基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗裝置及方法
【專利摘要】本發明提供了一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗裝置，包括空氣壓縮機、加熱罐、檢測裝置和緩沖罐；所述空氣壓縮機通過鋼管與加熱罐連接；所述加熱罐的頂部設置有加熱罐壓力傳感器和溫度傳感器，所述加熱罐的底部設置有空氣加熱器；所述加熱罐通過第一試驗管道與待測閥門的入口連接，所述第一試驗管道上設置有電動截止閥；所述檢測裝置包括檢測臺和測試裝置，所述待測閥門設置在檢測臺上，所述測試裝置包括高溫流量計、扭矩測試裝置、壓差計和超聲波泄漏檢測儀；所述待測閥門的出口通過第二試驗管道與緩沖罐連接。本發明可在工廠內模擬實際工況對高溫閥門進行高溫介質流通性能檢測。
【專利說明】基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機械部件測試【技術領域】，具體涉及一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗裝置及方法。
【背景技術】
[0002]閥門是管路流體輸送系統中的控制部件，主要用于改變通路斷面和介質流動方向，具有導流、截止、節流、止回、分流、溢流泄壓等功能。用于流體控制的閥門品種和規格繁多，有最簡單的截止閥，也有幾位復雜的自控系統中所用的各種閥門，有極微小的儀表閥，也有通徑達IOm的工業管路用閥門。工業閥門的大量應用是在瓦特發明蒸汽機之后，近二三十年來，由于石油、化工、電站、冶金、船舶、核能、宇宙等方面的需要，對閥門提出了更高的要求，促使人們研究和生產高參數的閥門，其工作溫度從超低溫-269°C到高溫1200°C，甚至高達 3430°C。
[0003]高溫閥門廣泛應用于石油煉化行業，流通介質為高溫煙氣或裂解油等，高溫惡劣條件對閥門的啟閉性能、流通能力以及泄漏與否提出了很大的考驗，因此高溫閥門在高溫下的上述性能檢驗尤為必要。但是，相關檢測裝置并不多見，即使有也不能模擬實際工況，實際應用中，一般是將閥門送到使用現場檢驗，可是一旦現場應用有問題，可能給用戶帶來不可預料的損失，這對生產廠家和用戶是不可接受的。
【發明內容】
[0004]本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中無法有效解決在廠內模擬實際工況對高溫閥門進行檢測試驗等問題的缺陷，提供一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗裝置及方法。
[0005]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
本發明提供一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗裝置，包括空氣壓縮機、加熱罐、檢測裝置和緩沖罐；其中，所述空氣壓縮機通過鋼管與加熱罐連接；所述加熱罐的頂部設置有加熱罐壓力傳感器和溫度傳感器，所述加熱罐的底部設置有空氣加熱器；所述加熱罐通過第一試驗管道與待測閥門的入口連接，所述第一試驗管道上設置有電動截止閥；所述檢測裝置包括檢測臺和測試裝置，所述待測閥門設置在檢測臺上，所述測試裝置包括高溫流量計、扭矩測試裝置、壓差計和超聲波泄漏檢測儀，所述高溫流量計設置在第一試驗管道上，所述扭矩測試裝置與待測閥門的閥桿連接，所述壓差計的接頭分別與待測閥門的入口和出口連接，所述超聲波泄漏檢測儀與待測閥門連接；所述待測閥門的出口通過第二試驗管道與緩沖罐連接。
[0006]按上述技術方案，所述加熱罐為立式的不銹鋼筒體，其頂部還設置有安全閥，底部設置有第一排放管道，所述第一排放管道上設置有第一截止閥。
[0007]按上述技術方案，所述第一試驗管道與待測閥門的入口的連接部位、所述待測閥門的出口與第二試驗管道的連接部位分別設置有法蘭短節，所述法蘭短節為兩端焊接有法蘭的變徑鋼管，適用于不同口徑的閥門。
[0008]按上述技術方案，所述扭矩測試裝置包括電動執行器和扭矩傳感器，所述電動執行器的輸出軸通過聯軸器與扭矩傳感器連接，所述扭矩傳感器的輸出軸通過聯軸器與待測閥門的閥桿連接，其中，所述電動執行器和扭矩傳感器由支架固定設置在檢測臺上。
[0009]按上述技術方案，所述待測閥門的入口和出口處分別設有取樣孔，所述取樣孔與壓差計的接頭焊接。
[0010]按上述技術方案，所述檢測臺為水平的水泥基座。
[0011]按上述技術方案，所述緩沖罐上設置有緩沖罐壓力傳感器，所述緩沖罐的底部設置有第二排放管道，所述第二排放管道上設置有第二截止閥。
[0012]按上述技術方案，所述加熱罐、第一試驗管道、第二試驗管道和緩沖罐的表面均涂有保溫材料以進行保溫。
[0013]本發明提供一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗方法，包括以下步驟:
51、將待測閥門固定安裝在檢測臺上，其閥桿與扭矩測試裝置連接，入口和出口分別與加熱罐和緩沖罐連接；
52、開啟空氣壓縮機，向加熱罐內打壓，觀察加熱罐壓力傳感器的示數，當壓力處于O?3MPa時，關閉空氣壓縮機，開啟空氣加熱器，觀察溫度傳感器的示數和加熱罐壓力傳感器的示數，當溫度達到試驗溫度值、且壓力達到試驗壓力值時，關閉空氣加熱器；
53、打開電動截止閥，使高溫高壓空氣作用于待測閥門，通過扭矩測試裝置調節待測閥門的開度，采集閥門相對開度值、高溫靶式流量計的示數、扭矩測試裝置的示數、壓差計的示數和超聲波泄漏檢測儀的示數。
[0014]本發明產生的有益效果是:本發明結構設計合理，可在工廠內模擬實際工況對高溫閥門進行高溫介質流通性能檢測，包括阻力系數測試、扭矩性能測試、流量特性測試以及泄露量檢測，而且本發明采用空氣加熱系統，可以獲得比較高的試驗溫度和比較大的試驗壓力，測試效果明顯，能測試不同規格的閥門，測試范圍廣，精確度高。本發明彌補了國內高溫閥門檢測的不足，為高溫閥門特別是用于石化行業的新產品研發提供試驗平臺，可以驗證各種新工藝、新材料等，大幅度提高了我國高溫閥門的核心競爭力。
[0015]具體的，通過空氣壓縮機和空氣加熱器對加熱罐內的空氣進行加熱加壓，直至其達到試驗要求，即與實際工況相符，然后打開電動截止閥，使高溫高壓空氣作用于待測閥門，同時通過扭矩測試裝置緩慢調節待測閥門的開度，高溫高壓空氣經待測閥門流入緩沖罐，在此過程中，記錄閥門的相對開度值、高溫流量計的示數、扭矩測試裝置的示數、壓差計的示數和超聲波泄漏檢測儀的示數，再經公式計算出阻力系數、扭矩性能、流量特性和泄露量。
[0016]進一步的，加熱罐頂部的安全閥用于在加熱過程中進行泄壓，以保持加熱罐內的壓力維持在試驗壓力值，檢測試驗完成后，打開第一截止閥，加熱罐內的高壓高溫空氣可以通過加熱罐底部的第一排放管道排出。
[0017]進一步的，通過在待測閥門和試驗管道之間設置法蘭短節，可以適應不同規格、不同外形尺寸的閥門。
[0018]進一步的，通過控制電動執行器的蝸輪蝸桿結構轉動的角度(O?90° )，可以精確的控制待測閥門的相對開度(O?100%)，進一步提高檢測性能的精確度。[0019]進一步的，通過在緩沖罐上設置緩沖罐壓力傳感器，可以實時檢測緩沖罐內的壓力，如壓力過大，可以打開第二截止閥，使罐內高壓高溫空氣經第二排放管道排出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中:
圖1是本發明實施例的結構示意圖；
圖2是數據采集和控制裝置的結構示意圖；
圖3是控制柜的結構示意圖。
[0021]圖中:1-加熱罐、2-空氣加熱器、3-底座、4a_第一截止閥、4b_第二截止閥、5-加熱罐壓力傳感器、6-安全閥、7-溫度傳感器、8-電動截止閥、9-高溫流量計、10-檢測臺、11-法蘭短節、12-待測閥門、13-壓差計、14-電動執行器、15-扭矩傳感器、16-超聲波泄漏檢測儀、17a-第一試驗管道、17b-第二試驗管道、18-緩沖罐、19-緩沖罐壓力傳感器、20-空氣壓縮機、21a-第一排放管道、21b-第二排放管道、22-支架、23-加熱罐壓差計數器、24-高溫流量計數器、25-待測閥門行程位移計數器、26-待測閥門扭矩數據計數器、27-控制柜、28-加熱罐溫度顯示器、29-加熱罐壓力顯示器、30-緩沖罐壓力顯示器、31-泄漏儀狀態顯示器、32-總電源開關、33-空氣壓縮機開關、34-空氣加熱器開關、35-電動截止閥開關、40-計算機、41-米集卡。
【具體實施方式】
[0022]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0023]如圖1所示，本發明提供一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗裝置，包括空氣壓縮機20、加熱罐1、檢測裝置、緩沖罐18、數據采集和控制裝置、控制系統。空氣壓縮機20為立式水冷船用空氣壓縮機，可提供3MPa的出口壓力，其通過鋼管和法蘭與加熱罐I連接。加熱罐I為立式的不銹鋼筒體，加熱罐I的頂部設置有加熱罐壓力傳感器5、溫度傳感器7、安全閥6，加熱罐I的底部設置有底座3用于支撐并與地面間隔一定距離，加熱罐I的底部設置有空氣加熱器2、第一排放管道21a，第一排放管道21a上設置有第一截止閥4a。加熱罐I通過第一試驗管道17a與待測閥門12的入口連接，第一試驗管道17a上設置有電動截止閥8。檢測裝置包括檢測臺10和測試裝置，待測閥門12設置在檢測臺10上，檢測臺10為水平的水泥基座，測試裝置包括高溫流量計9、扭矩測試裝置、壓差計13和超聲波泄漏檢測儀16，高溫流量計9為靶式流量計，設置在第一試驗管道17a上，扭矩測試裝置與待測閥門12的閥桿連接，扭矩測試裝置包括電動執行器14和扭矩傳感器15，電動執行器14的輸出軸通過聯軸器與扭矩傳感器15連接，扭矩傳感器15的輸出軸通過聯軸器與待測閥門12的閥桿連接，其中，電動執行器14和扭矩傳感器15由支架22固定設置在檢測臺10上，壓差計13的接頭分別與待測閥門12的入口和出口連接，超聲波泄漏檢測儀16與待測閥門12連接，超聲波泄漏檢測儀16與待測閥門12連接，超聲波泄漏檢測儀依靠支撐架固定在檢測臺上，其感應貼片與待測閥門連接并由線圈將信號傳輸，以遠距離控制和傳輸測試數據。待測閥門12的出口通過第二試驗管道17b與緩沖罐18連接，緩沖罐18上設置有緩沖罐壓力傳感器19，緩沖罐18的底部設置有底座3用于支撐并與地面間隔一定距離，緩沖罐18的底部設置有第二排放管道21b，第二排放管道21b上設置有第二截止閥4b。
[0024]本發明通過空氣壓縮機和空氣加熱器對加熱罐內的空氣進行加熱加壓，直至其達到試驗要求，即與實際工況相符，在加熱過程中通過安全閥進行泄壓，以保持加熱罐內的壓力維持在試驗壓力值，然后打開電動截止閥，使高溫高壓空氣作用于待測閥門，同時通過扭矩測試裝置緩慢調節待測閥門的開度，具體通過控制電動執行器的蝸輪蝸桿結構轉動的角度(O?90° )，精確的控制待測閥門的相對開度(O?100%)，高溫高壓空氣經待測閥門流入緩沖罐,緩沖罐上的緩沖罐壓力傳感器可以實時檢測緩沖罐內的壓力，如壓力過大,可以打開第二截止閥，使罐內高壓高溫空氣經第二排放管道排出，在此過程中，記錄閥門的相對開度值、高溫流量計的示數、扭矩測試裝置的示數、壓差計的示數和超聲波泄漏檢測儀的示數，再經公式計算出阻力系數、扭矩性能、流量特性和泄露量，檢測試驗完成后，打開第一截止閥，加熱罐內的高壓高溫空氣可以通過加熱罐底部的第一排放管道排出。
[0025]優選的，第一試驗管道17a與待測閥門12的入口的連接部位、待測閥門12的出口與第二試驗管道17b的連接部位分別設置有法蘭短節11，法蘭短節11為兩端焊接有法蘭的變徑鋼管，適用于不同口徑的閥門，可以測試不同規格、不同外形尺寸的閥門。待測閥門12的入口和出口處分別設有取樣孔，取樣孔與壓差計13的接頭焊接。
[0026]優選的，加熱罐1、第一試驗管道17a、第二試驗管道17b和緩沖罐18的表面均涂有保溫材料以進行保溫。
[0027]本發明提供一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗方法，包括以下步驟:
51、將待測閥門12固定安裝在檢測臺10上，其閥桿與扭矩測試裝置連接，入口和出口分別與加熱罐I和緩沖罐18連接，完成待測閥門安裝和測試前工作；
52、開啟空氣壓縮機20，向加熱罐I內打壓，觀察加熱罐壓力傳感器5的示數，當壓力處于O?3MPa時，關閉空氣壓縮機20，開啟空氣加熱器2，觀察溫度傳感器7的示數和加熱罐壓力傳感器5的示數，當溫度達到試驗溫度值、且壓力達到試驗壓力值時，關閉空氣加熱器
2；
53、打開電動截止閥8，使高溫高壓空氣作用于待測閥門12，通過扭矩測試裝置調節待測閥門12的開度，采集閥門相對開度值、高溫流量計9的示數、扭矩測試裝置的示數、壓差計13的示數和超聲波泄漏檢測儀16的示數。
[0028]如圖2所示，當高溫高壓空氣在管道內流動時，人難以直接在檢測臺10操作，因此需要數據采集和控制裝置，該裝置主要由各路信號變送器、采集卡41和計算機40組成，信號變送器將各路信號發送到采集卡41，計算機40用于處理采集卡41發送的各路信號，經軟件整理分析得出直觀的圖像。各路信號變送器包括加熱罐壓差計數器23、高溫流量計數器24、待測閥門行程位移計數器25和待測閥門扭矩數據計數器26，分別用于記錄壓差計的示數、高溫流量計的示數、電動執行器轉動的角度和扭矩傳感器的示數。為了保證人員的安全，數據采集和控制裝置應遠離試驗現場，所得的數據依靠信號線進行遠距離的傳輸。
[0029]如圖3所示，控制系統用于控制各個電器的開關，控制系統設置在控制柜27上，在控制柜上設有加熱罐溫度顯示器28、加熱罐壓力顯示器29、緩沖罐壓力顯示器30、泄漏儀狀態顯示器31、總電源開關32、空氣壓縮機開關33、空氣加熱器開關34和電動截止閥開關35。[0030]本發明的運行包括三個階段:打壓加熱階段、試驗檢測階段和泄壓排廢階段。本實施例中，選擇空氣作為流體介質，最高溫度可達800°C，以試驗溫度值650°C、試驗壓力值3MPa為例，先在控制柜27上打開電源總開關32，開啟空氣壓縮機開關33，同時觀察加熱罐壓力傳感器5的示數，當壓力為0.5MPa時停止打壓，打開空氣加熱器開關34，加熱罐I中空氣至650°C，加熱過程中，通過加熱罐I頂部的安全閥6進行泄壓，保持內部壓力在3MPa，完成打壓加熱，然后打開電動截止閥開關35，使高溫高壓空氣作用于待測閥門12，在計算機上通過調節閥門的開度，進行試驗檢測，檢測完畢后通過截止閥進行泄壓排廢。
[0031 ] 本實施例中，待測閥門的測試內容包括阻力系數測試、扭矩性能測試，流量特性測試和泄露量檢測。
[0032]閥門的阻力系數取決于閥門的尺寸、結構以及內腔形狀，試驗過程中將加熱罐內壓保持在3MPa，需要測得的量為閥門相對開度(%)、閥前后壓差(MPa)、管內流量(m3/s)。由電動執行器緩慢調節閥門的相對開度，范圍從O?100% (相對開度)，再由采集卡實時采集上述待測量的數據，經計算機分析整理后得出試驗閥門不同開度下的阻力系數圖。
[0033]閥門的扭矩性能測試過程中，需要測得的量為閥門開啟的角度(° )，以及對應開度下閥桿的扭矩(N-m)。在采集卡上，將待測閥門電動執行器的角度變化范圍限定在O?90°，在計算機上控制閥門啟閉過程中轉動的角度，該角度由電動執行器上的角行程位移傳感器測出，從而得到各角度下的扭矩值，經軟件分析整理后得出待測閥門的開度-扭矩圖。
[0034]閥門的流量特性是指開度與流量的關系。本實施例中，需要測得的量為待測閥門的相對開度和高溫流量計的示數。閥門啟閉過程中的相對開度由電動執行器上的角行程位移傳感器測出，與流量計數據經采集卡采集后傳至計算機，分析整理后得出待測閥門的流量特性曲線。
[0035]本實施例中待測閥門的泄漏情況由超聲波泄漏檢測儀器測得，泄漏的嚴重程度可由反應在該儀器上的超聲波分貝值體現，泄漏量可由待測閥門全關狀態下高溫流量計的示數得出。
[0036]本發明采用空氣加熱系統，可以獲得比較高的試驗溫度和比較大的試驗壓力，測試效果明顯，能測試不同規格的閥門，測試范圍廣，精確度高，可在工廠內模擬實際工況對高溫閥門進行高溫介質流通性能檢測，包括阻力系數測試、扭矩性能測試、流量特性測試以及泄露量檢測。
[0037]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗裝置，其特征在于:包括空氣壓縮機(20)、加熱罐(1)、檢測裝置和緩沖罐(18);其中，所述空氣壓縮機(20)通過鋼管與加熱罐(1)連接；所述加熱罐(1)的頂部設置有加熱罐壓力傳感器(5)和溫度傳感器(7)，所述加熱罐(1)的底部設置有空氣加熱器(2 );所述加熱罐(1)通過第一試驗管道(17a)與待測閥門(12)的入口連接，所述第一試驗管道(17a)上設置有電動截止閥(8);所述檢測裝置包括檢測臺(10)和測試裝置，所述待測閥門(12)設置在檢測臺(10)上，所述測試裝置包括高溫流量計(9)、扭矩測試裝置、壓差計(13)和超聲波泄漏檢測儀(16)，所述高溫流量計(9)設置在第一試驗管道(17a)上，所述扭矩測試裝置與待測閥門(12)的閥桿連接，所述壓差計(13)的接頭分別與待測閥門(12)的入口和出口連接，所述超聲波泄漏檢測儀(16)與待測閥門(12)連接；所述待測閥門(12)的出口通過第二試驗管道(17b)與緩沖罐(18)連接。
2.根據權利要求1所述的高溫閥門檢測試驗裝置，其特征在于:所述加熱罐(1)為立式的不銹鋼筒體，其頂部還設置有安全閥(6)，底部設置有第一排放管道(21a)，所述第一排放管道(21a)上設置有第一截止閥(4a)。
3.根據權利要求1所述的高溫閥門檢測試驗裝置，其特征在于:所述第一試驗管道(17a)與待測閥門(12)的入口的連接部位、所述待測閥門(12)的出口與第二試驗管道(17b)的連接部位分別設置有法蘭短節(11)，所述法蘭短節(11)為兩端焊接有法蘭的變徑鋼管，適用于不同口徑的閥門。
4.根據權利要求1所述的高溫閥門檢測試驗裝置，其特征在于:所述扭矩測試裝置包括電動執行器(14)和扭矩傳感器(15)，所述電動執行器(14)的輸出軸通過聯軸器與扭矩傳感器(15)連接，所述扭矩傳感器(15)的輸出軸通過聯軸器與待測閥門(12)的閥桿連接，其中，所述電動執行器(14)和扭矩傳感器(15)由支架(22)固定設置在檢測臺(10)上。
5.根據權利要求1所述的高溫閥門檢測試驗裝置，其特征在于:所述待測閥門(12)的入口和出口處分別設有取樣孔，所述取樣孔與壓差計(13)的接頭焊接。
6.根據權利要求1所述的高溫閥門檢測試驗裝置，其特征在于:所述檢測臺(10)為水平的水泥基座。
7.根據權利要求1所述的高溫閥門檢測試驗裝置，其特征在于:所述緩沖罐(18)上設置有緩沖罐壓力傳感器(19)，所述緩沖罐(18)的底部設置有第二排放管道(21b)，所述第二排放管道(21b)上設置有第二截止閥(4b )。
8.根據權利要求1所述的高溫閥門檢測試驗裝置，其特征在于:所述加熱罐(1)、第一試驗管道(17a)、第二試驗管道(17b)和緩沖罐(18)的表面均涂有保溫材料以進行保溫。
9.一種基于空氣加熱系統的高溫閥門檢測試驗方法，其特征在于，包括以下步驟: S1、將待測閥門(12)固定安裝在檢測臺(10)上，其閥桿與扭矩測試裝置連接，入口和出口分別與加熱罐(1)和緩沖罐(18)連接； S2、開啟空氣壓縮機(20)，向加熱罐(1)內打壓，觀察加熱罐壓力傳感器(5)的示數，當壓力處于O~3MPa時，關閉空氣壓縮機(20)，開啟空氣加熱器(2)，觀察溫度傳感器(7)的示數和加熱罐壓力傳感器(5)的示數，當溫度達到試驗溫度值、且壓力達到試驗壓力值時，關閉空氣加熱器(2)； S3、打開電動截止閥(8)，使高溫高壓空氣作用于待測閥門(12)，通過扭矩測試裝置調節待測閥門(12)的開度，采集閥門相對開度值、高溫靶式流量計的示數、扭矩測試裝置的示數、壓差計(13)的 示數和超聲波泄漏檢測儀(16)的示數。
【文檔編號】G01M13/00GK103954441SQ201410170865
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月25日 優先權日:2014年4月25日
【發明者】鄭小濤, 鄭鵬, 喻九陽, 徐建民, 王成剛, 林緯 申請人:武漢工程大學, 斯耐特(湖北)工業制造有限公司