本发明涉及阀门工作性能测试技术，具体涉及一种多功能阀门负载模拟试验系统。
背景技术：
输油管线中使用的调节阀、各类开关阀、水击泄压阀等类安全阀及其他主要管线阀门，尤其是全新研制设计的阀门产品，在正式安装使用前若能通过试验系统完成对阀门产品的相关性能考核验证试验，会大大降低产品上线使用时的故障率，有效保证输油管线的安全可靠运行，减少经济损失。
目前，由于没有能够全面模拟阀门实际使用时负载工况的多功能试验系统，成品油、原油等长输管线中的各类阀门在上线使用前，只能完成常规的出厂密封试验或普通静载试验。对于全新研制的阀门产品，特别是结构复杂的输油管线阀门产品，在研制阶段不能进行充分的结构性能考核验证试验。未经综合测试的阀门产品在上线投入使用后，一旦发生故障，就会导致油品泄漏或管线停输等严重后果，造成巨大的经济损失,甚至可能发生安全事故。
技术实现要素：
针对现有技术的缺陷或不足，本发明的目的在于提供一种阀门负载测试系统。
为此，本发明提供的阀门负载测试系统包括：
工作泵；
测试主管路，测试主管路设有进口和出口，且测试主管路进口与出口之间预留有第一待测试阀安装位，同时主管路上安装有流量计和调节阀；所述主管路进口与工作泵连接；
测试支管路，测试支管路设有进口和出口，且测试支管路进口和出口之间预留有第二待测试阀安装位，同时支管路上安装有压力表；所述测试支管路进口和出口分别通过连接管路与测试主管路连通，各连接管路上均安装有开关阀；所述测试支管路进口还连接有发球管路，出口还连接有收球管路，所述发球管路进口处和收球管路出口处均安装有可开关机构。
进一步，本发明的测试系统还包括清管器，清管器由发球管路进口放入测试支管路。
优选的，所述测试支管路内径与第二被测试阀内通路内径相同；所述测试主管路内径和连接管路内径均小于测试支管路内径；所述发球管路内径、收球管路内径均大于测试支管路内径；所述清管器外径大于测试支管路内径。
进一步，所述工作泵包括串联组合的至少一台低压泵和至少一台高压泵。
优选的，本发明的测试系统还包括旁侧管路，该旁管路进口设于测试主管路上且位于测试支管路进口上游，所述旁侧管路上安装有调节阀，用于对测试系统管路上的压力和流量进行辅助调节。
可选的，所述可开关机构选用快开盲板。
可选的，所述测试支管路进口、发球管路和相应侧连接管路通过管道三通连接，所述支管路出口、收球管路和相应侧连接管路通过管道三通连接。
进一步，所述测试主管路上安装有压力变送器，该压力变送器实时监测管路的压力值，并反馈中控室，帮助监测试验系统的压力工况值。
进一步，所述收球管路中靠近开关机构设有收球笼。
与现有技术相比，本发明的技术方案创新点及有益效果如下：
(1)本发明的测试系统设计了压力源模块、主测试管路和支测试管路，可对阀门的多种负载进行灵活测试。进一步，其中系统压力源为前置低压泵+后置高压泵串联的组合形式，前置低压泵和后置高压泵根据需要均可为单台或多台，能够为试验系统提供不同压力/不同流量的试验介质工况，满足各类试验阀门的实际使用工况要求。
(2)采用本发明的测试系统可完成对开关阀、调节阀、水击泄压阀等安全阀、清管球阀等各类输油管线阀门的实际工况考核试验。在阀门上线前充分考核阀门性能，避免因上线使用产生故障带来的巨大损失。
(3)采用本发明的测试系统模拟负载分析阀门在实际工况下的压力、流量特性等各类动载曲线，与理论数值模拟结果对比，为理论数值计算模型及参数设置进行修正或优化。依据试验数据进行产品性能验证或优化设计，提升产品上线使用后的性能可靠性。
附图说明
图1为本发明阀门负载测试系统结构示意图；
图2为实施例2的清管球阀在指定负载工况下的模拟测试系统结构示意图。
具体实施方式
如果没有特殊说明，本文中记载的术语按照相关领域的常规认识理解。
本发明的测试系统可测试的阀门负载主要指各类阀门的工作压力、压力/流量调节特性、通球可靠性、抗杂质能力(即完成一定清管杂质次数后，清管球阀的密封性能和阀内留存杂质量)、水击工况等阀门关键性能指标或管线重要工况参数，用于考核各类阀门的主要工作性能。本发明测试系统能够充分考核验证各类输油管线阀门的各项指标性能，所得各类试验数据作为阀门理论数值模拟计算的对比数据；还可开展输油管线阀门上线使用前的调试考核验证试验，保证产品正式安装使用的可靠性。以油品长输管线中的各类阀门为例，本发明的测试系统可用于测试：各类开关阀门的设定压力工况负载下的动作试验或寿命试验；各类调节阀的压力调节特性试验、流量调节特性试验等；清管系统中清管球阀的通球能力测试及抗杂质能力测试；还可广泛用于安全阀的回座压力测试、启闭压力精度测试、模拟管线水击工况等关键指标考核，充分验证阀门的使用性能。
本发明所述第一待测试阀指需要测试工作压力、压力/流量调节特性等的相关负载的阀门；所述第二待测试阀主要指需要测试通球能力、抗杂能力等相关负责的阀门。根据实际需要测试的阀门负载，选择在预留的第一待测试阀安装位或/和第二待测试阀安装位安装待测试阀，不需安装阀门的预留安装位安装普通阀门实现相应位置处的测试回路闭合。
本发明所述的调节阀是用于调节相应管路上的压力或/流量，开关阀适用于控制相应管路的打开与关闭，系统中各管路上安装的调节阀、开关阀、流量计等部件的安装位置确定以实现各自功能为准，各自在相应管路上的安装位置在没有特殊说明的情况下本发明不做限制。
本发明的可开关机构用以实现测试支路上的快速打开与关闭。具体方案中可选用快开盲板。
为避免清管器激烈撞击收球筒位置的快开盲板损坏设备，保障顺利收球，可在收球筒末端安装有类似鼠笼结构的收球笼。
为满足测试压力和流量的大范围要求，本发明测试系统的一些具体实施方案中的工作泵可由合理数量低压泵和高压泵串联组成，低压泵和高压泵各自的台数根据试验所需工况，低压泵和高压泵均可为单台或多台。
为更好的得到测试结构，在本发明方案的基础上还可根据被测阀内通路内径确定测试支管路管道内径；两个连接管路与测试主管路的内径均小于被测阀内通路内径(或测试支管路内径)，且两者在合理的差值范围，工程中一般小一个规格，例如被测阀的内径规格为dn200，连接管路和测试主管路的内径为dn150。同时，发球管路内径和收球管路内径大于测试支管路内径，两者也在合理的差值范围，工程中一般大于一个规格，例如测试支管路内径为dn200，则发球管路内径和收球管路内径规格为dn250；并且，清管器直径较测试支管路内径有盈余(即清管器直径约大于测试支管路内径5％左右)，以实现清管器过盈量产生的密封作用下，清管器左侧压力会逐渐增大，直至清管器两侧的压差力大于自身的运动阻力时，推动清管器运动。
实施例1：
如图1所示，该实施例的测试系统由工作泵1、测试主管路3、测试支管路5和相关阀门连接而成，其中：
测试主管路3进口与工作泵1连接，出口处设有蓄水池4，测试支管路5进口与出口分别通过连接管路6与主管路连接，并且测试支管路进口处还连接有发球管路7，出口处连接有收球管路8，同时，发球管路7的进口和收球管路8的出口处各自安装有可开关机构，具体为快开盲板9；
工作泵出口处安装有泵出口调节阀2；测试主管路3上设有第一待测试阀安装位3-0，管路上安装有流量计3-1、压力表3-3、压力变送器3-2和系统末端调节阀3-4；测试支管路5上设有第二待测试阀安装位5-0，管路上安装有排气截止阀5-1；发球管路7和收球管路8上均安装有压力表5-2；两条连接管路6上安装有开关阀6-1。其中：
工作泵1提供整个试验系统的介质压力源；泵出口调节阀2用来调节管线系统的初始压力；压力变送器3-2安装于试验管线的压力测点位置，并通过电缆线将压力信号反馈到控制系统中；流量计3-1用于监测试验系统的流量值；压力表3-3根据试验需要安装于管线测点，便于操作员现场监测管线压力；调节阀3-4可对试验系统管线末端进行保压操作；蓄水池4为试验介质的存放地点，为试验系统提供可循环使用的介质。
优选的方案中，测试支管路5上还安装有排气截止阀5-1，排气截止阀5-1用于控制管路排空发球筒内清管器至待测阀门之间管路的气体，以便于顺利完成发球；
进一步的方案中，系统的测试主管路与工作泵连接处连接有旁侧管路11，旁侧管路上安装有调节阀11-1，旁侧管路的出口处设有蓄水池。调节阀11-1用来调节试验所需的压力及流量工况值。
测试时，待测试阀根据测试需要安装于图1所示3-0或5-0位置，考核阀门的使用性能。被测试阀安装在3-0位置时，通过测试支管路开关阀切断支路，测试支管路不工作，仅通过测试主管路完成被测阀门的负载测试，具体可测试阀门的动载工况下的寿命试验、各类调节阀的调压或调节流量的性能考核试验。被测试阀安装在5-0位置时，可对阀门的收发球性能、通球性能及抗杂质性能进行测试。
一种具体测试示例：当待测试阀门为流量调节阀时，待测试阀门安装于图1测试主管路上的3-0位置，通过调整主管路上的压力与流量，达到测试所需的试验工况(具体工况根据待测试阀的自身工作性能或设计参数确定)；之后通过调整被测试阀的阀门开度(依次为100％、90％、80％、70％、60％、50％、40％、30％、20％、10％、0％)，分别测试记录不同开度下的被测阀门后端测试系统的压力及流量值(具体可读取通过压力变送器3-2和调节阀3-4上的测试数据获取)；接着汇总数据制作流量随阀门开度变化的调节特性曲线，与理论数值模拟计算的结果做对比，作为验证或优化流量调节阀门设计参数的依据。
实施例2：
另一具体测试示例，如图2所示，被测试阀为清管球阀12，安装于图1所示5-0位置，与此同时，3-0位置安装手动阀门；之后测试清管球阀12在指定工况下的通球可靠性，也可用来考核清管球阀的抗杂质性能。
在该测试示例中，结合图1和2所示，发球管道、测试支管路进口端和相应端的连接管路通过管道三通连接，收球管道、测试支管路出口和相应端的连接管路也通过管道三通连接，发球管路进口和收球管路出口安装有快开盲板，发球管道7和收球管道8中放置清管器10，具体的，清管器10通过发球管道端放入测试支管路进口端，其中，清管器10为通球试验中所述的“球体”，用于推动管线内杂质完成通球试验，具体为发球试验或收球试验；发球端处快开盲板的作用是能够快速开启和关闭盲板法兰，便于打开发球筒安装清管器至发球位置；收球端处快开盲板的作用是能够快速开启和关闭盲板法兰，便于在收球测试完成后，打开收球筒，取出清管器。
更优选的方案中，收球筒末端安装有鼠笼，辅助缓冲完成系统的收球流程。
在上述方案基础上，工作泵可由前置低压泵1-1和后置高压泵1-2串联组合形成工作泵，前置泵提供低压大流量，后置泵提供高压力，前置泵或后置泵根据试验工况要求均可为单台或多台组合。可提供从低压到高压、从大流量到小流量的不同组合试验工况，如流量范围为≤700m3/h，压力范围为0-10mpa，满足不同的试验要求。根据被测试阀的性能参数确定高、低压泵的工作参数，如低压泵的性能参数是提供低压大流量，其中压力0.5mpa，流量可达到2000m3/h；所述高压泵的性能参数是高压小流量，压力5mpa，流量值为500m3/h。
在上述方案基础上，还可以优选的方案是：根据被测阀内通路内径确定测试支管路5管道内径，也就是说，图2中与被测试阀入口和出口直接连接的管路内径与被测阀内通路内径相同；两个连接管路6与测试主管路3的内径均小于被测阀内通路内径，且被测阀的内径规格为dn200，连接管路和测试主管路的内径为dn150；同时，发球管路内径和收球管路内径大于测试支管路内径，其中测试支管路内径为dn200，则发球管路内径和收球管路内径规格为dn250；并且，清管器直径较测试支管路内径有盈余。
该实施例的试验系统可测试被测阀入口、阀瓣流道、阀芯流道和阀出口的对齐性；还可以测试阀门抗杂质的能力。具体测试时，被测试清管球阀在不同管线负载压力下的通球可靠性测试(测试阀入口、阀瓣流道、阀芯流道和阀出口的对齐性)过程分为调压、发球、收球三个部分，具体如下：
(1)管路调压
关闭左侧开关阀6-1，打开3-0位置的手动阀门，启动低压泵和高压泵，通过泵出口调节阀1-2(和旁路调节阀11-1)调节主管路压力为1.0mpa，并通过调节阀3-4的调节作用，使调节阀3-4的阀前压力为1.0mpa，系统流量约为560m3/h。测试过程中的主管路压力、流量大小通过被测试清管球阀12的实际工作参数来设计确定；
(2)发球阶段
打开发球端快开盲板9，放入清管器至管道三通的下游侧，关闭该侧快开盲板；
然后打开收球端快开盲板9，将鼠笼放入收球筒并紧挨快开盲板，放入鼠笼后关闭快开盲板；
之后打开清管球阀12，再同时打开两个连接管路上的开关阀6-1，并缓慢关闭主管路中的3-0位置处手动阀，在清管器过盈量产生的密封作用下，清管器左侧压力会逐渐增大，直至清管器两侧的压差力大于自身的运动阻力时，推动清管器运动，通过清管球阀12，完成管路的发球作业；
(3)收球阶段
清管器继续运动至清管球阀12处，如清管球阀入口、阀瓣流道、阀芯流道、阀出口对齐，则清管器依次穿过清管球阀12中阀入口、阀瓣流道、阀芯流道、阀出口，即清管器顺利通过阀流道，从而检测四处位置的对齐性；否则，阀内流道未能对齐，阀门不具备清管通球性能；
如清管器通过清管球阀12后，到达支管路末端的收球筒(鼠笼位置)，此时，(如有旁路管路时，完全打开旁路调节阀11-1)、依次关闭3-0位置处安装的手动阀和左侧连接管路开关阀6-1、并将调节阀3-4完全打开，利用右侧连接管路开关阀6-1所在的管路泄放收发球筒管路的介质压力，待收球筒端压力表读数为零时，关闭清管球阀；打开收球端的快开盲板，取出清管器，即完成管路的收球作业。
过程中，可利用旁路调节阀11-1用来调节泵出口调节阀后管线的介质压力，旁路末端管路与蓄水池相连，用于调节整体测试回路的工况，主要调节参数包括压力和流量；
上述工作中，后置高压泵用来实现管路系统所需的高压力工况。压力变送器3-2的作用是将测点位置的压力值反馈至中控室，实现系统工况压力的实时监测。
通过调节泵出口调节阀(及旁路手动调节阀)，依次调节主管路压力为2.0mpa、3.0mpa、4.0mpa、5mpa；重复完成上述的管路调压、发球及收球作业流程。
通过分析试验结果，可获得清管器能够运动的最小压差(如约0.21mpa)，清管球阀12关动作顺畅，在不同压力工况下都能可靠通球，可验证说明被测试阀产品的使用可靠性。
测试阀门的抗杂质能力时，在上述方法基础上，在清管器前端放杂质(如铁渣、泥沙、焊渣、油品杂质等)，测试被测试阀门在杂质存在的情况下是否可以通球。另外，当完成通球流程后，通过多次启闭清管球阀检测阀门是否依然能够可靠关闭零泄漏。之后分解阀门，计量阀内残留清管杂质并查看阀座密封面情况，进一步定性与定量分析阀门的抗杂质能力。