一种复杂工况下电动阀门动态扭矩连续测试装置的制作方法

本发明属于测量领域，尤其涉及一种用于阀门动态扭矩的测量装置。

背景技术：

阀门是输送流体管道系统的重要组成部分。

启闭力和启闭力矩为阀门开启或关闭所必须施加的作用力，执行机构的扭矩力是体现阀门综合水平的一项重要指标。阀门动态扭矩参数也是阀门设计、生产、制造和使用过程中的一项非常重要的参数。

而目前在该领域尚未有系统的数据可供参考，容易导致实际使用扭矩不足或扭矩过剩。

授权公告日为2011.06.22，授权公告号为CN 201876333 U的中国实用新型专利，公开了一种“阀门电动执行机构扭矩测试装置”，其装置的台架底板上固定有负载加载器，动态扭矩传感器的下端通过连轴器B与负载加载器内部转轴的上端固定连接，其上端通过伸出台架上端圆形通孔的连轴器A与待测试阀门电动执行机构输出轴啮合连接，并通过连接座固定支撑在台架上，电压、电流以及开关量传感器的输入端并联与待测试阀门电动执行机构的电输出端连接，其输出端并联通过数据采集器与计算机连接。

该技术方案是针对阀门电动执行机构输出特性的测量，无法对阀门的动态特性进行测量。

而目前市场上还未有完善的装置来做阀门动态扭矩测量装置，由于无法了解阀门在实际工况下的启闭扭矩值和该值与阀门开度的对应关系，给阀门的设计、制造工艺、使用带来了盲目性，严重制约了阀门产品的技术进步和质量提升，不能满足产品的使用要求；另外，因缺乏扭矩实际数据，所以在驱动装置选型配套方面也经常出现问题，往往不是扭矩选择过剩，造成浪费，就是扭矩选择不足，无法驱动。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种复杂工况下电动阀门动态扭矩连续测试装置。其可在各种复杂工况下对电动阀门的动态扭矩进行连续测试，测量电动阀门开启和关闭全过程中的动态扭矩；该装置操作方便，测量精度高、分辨率高，具有很高的工程应用价值。

本发明的技术方案是：提供一种复杂工况下电动阀门动态扭矩连续测试装置，其特征是所述测试装置包括：

待测阀门14、阀门驱动装置2、传感器5、第一联轴器4、第二联轴器16、传感器固定支架3、阀门底座、数据采集装置、高压储罐1；

其中，待测阀门被固定在阀门底座上，待测阀门上方的阀门底座上设置有阀门驱动装置；阀门驱动装置的输出轴与待测阀门轴对应连接；

阀门底座两端一端安装进气口接头8，一端安装出气口接头12；

进气口接头8和出气口接头12与阀门通过第四螺栓7相连；

所述高压储罐的输出端，经管道与进口气接头固接；

阀门轴6通过第二联轴器16和传感器5连接，阀门驱动装置2通过第一联轴器和传感器5连接。

具体的，所述的阀门底座由阀门支架11，角钢10，进气口接头8及出气口接头12组成；所述的数据采集装置至少包括：数据转换模块20，数据采集卡21，NI-cDAQ USB机箱22，和Labview平台的工控机23组成。

具体的，所述的传感器固定支架3通过第一螺栓15固定在阀门14上，传感器5通过第二螺栓17固定于传感器固定支架3上，阀门驱动装置2通过第三螺栓18与传感器固定支架固定。

进一步的，所述的传感器固定支架3由钢板焊接而成，包括上板29、下板25、左侧板24和右侧板27；其中上板29与下板25平行，左侧板24与右侧板27平行，两侧板与上下板垂直，其中右侧板27焊接底板28用于固定传感器5。

进一步的，所述传感器固定支架3的上板29开上板孔30用于穿过驱动轴19，上板孔30的直径大于通过该孔的驱动轴19直径；传感器固定支架3的下板25开下板孔26用于穿过阀门轴6，下板孔26直径大于阀门轴6直径。

具体的，在所述进气口接头8与阀门的进气口端面之间，以及出气口接头12与阀门的出气口端面之间，加装设置有金属缠绕垫13。

具体的，所述的阀门底座进气口接头8和出气口接头12通过角钢10固定于阀门支架上；角钢10与阀门支架11通过第五螺栓9相固定。

进一步的，所述的传感器5采集到的数据，由数据转换模块20转换成标准信号，再传送到数据采集卡21，通过NI-cDAQ USB机箱22传递给具有Labview平台的工控机23。

具体的，所述的labview平台界面由参数设定单元，数据存储单元，数据显示单元组成。

本发明技术方案所述的电动阀门动态扭矩连续测试装置，通过对待测阀门施加持续各种连续变化的压力，并通过传感器连续测量并记录在各种工况下阀门的动态扭矩数值，进而实现复杂工况下电动阀门的动态扭矩连续测试，测量得到电动阀门开启和关闭全过程动态扭矩。

与现有技术比较，本发明的优点是：

使用本发明技术方案的电动阀门动态扭矩连续测试装置，可以测量阀门动作过程中的动态扭矩并保存记录数据，可实现多种工况下扭矩动态测量，不仅可以测量空载情况下阀门开启与关闭的动态扭矩，亦可测量通气通液、不同压力下等多种工况下阀门动态扭矩。测试装置结构简单，操作方便，适用于多种类型的阀门的动态扭矩测量，且测量精度高(可到0.00001N.m)，具有很高的分辨率(采样频率可到200kHz)。

附图说明

图1本发明所述测试系统测试装置结构示意图。

图2本发明传感器支架结构示意图。

图3某DN50固定式电动球阀不同工况下动态开阀过程扭矩值曲线。

图4某DN50固定式电动球阀不同工况下动态全过程扭矩值曲线。

图5某DN50浮动式电动球阀不同工况下动态过程扭矩值曲线。

图中1为高压储罐；2为阀门驱动装置；3为传感器固定支架；4为第一联轴器；5为传感器；6为阀门轴；7为第四螺栓；8为进气口接头；9为第五螺栓；10为角钢；11为阀门支架；12为出气口接头；13为金属缠绕垫；14为阀门；15为第一螺栓；16为第二联轴器；17为第二螺栓；18为第三螺栓；19为驱动轴；20为数据转换模块；21为数据采集卡；22为NI-cDAQ USB机箱；23为具有labview平台的计算机；24为左侧板；25为下板；26为下板孔；27为右侧板；28为底板；29为上板；30为上板孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1中，本发明的技术方案，提供了一种复杂工况下电动阀门动态扭矩连续测试装置，其发明点在于，所述测试装置包括：

待测阀门(简称阀门，下同)14、阀门驱动装置2、传感器5、第一联轴器4、第二联轴器16、传感器固定支架3、阀门底座、数据采集装置、高压储罐1；

其中，待测阀门被固定在阀门底座上，待测阀门上方的阀门底座上设置有阀门驱动装置；阀门驱动装置的输出轴与待测阀门轴对应连接；

阀门底座两端一端安装进气口接头8，一端安装出气口接头12；

进气口接头8和出气口接头12与阀门通过第四螺栓7相连；

所述高压储罐的输出端，经管道与进口气接头固接；

阀门轴6通过第二联轴器16和传感器5连接，阀门驱动装置2通过第一联轴器和传感器5连接。

具体的，所述的阀门底座由阀门支架11，角钢10，进气口接头8及出气口接头12组成；所述的数据采集装置至少包括：数据转换模块20，数据采集卡21，NI-cDAQ USB机箱22，和Labview平台的工控机23组成。

具体的，所述的传感器固定支架3通过第一螺栓15固定在阀门14上，传感器5通过第二螺栓17固定于传感器固定支架3上，阀门驱动装置2通过第三螺栓18与传感器固定支架固定。

图2中，所述的传感器固定支架3由钢板焊接而成，包括上板29、下板25、左侧板24和右侧板27；其中上板29与下板25平行，左侧板24与右侧板27平行，两侧板与上下板垂直，其中右侧板27焊接底板28用于固定传感器5。

进一步的，所述传感器固定支架3的上板29开上板孔30用于穿过驱动轴19，上板孔30的直径大于通过该孔的驱动轴19直径；传感器固定支架3的下板25开下板孔26用于穿过阀门轴6，下板孔26直径大于阀门轴6直径。

在本技术方案中，在所述进气口接头8与阀门的进气口端面之间，以及出气口接头12与阀门的出气口端面之间，加装设置有金属缠绕垫13。

在本技术方案中，所述的阀门底座进气口接头8和出气口接头12通过角钢10固定于阀门支架上；角钢10与阀门支架11通过第五螺栓9相固定。

由图1中所示可知，所述的传感器5采集到的数据，由数据转换模块20转换成标准信号，再传送到数据采集卡21，通过NI-cDAQ USB机箱22传递给具有Labview平台的工控机23。

具体的，所述的labview平台界面由参数设定单元，数据存储单元，数据显示单元组成。

本发明技术方案所述的电动阀门动态扭矩连续测试装置，通过对待测阀门施加持续各种连续变化的压力，并通过传感器连续测量并记录在各种工况下阀门的动态扭矩数值，进而实现复杂工况下电动阀门的动态扭矩连续测试，测量得到电动阀门开启和关闭全过程动态扭矩。

本技术方案中所用传感器固定支架结构参照图2中所示，其上、下板用于固定阀门和阀门驱动装置。其一侧板用于固定传感器。

所用传感器为N338型-F型扭矩传感器，所用信号转换模块为JN338-F/A转换器，所用数据采集卡为NI9203数据采集卡，所用NI-cDAQ USB机箱为NI9174机箱。

实际测试时，首先把阀门安装固定到阀门底座上。阀门和进、出口气接头相连接，中间加金属缠绕垫密封。然后按顺序依次安装传感器固定支架、第二联轴器、传感器和第一联轴器。最后安装阀门驱动装置。并将阀门驱动装置电源线和信号线与控制箱相连接。

阀门进气(口)接头接高压储罐。

传感器经F/A信号转换模块与NI9203数据采集卡相连接。把采集卡安装固定到NI-cDAQ USB机箱上，通过USB与工控机相连。

阀门和扭矩传感器用第一联轴器连接，扭矩传感器和阀门驱动装置用第二联轴器连接。

所用Labview平台由参数设定单元，数据存储单元，数据显示单元组成。

一、空载下电动阀门动态扭矩测量实验操作步骤：

A、根据以上所示准备实验装置(工装加工，电线、信号线等购买)，并根据如图1、图2所示安装搭建实验装置，并连接电源线及信号线。

B、阀门驱动装置和数据采集装置(信号转换模块，数据采集卡和采集卡机箱，计算机)供电。

C、打开软件设定采集参数。准备数据采集。

D、打开或关闭实验阀门并同时采集记录数据。

E、调整开关方向或者更换阀门重复上一步操作。

F、查看数据，关闭软件。

G、扭矩测量结束，整理仪器及实验设备。

H、整理实验数据。

二、高温高压介质下电动阀门动态扭矩测量实验操作步骤：

A、根据以上所示准备实验装置，并根据如图1、图2所示安装搭建实验装置，并连接电源线及信号线。

B、给高温高压储罐加压充介质达到实验所需压力，通过调整储罐出口减压阀到实验所需压力。

C、阀门驱动装置和数据采集装置供电。

D、打开软件设定采集参数。准备数据采集。

E、打开高温高压储罐出口阀门，打开或关闭实验阀门并同时采集记录数据。

F、储罐重新调整介质压力、或调整开关方向、更换阀门重复上一步操作。

G、查看数据，关闭软件。

H、扭矩测量结束，整理仪器及实验设备。

I、整理实验数据。

三、实施例：

以某DN50电动固定式球阀、浮动式球阀为研究对象，使用上述发明的阀门动态扭矩连续测试装置分别对其进行了扭矩测试。被测阀门的电动驱动装置最大输出扭矩为1000N.m，阀门阀杆的转速为1转/分，阀杆实现0～90度的开启。试验中选用某电机厂生产的YDF2 211-4型号三相电机，该电机额定转速为1400转/分，额定功率为0.18kW，额定电流为1.22A。高压储罐分别提供实验所需的0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa压缩空气，经过截止阀控制通断，然后由调压阀控制气源的压力。

实验结果：

本发明较好的测量到的电动球阀开启全过程的动态扭矩。

某DN50固定式电动球阀不同工况下动态开阀过程扭矩值曲线如附图3所示。

某DN50固定式电动球阀不同工况下动态全过程扭矩值曲线如附图4所示。

某DN50浮动式电动球阀不同工况下动态过程扭矩值曲线如附图5所示。

从附图3、4中分别可以看出：固定式球阀开阀过程中扭矩迅速增大到一峰值后逐渐减小、后又逐渐增大到稳定；关阀过程中扭矩迅速增大到一峰值后逐渐减小、当阀门即将关闭时又逐渐增大。

从附图5中可以看出：浮动式球阀开阀过程中扭矩迅速增大到一峰值后减小到稳定、当阀门即将打开时又稍微增大到稳定；关阀过程中扭矩迅速增大到一峰值后减小到稳定、当阀门即将关闭时又增大。

实验结果表明本发明的电动阀门动态扭矩测量装置满足了DN50电动球阀动态扭矩全过程测量的要求。并且本发明在试验过程中无任何误动作，没有发生失真现象。

本发明可广泛用于阀门扭矩性能测试装置的设计和制造领域。