本发明属于阀门测试技术领域，涉及一种用于弹簧式安全阀动态特性的测试装置及测试方法。
背景技术
安全阀在锅炉、核电、化工等过程工业领域中是必不可少的泄压装备，作为承压系统的最后一道屏障，一但承压系统出现超压问题，安全阀将能够准确的开启，稳定的排放出承压系统内多余的压力，又可以通过及时的回座来避免承压系统内压力的过度泄放。最常用的安全阀是弹簧式安全阀，弹簧式安全阀利用弹簧压缩产生的力来平衡作用在阀瓣上的压力并使阀瓣与阀座接触面密封。当安全阀的入口压力小于安全阀的整定压力时，安全阀处于关闭阶段；随着安全阀的入口压力逐渐增大高于安全阀的整定压力时，弹簧力不足以抵抗入口压力，阀瓣开始离开阀座，安全阀迅速开启并处于排放阶段；随着安全阀的不断泄压，安全阀的入口压力逐渐减小，当入口压力小于弹簧力时，阀瓣开始回座，从而使承压系统中的压力维持在一定范围内。
安全阀的准确开启、稳定排放和迅速回座对安全阀的性能有很大的影响，研究安全阀的动态特性具有十分重要的意义。因此，需要发明一种用于弹簧式安全阀动态特性的测试装置及测试方法。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种结构简单、测试精度高、测试功能丰富的用于弹簧式安全阀动态特性的测试装置及测试方法。本发明通过对安全阀的入口压力、安全阀阀杆的位移、压力容器内的压力和管道内气体的质量流量进行监测，可以很好地实现安全阀动态特性的测试。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于弹簧式安全阀动态特性的测试装置，包括供气装置、稳压装置、快速启停装置、管道气压检测装置、管道气体质量流量检测装置、安全阀阀杆位移检测装置、安全阀系统10、试验台13、管道支架12和采集系统51。
所述的供气装置包括双缸空气压缩机18、连接管a1、储气罐2和球阀17。所述的双缸空气压缩机18与储气罐2之间通过连接管a1连接，储气罐2与球阀17之间通过螺纹连接。
所述的稳压装置包括连接管b19、电动阀3、连接管c16、压力容器15、气压传感器a4、泄压阀5和压力表6。连接管b19左端与球阀17右端通过螺纹连接，电动阀3左端与连接管b19右端通过法兰连接，电动阀3右端与连接管c16左端通过法兰连接，所有法兰连接处均用螺栓紧固并用密封圈密封，连接管c16右端与压力容器15左端通过螺纹连接，泄压阀5与气压传感器a4之间通过螺纹连接，气压传感器a4与压力容器15顶端通过螺纹连接，压力表6与压力容器15之间通过螺纹连接，电动阀3用于调节压力容器15内的气压，通过气压传感器a4反馈压力容器15内的气压，当压力容器15内的气压远低于设定的压力时，控制电动阀3转动较大的角度，使压力容器15内的气压快速增加，当气压传感器a4内的气压达到设定的压力的80％时，控制电动阀3转动较小的角度，使压力容器15内的气压缓慢增加，这样不会使压力容器15内的压力出现较大的波动，从而达到稳压的目的，避免安全阀40动态特性测试过程中出现震颤。
所述的快速启停装置为电磁阀14，设置在压力容器15的右端，用于控制压力容器15内的气体流出。具体为：电磁阀14左端与压力容器15右端为螺纹连接，电磁阀14右端与连接管d23左端通过螺纹连接，当测试安全阀40开启和排放特性时，plc系统53发出控制信号让电磁阀14工作，压力容器15内的气体被快速放出。当测试安全阀40回座特性时，plc系统53停止发出控制信号，让电磁阀14停止工作，从而使压力容器15内的气体停止放出。用电磁阀14代替传统的手工开启球阀，整个过程更加智能化，此外，使用电磁阀14可以使开启和关闭的时间更短，更能准确地测试安全阀40开启和回座的特性。
所述的管道气压检测装置为气压传感器b7和气压传感器c11，用于实时监测压力容器15出口处的气压变化和安全阀系统10入口处的气压变化。具体为：气压传感器b7左端与连接管d23右端通过螺钉连接，气压传感器b7右端与连接管e20左端为螺钉连接，气压传感器c11左端与连接管f21右端为螺钉连接，气压传感器c11右端与连接管g22左端通过螺钉连接，当压力容器15出口和安全阀40入口处的压力发生变化时，气压传感器b7和气压传感器c11可以实时监测两处气压的变化。
所述的管道气体质量流量检测装置为气体质量流量传感器8，用于实时监测管道内的气体的质量流量的变化。具体为：气体质量流量传感器8左端与连接管e20右端通过法兰连接，气体质量流量传感器8右端与连接管f21左端也通过法兰连接，当管道内的气体的质量流量发生变化时，气体质量流量传感器8可以实时监测管道内气体的质量流量的变化。
所述的安全阀阀杆位移检测装置为激光位移传感器9，用于实时监测安全阀阀杆41位移的变化。具体为：激光位移传感器9通过十字头紧固螺栓a46和十字头紧固螺栓b48固定在激光位移传感器固定支架31上，激光位移传感器固定支架31通过十字头紧定螺钉c47固定在安全阀支架调节板49上，在安全阀泄压过程中，安全阀阀杆41会上下移动，激光位移传感器9可以实时监测安全阀阀杆41的位移变化。
所述的安全阀系统10包括安全阀40、内六角螺栓a39、内六角螺栓b43、连接板34、左支架24和右支架38，安全阀40通过内六角螺栓a39和内六角螺栓b43与连接板34连接，安全阀左支架24和右支架38通过地脚螺栓与试验台13连接，安全阀40下端通过螺纹与连接管g22连接；
所述的激光位移传感器支架包括十字头紧固螺栓a46、十字头紧固螺栓b48、激光位移传感器固定支架31、十字头紧定螺钉c47、激光位移传感器支架调节板49、十字头紧定螺钉b32和横梁28。具体为：激光位移传感器9通过十字头紧固螺栓a46和十字头紧固螺栓b48固定在激光位移传感器固定支架31上，激光位移传感器固定支架31通过十字头紧定螺钉c47固定在激光位移传感器支架调节板49上，激光位移传感器固定支架31上有槽型孔，可以使激光位移传感器固定支架31左右移动，激光位移传感器支架调节板49通过十字头紧定螺钉b32固定在横梁28上，其中横梁28上设有槽型孔50，可以使激光位移传感器支架调节板49前后移动。
所述的采集系统51与管道气压检测装置、管道气体质量流量检测装置以及安全阀阀杆位移检测装置连接。所述的采集系统51包括电源模块52、plc系统53和上位机54，电源模块52将220v电压转换成24v电压，用于给气压传感器a4、气压传感器b7、气压传感器c11、气体质量流量传感器8和激光位移传感器9供电，plc系统53主要是用来采集激光位移传感器9、气体质量流量传感器8、气压传感器a4、气压传感器b7和气压传感器c11的信号，plc系统53与上位机54通过rs485进行数据传输，plc系统53除了可以控制数据的采集，还可以控制电动阀3的开度和电磁阀14的启停。
一种用于弹簧式安全阀动态特性的测试方法，包括以下步骤：
第一步、使压力容器15内的压力达到设定压力：启动系统，设定要进行试验的安全阀40的入口压力，然后双缸空气压缩机2进行充气，plc系统53发出控制信号使电动阀3的开度达到最大，快速充气，通过气压传感器a4判断压力容器15内的气体压力，当压力容器15内的压力达到试验设定压力的80％时，plc系统53发出控制信号使电动阀3的开度减小，从而使压力容器15的进气缓慢，减小压力波动，当压力容器15内的气压达到设定压力时，plc系统53发出信号控制电动阀3关闭，这时压力容器15内的压力稳定在设定的压力；
第二步、测试安全阀40的准确开启和稳定排放：plc系统53发出控制信号，控制电磁阀14开启，压力容器15内的气体流出，通过管道作用在安全阀40上，这时安全阀40开启，压力容器15内的气压逐渐下降，当压力容器15内的气压低于设定的压力时，plc系统53控制电动阀3继续工作，不断向压力容器15内补气，使压力容器15内的气压稳定在设定的压力，使安全阀15处于稳定排放阶段，plc系统53采集试验过程中的各个传感器的数据，采集到的数据经上位机54处理后得到安全阀40开启和排放过程中的安全阀40的入口压力和安全阀40的阀杆位移曲线，分析判断安全阀40的开启是否准确和排放过程是否稳定；
第三步、测试安全阀40的迅速回座：安全阀40排放一段时间后，plc系统53发出控制信号，控制电动阀3关闭，压力容器15内的气压逐渐降低，安全阀40逐渐由稳定排放变成回座状态，plc系统53采集试验过程中的各个传感器的数据，采集到的数据经上位机54处理后得到安全阀40回座过程中的安全阀40的入口压力和安全阀40的阀杆位移曲线，分析判断安全阀40的回座是否及时；
第四步、如果测试完成，那么关闭系统，测试结束；如果测试没有完成，那么继续调节安全阀40的入口压力，重复上述过程。
本发明技术方案的优点主要体现在：
(1)本测试装置在压力容器上安装气压传感器，在储气罐和压力容器之间的管道上安装有电动阀，通过气压传感器反馈的气压信号控制电动阀的开度，可以实现压力容器内的压力稳定，为安全阀的动态特性测试提供稳定的压力。
(2)本测试装置在压力容器与安全阀之间安装有电磁阀，通过电磁阀可以控制试验过程中压力容器的开启与关闭，解决了传统测试过程中手工转动球阀响应慢的问题，使整个测试过程更加智能化。
(3)本测试装置通过气压传感器监测安全阀的入口压力、质量流量传感器监测管道内气体的质量流量、激光位移传感器监测安全阀阀杆的位移变化，可以很好地实现对安全阀动态特性的测试。
(4)本测试装置通过plc系统采集气压传感器、气体质量流量传感器和激光位移传感器的信号，采集到的信号经rs485传至上位机进行处理并实时显示安全阀动态特性测试过程中的安全阀阀杆位移和入口压力的曲线。
附图说明
图1为安全阀动态特性测试装置的总体结构图；
图2为安全阀动态特性测试装置的连接管道结构图；
图3为安全阀支架的结构图；
图4为安全阀与安全阀支架连接的结构图；
图5为安全阀支架的侧视图；
图6为激光位移传感器支架的结构图；
图7为采集系统的结构示意图；
图8为采集系统的信号流程图；
图9为安全阀开启前压力容器稳压过程流程图；
图10为安全阀排放过程中压力容器稳压过程流程图；
图11为安全阀动态特性测试装置的工作过程流程图。
图中：1连接管a；2储气罐；3电动阀；4气压传感器a；5泄压阀；6压力表；7气压传感器b；8气体质量流量传感器；9激光位移传感器；10安全阀系统；11气压传感器c；12管道支架；13试验台；14电磁阀；15压力容器；16连接管c；17球阀；18双缸空气压缩机；19连接管b；20连接管e；21连接管f；22连接管g；23连接管d；24左支架；25左挡板；26紧定螺钉a；27一字头紧固螺栓a；28横梁；29紧定螺钉c；30十字头紧定螺钉a；31激光位移传感器固定支架；32十字头紧定螺钉b；33紧定螺钉d；34连接板；35一字头紧固螺栓b；36紧定螺钉b；37右挡板；38右支架；39内六角螺栓a；40安全阀；41安全阀阀杆；42铝杆；43内六角螺栓b；44横向槽型孔；45纵向槽型孔；46十字头紧固螺栓a；47十字头紧定螺钉c；48十字头紧固螺栓b；49激光位移传感器支架调节板；50槽型孔；51采集系统；52电源模块；53plc系统；54上位机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更详细的描述：
安全阀动态特性测试装置的总体结构如图1和图2所示，空气压缩机18与储气罐2之间用连接管a1连接，储气罐2右端与球阀17左端用螺纹连接，球阀17右端与连接管b19左端通过螺纹连接，连接管b19右端与电动阀3左端通过法兰连接并用螺栓紧固，电动阀3右端通过法兰与连接管c16左端连接并用螺栓紧固，连接管c16右端与压力容器15左端通过螺纹连接，压力容器15上面安装有气压传感器a4和压力表6，气压传感器a4上面安装有泄压阀5，压力容器15右端通过螺纹与电磁阀14连接，电磁阀14右端与连接管d23为螺纹连接，连接管d23右端与气压传感器b7之间通过螺钉连接，气压传感器b7右端与连接管e20左端通过螺钉连接，连接管e20中部通过管道支架12支撑，连接管e20的右端与气体质量流量传感器8左端通过法兰连接，气体质量流量传感器8右端与连接管f21左端之间为法兰连接，连接管f21右端与气压传感器c11左端通过螺钉连接，气压传感器c11右端与连接管g22左端之间通过螺钉连接，连接管g22的另一端与安全阀40的入口通过螺纹连接，激光位移传感器9通过激光位移传感器固定支架31、激光位移传感器支架调节板49和横梁28固定在安全阀系统10上。
安全阀支架的结构如图3所示，左支架24与左挡板25之间通过紧定螺钉a26连接，连接板34与左挡板25之间通过一字头紧固螺栓a27连接，横梁28与左支架24之间通过紧定螺钉c29连接，激光位移传感器固定支架31通过十字头紧定螺钉a30和十字头紧定螺钉b32与横梁28连接，横梁28与右支架38之间通过紧定螺钉d33连接，连接板34与右挡板37之间通过一字头紧固螺栓b35连接，右支架38与右挡板37之间通过紧定螺钉b36连接，左支架24与右支架38通过地脚螺栓与试验台13连接。
安全阀与安全阀支架连接的结构如图4所示，安全阀40与连接板34之间通过内六角螺栓a39和内六角螺栓b43连接，铝杆42与安全阀阀杆41为螺纹连接，铝杆42可以在安全阀阀杆41上移动，用来调节激光位移传感器9和铝杆42之间的距离。
安全阀支架的侧视图如图5所示，在左支架24上设有横向槽型孔44和纵向槽型孔45，其中横向槽型孔44用于紧定螺钉a26的左右横向移动，纵向槽型孔45用于紧定螺钉c29的上下纵向移动。
激光位移传感器支架的结构如图6所示，激光位移传感器9通过十字头紧固螺栓a46和十字头紧固螺栓b48固定在激光位移传感器固定支架31上，激光位移传感器固定支架31通过十字头紧定螺钉c47固定在激光位移传感器支架调节板49上，激光位移传感器固定支架31上有槽型孔，可以左右移动，激光位移传感器支架调节板49通过十字头紧定螺钉a30和十字头紧定螺钉b32固定在横梁28上，其中横梁28上设有槽型孔50，可以使激光位移传感器支架调节板49前后移动。
采集系统51的结构示意图如图7所示，采集系统51包括电源模块52、plc系统53和上位机54，电源模块52主要是为气压传感器a4、气压传感器b7、气压传感器c11、气体质量流量传感器8、激光位移传感器9供电，plc系统53主要是用来采集激光位移传感器9、气体质量流量传感器8、气压传感器a4、气压传感器b7和气压传感器c11的信号，plc系统53将采集到的传感器的信号经rs485传至上位机，plc系统53还可以用来控制电动阀3的开度和电磁阀14的启停。
采集系统51的信号流程图如图8所示，220v的电源电压通过电源模块52转变成24v，24v电压为激光位移传感器9、气体质量流量传感器8、气压传感器a4、气压传感器b7和气压传感器c11供电，激光位移传感器9和气体质量流量传感器8的电压信号经电压信号调理电路处理后传至plc系统，气压传感器a4、气压传感器b7和气压传感器c11的电流信号经电流信号调理电路处理后传至plc系统，plc系统将数据经rs485传至上位机。
安全阀40泄压前压力容器15稳压过程流程图如图9所示，首先设定安全阀40的入口压力，然后plc系统53控制电动阀3开启大开度，检测压力容器15内的气压，判断压力容器15内的气压是否达到设定压力的80％，如果没有，那么继续检测压力容器15内的气压，如果压力容器15内的气压达到设定压力的80％，那么plc系统53控制电动阀3开启小开度。继续检测压力容器15内的气压，判断压力容器15内的压力是否达到设定压力，如果达到设定压力，那么关闭电动阀3，如果没有达到设定压力，那么继续检测压力容器14内的气压。
安全阀40泄压过程中压力容器15稳压过程流程图如图10所示，首先检测压力容器15内的气压，判断压力容器15内的压力是否低于设定压力，如果没有低于设定压力，那么继续检测压力容器15内的气压，如果低于设定压力，那么plc系统53控制电动阀3开启小开度，然后继续检测压力容器15内的气压，直到压力容器15内的压力达到设定压力，关闭电动阀3，重复上述过程。
安全阀40动态特性测试装置的工作过程流程图如图11所示，首先启动系统，设定安全阀40的入口压力，然后空气压缩机18进行充气，检测压力容器15内的气压，判断压力容器15内的压力是否达到设定压力。如果没有达到设定压力，那么继续检测压力容器15内的气压，如果达到设定的压力，那么plc系统53控制电磁阀14开启，plc系统53采集安全阀40开启过程中各个传感器的数据，测试安全阀40是否准确开启。这时稳压装置对压力容器15进行稳压，plc系统53采集安全阀40排放过程中各个传感器的数据，测试安全阀40是否稳定排放。安全阀40排放一段时间后，plc系统53发出控制信号，使电磁阀14关闭，plc系统53采集安全阀40回座过程中各个传感器的数据，测试安全阀40是否及时回座。判断测试是否完成，如果测试完成，那么关闭系统，如果测试没有完成，那么重复上述过程，继续设定不同的安全阀40的入口压力。
本说明书仅仅是对技术方案的实现形式的列举，本发明的保护范围不应该局限于实施例所述的具体形式，还应该涉及本领域技术人员根据本技术方案所能想到的同等技术手段。