阀门寿命试验台研制.pdf

2 0 1 2年第 4 0卷第 4期 流体机械 4 5 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 2 0 4 0 0 4 5一 o 4 阀门寿命试验台研制 王剑 。 黄明亚 ， 黄健 。 张继伟 ， 郝伟沙 。 靳淑军， 章茂森 合肥通用机械研究院， 安徽合肥 2 3 0 0 3 1 摘要 介绍了阀门静压寿命测试系统的设计。该系统由机械液压部分、 电控部分和测试软件等组成， 能完成阀门的 静压寿命试验、 壳体试验和密封试验。 关键词 阀门静压寿命试验 ； 液压装夹； 液压驱动 中图分类号 T H 1 3 8 文献标识码 A d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 0 3 2 9 ． 2 0 1 2 ． 04． 0 1 1 De v e l o p me n t o f T e s t i n g P l a t f o r m f o r Va l v e S e r v i c e L i f e WANG J i a n。 HUANG Mi n g - Ya ， HU ANG J i a n ， Z HANG J i - We i ， HAO We i S h a ， J I N S h u - J u n， Z HANG Ma o - S e n H e f e i G e n e r a l Ma c h i n e r y R e s e a r c h I n s t i t u t e ， H e f e i 2 3 0 0 3 1 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e d e s i g n p r o c e s s o f t e s t i n g p l a t f o r m f o r v alv e s e r v i c e l i f e i n s t a t i c p r e s s u r e i s i n t r o d u c e d i n t h i s a r t i c l e ，a n d e x p e r i - me n t s of v a l v e s e lwi c e l i f e i n s t a t i c p r e s s u r e，s h e l l a n d m r o o f c a n b e fi n i s h e d w i t h t h i s s y s t e m ， c o mp o s e d of me c h a n i c al h y d r a u l i c d e v i c e ，e l e c t r i c al c o n t r o l s y s t e m a n d t e s t i n g s o f t wa r e ． Ke y wo r d s e x p e rime n t s o f v a l v e s e r v i c e l i f e i n s t a t i c p r e s s u r e ； h y d r a u l i c fi x t u r e； h y d r a u l i c d r i v e 1引言 寿命试验是研究产品寿命特征的方法， 是可靠 性试验中最重要的项 目之一 ， 是将产品放在特定的 试验条件下考察其失效随时间变化的规律 ， 2 J 。 一 般的阀门出厂压力试验和零部件加工尺寸 精度 、 光洁度检查不能完全衡量出阀门产 品的内 在质量问题。通过阀门寿命试验， 将阀门产品放 在特定的模拟工况条件下进行循环试验 ， 可以了 解阀门的寿命特征、 失效规律、 失效率、 平均寿命 以及在寿命试验过程中可能出现的各种失效模 式。如结合失效分析 ， 可进一步弄清导致失效的 主要失效机理 ， 如设计结构合理性 、 密封性能、 加 工质量、 材料选择及装配质量等， 为可靠性设计、 可靠性预测 、 改进新产品质量和确定试验条件等 提供依据。 2 设计依据 阀门寿命试验 台的设计制造依据主要包括 收稿 日期 2 0 1 11 21 6 修稿 日期 2 0 1 20 41 0 G B ／ T 1 3 9 2 7 --2 0 0 8 工业阀门 压力试验 ； G B ／ T 2 6 4 8 0 --2 0 1 1 阀门的检验与试验 ； J B ／ T 8 8 5 8 2 0 o 4 闸阀 静压寿命试验规程 ， J B ／ T 8 8 5 9 2 0 0 4 截止阀 静压寿命试验规程 ， J B ／ T 8 8 6 0 2 0 0 4 旋塞阀 静压寿命试验规程 ， J B ／ T 8 8 6 l 一 2 0 0 4 球 阀 静压 寿命试验规程 ， J B ／ T 8 8 6 3 2 o 0 4 蝶阀 静压寿命试验规程 。 其中闸阀、 截止阀 、 旋塞阀、 球阀、 碟阀 5种 阀 类的静压寿命试验规程中均将静压寿命试验定义 为“ 在实验室条件下 ， 阀门在受介质压力作用时 ， 进行全开到全关 的循 环操作 试验。 ” 并 要求进行 静压寿命试验的阀门密封性能符合 G B ／ T 1 3 9 2 7 或 G B ／ T 2 6 4 8 0的规定 。 根据上述标准的定义和要求， 阀门寿命试验 台应满足在阀门静压寿命试验中需要的基本功 能 1 符合闸阀、 截止阀、 旋塞阀、 球阀、 碟阀五 种阀类的静压寿命试验规程的对阀门从全开到全 关的循环操作功能。即建立满足试验要求的压差 和压力条件， 提供试验阀门启闭要求大小的操作 FL UI D MACHI NERY Vo 1 ． 40 ，No ． 4， 2 01 2 力矩 ， 实现被试 阀的启闭动作和整个试验过程 的 控制 、 检测和记 录。 2 符合 G B ／ T 1 3 9 2 7或 G B ／ T 2 6 4 8 0的压力 试验功能 。即建立满足阀门压力试验 强度 、 密 封 的压力和压差条件 ， 实现试验过 程的操作和 监测 。 3 寿命试验过程 中， 能实现检查和记录阀 门密封副、 阀杆及 阀杆螺母 和填料函部位 的磨损 情况， 阀门的操作力矩的变化情况。 3系统分析 为 了实现 阀门在模拟工况条 件下进行静 压 循环操作 ， 阀门寿命试 验 台应具备 加压 系统 和 自动开关 阀门控制系统 。试验 台的原理 如 图 1 所示。 压力管道 液压油管道 ⋯⋯ 一电气控制连线 图 1 阀门静压 寿命试验 台系统原理示意 水箱 、 往复泵 、 稳压容器和水 系统 阀构成液体 阀门装夹固定 台如图 2所示 ， 它是各类被试 加压系统 ， 为试验提供液体压力 ； 气源和气系统阀 阀门的安装固定的工作 台， 必须满足不 同类型被 构成气体加压系统 ， 为试验提供气体压力 ； 工作平 试阀的方便 、 快捷 、 安全的装夹和拆卸 ， 并满足驱 台及支架为被测阀门提供安装位置， 依靠液压马 动装置的位置调整 。 达及减速机构提供扭矩实现阀门开启 、 关闭动作 ； 控制系统包含行程控制和扭矩控制两种方式控制 马达换向， 分别实现部分回转 阀门和多回转 阀门 的开启 一关闭循环动作。 试验时 ， 被测阀门在压差条件下开启 、 在压力 条件下关闭， 循环往复。试验人员可在各试验阶 段检查阀门密封副 、 阀杆 、 阀杆螺母和填料 函部位 的磨损情况， 以及阀门操作力矩的变化情况。从 而达到阀门静压寿命试验的目的。 左1 二 作台 右 。1 作 台 图示 二 ]移动、 央紧方向 4系统设计 图2 阀门夹装固定台 4 ． 1 机械液压部分 被试 阀安装形式为卧式抱压式结构 ， 试验 阀 机械液压部分包括液压装夹、 液压驱动 、 试验 门水平放置。试验 台 由左右夹紧端 和操作 台组 介质循环系统 3个模块。 成 。试验台的左边工作 台设有夹紧机构和 9 0 。 翻 4 ． 1 ． 1 液压装夹 转机构 ， 试验台右边工作 台可 自动进行左右滑动。 2 0 1 2年第4 0 卷第 4 期 流体机械 4 7 夹紧机构 由压板 的夹 紧装 置和径 向移 动装置组 成 ， 压板的夹紧装置采用各油缸直接驱动实现， 使 各压板受力均匀 、 夹紧可靠 ， 压板的径向移动装置 采用油缸连杆结构 ， 实现了各压板径 向同步移动。 装置可对阀门两端进行 自动液压夹紧 ， 夹 紧压力 可调节。试验介质通过试验台上不 同的切换阀进 行控制。阀门寿命试验驱动部分在试验台水平移 动端上部 ， 其本身也能实现上下 、 左右移动。 试验台具有 自动保 护功能 ， 当被试阀 门腔 内 压力未卸压时 ， 放松按钮无法启动 ， 以防误操作造 成高压水伤人事故。 4 ． 1 ． 2 液压驱动 液压驱动部分 由液压站 、 液压 马达和换 向阀 构成 ， 如图一所示 。主要为被试阀的开 闭提供动 力 ， 满足被试阀开闭动作 的最大扭矩并实现开闭 自动循环。 液压站由油泵 、 减压阀 、 换向电磁 阀和流量调 节阀等构成 ， 为液压马达提供旋转动力和方 向转 换 ， 并可通过设置控制旋转速度和扭矩。 液压马达固定在一个可升降的驱动 头上， 升 降的范围满足不 同尺寸阀门测试 的需要。升降头 由油缸直接驱动来实现。控制面板上设有按钮进 行上升和下降控制 ， 当达到上下的限位时 ， 平台将 自动停止。驱动装置可根据被试 阀门大小分档分 别设计为悬臂式和龙门式。 使用液压马达控制 阀门的开闭 ， 顶部安装旋 转编码器。对于通过行程控制 的阀门， 读取旋转 编码器的变化， 以便对阀门的开度进行定位， 控制 液压马达转 向， 完成开闭动作 。对 于通过扭矩控 制的多 回转阀门， 其开闭通过液压 马达的扭矩反 馈来控制。 4 ． 1 ． 3 液压油缸设计和油泵的选择 设计试验台性能参数举例 阀门最大试验压 力 ≤3 0 ． 0 MP a ， 在 D N 3 0 0 mm时 ， 最高试验压力 为 1 0 ． 0 MP a ； 试验台最大密封面 3 3 0 m m。 油缸选择一般单边活塞杆油缸结构 ， 活塞最 大出力 P ， 为 P。 9． 5 9 6 5 N 选用三组活塞油缸 ， 所 以每组油缸 的封力为 3． 1 9 9 1 0 N 根据油缸封力大小 的要求 ， 我们选 择油缸规 格为 1 4 0 8 0 根据油缸需要产生的推力， 我们需选择油泵 的最大压力 P ， 为 3 0 ． 2 M P a 。 所 以选择叶片油泵型号为 Y B 1 2 5 ， 流量 2 5 L ／ m i n ， 压力 3 2 M P a ； 配套电机型号为 Y 1 3 2 S一 6 ， 3 k W 4 ． 1 ． 4 试验介质循环系统 试验介质循环系统由加压泵 、 缓 冲容器 、 管道 电加热 如需试验介质加热 、 液压泄放阀 、 水箱 、 风冷散热器等构成。 阀门试验压力通过一台加压泵提供。被i 贝 4 阀 门前安装压力传感器 ， 当静压低于设定值时 ， 开启 加压泵 。缓冲容器能消除水泵 压力脉动 ， 补偿 因 泄漏造成的降压 ， 使 阀门始终处在稳定 的压力状 态下试压。 如要求试验介质为热水 ， 可在试验管路系统 加设电加热系统 ， 将水泵 出口的高压水直接加热 加热压力 介质 的 电加 热功率 足够是 可 以实 现 的。1 5 0 “ 1 2 约需 0 ． 5～ 0 ． 6 MP a压力 ， 高温水通过 被测 阀门后 需要进 行散热 ， 将温度 降至 8 0 ℃ 左 右 ， 以免高温水排到水箱后产生大量蒸汽。散热 风扇与电加热连锁 ， 电加热运行时风扇 自动运行 。 电控系统则根据水温 自动控制 电加热的投入量 。 电加热安装在阀门进水管道上， 而不是安装在稳 压容器上 。电加热管体积小 ， 并配置温度过高等 保护， 防止干烧损坏设备。 若需用空气作试验介质， 则通过试验台预留 的压缩空气管路接 口接人满足阀门额定压差 的压 缩空气源。 试验装置设水箱 ， 试压水可循环使用。 4 ． 2 电控 部 分 控制系统采用 P L C可编程序控制器为核心 ， 并以触摸屏为人机交互界面 。 可以在触摸屏上设置开关次数并可观察 当前 开关数。当开关次数达到设定值后 ， 系统 自动停 止并给出提示。阀门开启时间和关闭时间由用户 在触摸屏上设定 。水路系统设置温度传感器测量 水温 ， 管路 内安装 电加热并使用 P I D调节表 自动 调节 ， 以保持一个恒定 的水 温， 水温可 以人工设 定。阀前设置压力传感器 ， 采用 回差控制方式来 控制加压泵的启停。 4 ． 3测试 软件 阀门寿命试验 台系统软件以组态王为平 台， 针对阀门静压寿命试验而开发 ， 具有完整的试验 操作 、 数据采集 、 报表生成等功能。 软件包括登陆界面、 功能选择界面、 测试主界 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 4 0， No ． 4， 2 01 2 面和试验报告输 出界面等 。首先进入登录界面， 选择用户名使用密码登陆 ， 进入试验选择界面 ， 按 下界面上相应试验按钮， 弹出试验信息界面， 在该 界面填写试验相关信息。完成试验信息填写后点 击“ 进入试验” 按钮进入阀门寿命试验操作界面。 试验报告输 出界面提供 了试验报 告 的生成和存 储 、 历史试验报告 和历史数据曲线查询及打印等 功能。操作界面可根据需要进行调整设计。 5结语 阀门寿命试验台是一套阀门静压寿命计算机 自动测试系统。该测试系统采用液压 马达提供扭 矩实现阀门开启 、 关闭动作 ， 通过行程控制或输出 扭矩值及电器 、 液压元件的控制 ， 实现阀门 自动开 启、 关闭循环。在试验过程中， 部分回转阀门依靠 行程控制 ， 多回转阀门依靠扭矩控制 ， 模拟实际工 况条件 ， 阀门在压差条件下开启 ， 在压力条件下关 闭。整个试验过程实现了工况模拟、 开闭自动、 信 息丰富 、 软件友好 、 操作简单、 输 出规范 ， 适用于闸 阀 、 截止阀、 旋塞阀、 球 阀、 蝶阀、 隔膜阀等阀门的 静压寿命测试。 参考文献 [ 2 ] [ 9 ] [ 1 0 ] 赛庆毅， 殷忠民， 王会敏， 等． 空气阀门性能试验测 试装置对 比研究 [ J ] ． 流体机械， 2 0 1 2 ， 4 0 1 l 5 ． 1 8． 孙斌， 许安俊． 高压止回阀断裂失效分析 [ J ] ． 压力 容器， 2 0 1 2 ， 2 9 1 6 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．S i m u l a t i o n o f a t r a n s c r i t i c a l C O 2 h e a t p u m p c y c l e for s i mu l t a n e o u s c o o l i n g an d h e a t i n g a p p l i c a t i o n s [ J ] ．I n t J R e f ri g e r a t i o n ， 2 0 0 6 ， 2 9 5 7 3 5 - 7 4 3 ． [ 1 2 ] L i u H， C h e n J ， C h e n Z ． E x p e ri me n t a l i n v e s t i g a t i o n o f a C O 2 a u t o mo t i v e a i r c o n d i t i o n e r [ J ] ．I n t J R e f r i g e r a - t i o n， 2 0 0 5， 2 8 1 2 9 3 - 1 3 0 1 ． [ 1 3 ] Mi n e t t o ．T h e o r e t i c a l a n d e x p e ri me n t a l a n al y s i s o f a C O 2 h e a t p u m p for d o me s t i c h o t w a t e r [ J ] ．I n t J R e - f r i g e r a t i o n，2 011，3 4 7 41- 7 51． [ 1 4 ] C h o H， R y u C ．k i m Y ．C o o l i n g p e rf o r m a n c e o f a v ar i a b l e s p e e d C O2 c y c l e w i t h an e l e c t r o n i c e x p an s i o n v al v e a n d i n t e r n al h e a t e x c h a n g e r[ J ] ．I n t J R e f r i g e ． r a t i o n， 2 0 0 7， 3 0 6 6 4 - 6 7 1 ． [ 1 5 ] Y o k o y a m a R， S h i m i z u T ， h o K． I n fl u e n c e o f a m b i e n t t e mp e r a t u r e s o n p e r f o r man c e o f a C O2 h e a t p u mp w a t e r [ 1 6 ] [ 1 7 ] [ 1 8 ] [ 1 9 ] [ 2 0 ] [ 2 1 ] h e a t i n g s y s t e m[ J ] ．E n e r g y ， 2 0 0 7 ， 3 2 3 8 8 - 3 9 8 ． Yo k o y a ma R．Wa k u i T，K a ma k a r i J ．P e r f o rm an c e a ． n a l y s i s o f a C O2 h e a t p u mp wa t e r h e a t i n g s y s t e m a n - d e r a d a i l y c h ang e i n a s t a n d ard i z e d d e m a n d[ J ] ． E n e r gy ， 2 0 1 0 ， 3 5 2 7 1 8 - 7 2 8 ． F e rn a n d e z N， Hwa n g Y． C o mp a r i s o n o f C O2 h e a t p u mp w a t e r h e a t e r p e rfo rm a n c e wi t h b a s e l i n e c y c l e an d t w o h i g h C O P c y c l e s [ J ] ． I n t J R e f ri g e r a t i o n ，2 0 1 0 ， 3 3 6 3 5 ． 蔡芳芳 ， 刘乃玲， 张成， 等．直流变频空气源热泵热 水器的实验研究[ J ] ． 制冷与空调， 2 0 1 0 ， 1 9 3 - 9 6 ． 苗文凭， 吴永明， 张建成． 空气源热泵热水器的可 靠性研究[ J ] ． 流体机械， 2 0 1 1 ， 3 9 1 2 8 1 - 8 6 ． 日本冷冻空调工业协会标准规格[ s ] J R A 4 0 5 0 ， P ． 3 2 0 0 5 ． C e c c h i n a t o L，C o r r a d i M． A c rit i c a l a p p r o a c h t o t h e d e t e rmi n a t i o n o f o p t i mal h e a t r e j e e t i o n p r e s s u r e i n t r a n s c ri t i c a l s y s t e m s[ J ] ．A p p l i e d T h e rma l E n g i n e e r - i n g ，2 0 1 0，3 0 1 8 1 2 1 8 2 ． 作者简 介 朱丽霞 1 9 8 7一 ， 女 ， 硕 士， 主要从 事二 氧化碳 制 冷与热泵技术 的研究 ， 通讯地址 2 0 0 0 9 3上海市杨浦 区军工路 5 1 6 号上海理工大学动力一馆 1 1 5室 。 1 j 1j