括阻力系数测试、扭矩性能测试、流量特性测试以及泄露量检测。
[0037]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验装置，其特征在于:包括空气压缩机(20)、加热罐(1)、检测装置和缓冲罐(18);其中，所述空气压缩机(20)通过钢管与加热罐(1)连接；所述加热罐(1)的顶部设置有加热罐压力传感器(5)和温度传感器(7)，所述加热罐(1)的底部设置有空气加热器(2 );所述加热罐(1)通过第一试验管道(17a)与待测阀门(12)的入口连接，所述第一试验管道(17a)上设置有电动截止阀(8);所述检测装置包括检测台(10)和测试装置，所述待测阀门(12)设置在检测台(10)上，所述测试装置包括高温流量计(9)、扭矩测试装置、压差计(13)和超声波泄漏检测仪(16)，所述高温流量计(9)设置在第一试验管道(17a)上，所述扭矩测试装置与待测阀门(12)的阀杆连接，所述压差计(13)的接头分别与待测阀门(12)的入口和出口连接，所述超声波泄漏检测仪(16)与待测阀门(12)连接；所述待测阀门(12)的出口通过第二试验管道(17b)与缓冲罐(18)连接。
2.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于:所述加热罐(1)为立式的不锈钢筒体，其顶部还设置有安全阀(6)，底部设置有第一排放管道(21a)，所述第一排放管道(21a)上设置有第一截止阀(4a)。
3.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于:所述第一试验管道(17a)与待测阀门(12)的入口的连接部位、所述待测阀门(12)的出口与第二试验管道(17b)的连接部位分别设置有法兰短节(11)，所述法兰短节(11)为两端焊接有法兰的变径钢管，适用于不同口径的阀门。
4.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于:所述扭矩测试装置包括电动执行器(14)和扭矩传感器(15)，所述电动执行器(14)的输出轴通过联轴器与扭矩传感器(15)连接，所述扭矩传感器(15)的输出轴通过联轴器与待测阀门(12)的阀杆连接，其中，所述电动执行器(14)和扭矩传感器(15)由支架(22)固定设置在检测台(10)上。
5.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于:所述待测阀门(12)的入口和出口处分别设有取样孔，所述取样孔与压差计(13)的接头焊接。
6.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于:所述检测台(10)为水平的水泥基座。
7.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于:所述缓冲罐(18)上设置有缓冲罐压力传感器(19)，所述缓冲罐(18)的底部设置有第二排放管道(21b)，所述第二排放管道(21b)上设置有第二截止阀(4b )。
8.根据权利要求1所述的高温阀门检测试验装置，其特征在于:所述加热罐(1)、第一试验管道(17a)、第二试验管道(17b)和缓冲罐(18)的表面均涂有保温材料以进行保温。
9.一种基于空气加热系统的高温阀门检测试验方法，其特征在于，包括以下步骤: S1、将待测阀门(12)固定安装在检测台(10)上，其阀杆与扭矩测试装置连接，入口和出口分别与加热罐(1)和缓冲罐(18)连接； S2、开启空气压缩机(20)，向加热罐(1)内打压，观察加热罐压力传感器(5)的示数，当压力处于O~3MPa时，关闭空气压缩机(20)，开启空气加热器(2)，观察温度传感器(7)的示数和加热罐压力传感器(5)的示数，当温度达到试验温度值、且压力达到试验压力值时，关闭空气加热器(2)； S3、打开电动截止阀(8)，使高温高压空气作用于待测阀门(12)，通过扭矩测试装置调节待测阀门(12)的开度，采集阀门相对开度值、高温靶式流量计的示数、扭矩测试装置的示数、压差计(13)的 示数和超声波泄漏检测仪(16)的示数。
【文档编号】G01M13/00GK103954441SQ201410170865
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】郑小涛, 郑鹏, 喻九阳, 徐建民, 王成刚, 林纬 申请人:武汉工程大学, 斯耐特(湖北)工业制造有限公司