空气阀门性能试验测试装置对比研究.pdf

6 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 40， No ．1， 2 01 2 文章编号 1 0 0 5 0 3 2 9 2 0 1 2 0 1 0 0 0 6 0 4 空气阀门性能试验测试装置对比研究 赛庆毅 ， 殷忠民 ， 王会敏 ， 李字明 1 ， 上海理工大学， 上海2 0 0 0 9 3 ； 2 | 石家庄阀门一厂股份有限公司， 河北石家庄0 5 0 2 2 2 摘要i 对比了空气阀门性能试验国内标准 J B ／ T 7 2 2 89 4 、 欧联标准 B S E N1 7 5 1 1 9 9 9及美国标准 A MC A 5 0 0 - D - 2 0 0 7 中对测试阀门上下游管道长度及压力测点位置的不同要求， 选取阀门模型按照J B ／ T与 B S E N标准分别进行了流阻及流 量特性试验 ， 并对阀门上下游管道内流场进行测试， 结果表明试验阀门上游管道可以缩短至欧联标准要求。 关键词 空气阀门； 测试装置； 对比 中图分类号 T H 1 3 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 ． 0 1 ． 0 0 2 Co mp a r i s o n o f Ai r Va l v e P e rfo r ma n c e Te s t E q u i p me n t S A I Q i n g ． y i ， Y I N Z h o n g ． m i n ， WA N G Hu i ． mi n ， L I Y u ． m i n g 1 ． U n i v e r s i t y o f S h a n g h a i f o r S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y ， S h a n g h a i 2 0 0 0 9 3 ， C h i n a ； 2 ．I n c o r p o r a t e d C o m p a n y o f V a l v e o f S h i j i a z h u a n g ， S h i j i a z h u a n g 0 5 0 2 2 2 ， C h i n a Ab s t r a c t T h e n a t i o n a l s t a n d a r d s o f a i r p e rfo r ma n c e t e s t v a l v e J B／T 7 2 2 8 9 4，EU s t a n d a r d B S EN1 7 5 1 1 9 9 9 and Ame r i c a n S t a n d a r d AMC A 5 0 0 - -D- 2 0 0 7 t o t e s t t h e v a l v e i n t h e p i p e l e n g t h u p s t r e a m a n d d o w n s t r e a m of t h e d i ff e r e n t r e q u i r e me n t s w e r e c o rn - p a r e d ．Ac c o rdi n g t o J B ／ T r e s p e c t i v e l y a n d t h e B S E N s t a n d a r d s ，s e l e c t i n g t h e v a l v e mo d e l d o t h e fl o ． w r e s i s t a n c e and fl o w r a ti o t e s t s ，a n d fl o w fi e l d t e s t i n t h e p i p e l i n e o f t e s t v a l v e s u p s t r e a m a n d d o w n s t r e a m．Re s u l t s s h o w t h a ．t t he u p s t r e am p i p e l i n e v alv e t e s t c a n b e s h o a e n e d t o i n t e r n a t i o n al s t a n d a r d s ． Ke y wo r d s a i r v alv e； t e s t e q u i p me n t ； c o mp a r i s o n ． 1 引言 空气阀门广泛应用于核电、 石油 、 化工、 冶金 、 机械、 城建及食品等行业， 现已成为人类活动的各 个领域 中不可缺少的通用机械产品。 空气 阀门性 能试 验按 国 内行 业标 准 J B ／ T 7 2 2 8 - 9 4 、 欧联标准 B S E N 1 7 5 1 1 9 9 9及美国标准 A MC A 5 0 0 一 D 一 2 0 0 7中对测试阀门上下游管道长度 及压力测点位置的要求是有差异的_ 1 J 。经过分 析选取 J B ／ T与 B S E N标准对阀门模型进行流阻 与流量特性试验 ， 同时对测试 阀门上下游管道 内 部流场进行测试， 获得可应用的合理管长。 2 标准对比研究 空气阀门流阻与流量比测试中对于风阀上下 收稿 日期 2 0 1 1 0 31 1 修稿 日期 2 0 1 1 0 42 7 游管道长度及压力测点位置的要求， 标准中的规 定各不相 同。国内 J B ／ T推荐采用 吸气装 置 ， 要 求测试阀门上游管道长度为 1 0 D D为被测阀门 当量直径 ， 下游不少于 1 0 D 见图 1 。欧联 B S E N标准采用排气方式 见图2 ， 要求阀前上游 5 D处连接流量计， 3 D处整流， 1 ． 5 D处阀前布置 静压测点， 下游不少于 5 D或 2 m 取 5 D与 2 m的 大者 。美国A M C A标准阀门气动性能试验主要 测试通过阀门的气流速度及压降 测试装置分为 出口管道、 进口管道及进出口管道形式 见图 3 a ， b ， c ， 测 点及 阀 门上下游管道长度 要 求如图3 所示。阀门性能试验风阀开度关闭小于 3 0 ％时应采用进出口管道形式， 沿气流方向阀门 上游为进 口流量计， 流量计后至少 6 D处测试阀 前静压， 即阀门前后各 1 D处静压差为阀门压降， 下游静压测孔后至少保证 I O D。 2 0 1 2年第 4 0卷第 1 期 流体机械 7 图 1 J B ／ T标准阀门气动性能测试装置要求 | ／ ． {l 斗 隹 一十一 一 一’ _匪 - 1 ． 5 D ■ - ． ． 一 3 J 9 一 一 一 一 5 D或者 2 m 一 5 D ～ 图2 B S E N标准阀门气动性能测试装置要求 流量计 气 流 ● } 一 面 进口流量计 上游风管 测压孔流量计待测风阀 b 进 口流量计 上游风管 阀门压降上下游测孔 待测风阀 阀门压降上下游测孔 下游风管 ＼ ． ／ | | | 【 气 流 i 一 ’ 一 ／ D O． 0 2D D 0 ． 02 D ． 6 D⋯ ． ． 1 0D 。 ． c 。 图 3 A MC A标准进气管道测试装置 阀门试验时， 由于风阀结构及开度不同， 将导 选取常用风量调节阀进行模拟试验， 考虑试 致风阀上下游管道 内流场的不均匀 ， 阀门上下游 验成本风阀直径取 西2 0 0 mm， 以该风 阀进行流 必须有足够长的管道确保气流在管道内逐渐恢复 量比及流阻系数试验可以获得典型的特性曲线， 稳定， 管道内气流稳定位置处布置压力测点才能 因此选用此风阀进行模拟试验是具有一定代表 获得准确的测试结果， 因此对于不同要求的风阀， 性。分别按照 J B ／ T与 B S E N标准对待测阀门进 应该选择合理的测试方法。以下选择对管道长度 行阻力与流量特性测试。试验装置流量测试参照 要求最长与最短的J B ／ T与 B S E N标准进行对比 通风机性能测试标准， 采用标准进口流量喷嘴， 见 研究 。 文献 [ 4 ] 。 2 ． 1 模拟试验装置 根据 B S E N标准 ， 采用排气风管装置。根据 8 F L UI D MACHI NE RY Vo 1 ． 4 0， N o ． 1 ， 2 0 1 2 J B ／ T 标准， 装置采用吸式风管， 与该标准装置设 计不 同之处在于采用变频器调速改变流量 ， 取消 原装置风机进口前三通及插板阀， 使结构简单， 约 减少 5 D， 缩短试验装置整体尺寸， 调节方便， 使用 节能。 2 ． 2性 能试验 2 ． 2 ． 1 流量特性试验 阀门的风量比是衡量阀门流通能力的指标， 风量比值越大说明流体流过阀门时的压力损失越 小。风量比表示流体流经阀门产生单位压力损失 时流体的流量。风量特性为固有调节特性曲线， 改变风阀开度 ， 测试相对应 的流量 ， 并保持风阀两 侧静压差不变 ， 以被测风阀全开且流速为 2 0 m ／ s 时两侧的静压差作为测试过程中的静压差值， 以 风阀的开度为横坐标 ， 风量 比为纵坐标绘制风量 比特性曲线。经计算当通过此 阀门气流速度超过 1 0 m ／ s 时 ， 阀门阻力系数已基本不变 ， 进入阻力平 方区， 故可以此速度时阀两侧静压差作为标准进 行流量特性试验。 Q ／ Q 1 式 中Q 阀门一定开度时通过流量 Q 一 阀门全开时通过流量 试验结果如表 1 所示 。 表 1 J B ／ T与 B S E N风量比试验结果对比 序号 1 2 3 4 5 名称 开度 。 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 管道风速 J B ／ T 1 2 ． 8 3 1 0 ． 0 9 7 ． 3 7 3 ． 5 0 2 ． 4 3 m ／ s B S E N 1 4 ． 6 2 l 1 ． 8 5 7 ． 4 7 4 ． 1 2 2 ． 6 1 阀门阻力 B ／ 1 5 ． 7 1 6 ． 3 1 6 ． 9 1 6 ． 5 l 6 ． 3 P a B S E N 1 6 ． 5 1 5 ． 8 1 6 ． 4 1 6 ． 5 1 6 ． 5 J B ／ T 1 0 0 7 8 ． 6 5 5 7． 4 4 2 7 ． 2 8 1 8 ． 9 4 风量 比 B S E N l 0 o 8 1 ．0 5 5 1 ． 0 9 2 8 ． 1 8 1 7 ． 8 2 ％ 偏 差 0 2 ． 4 6 ． 3 5 0 ． 9 1 ． 1 2 2 ． 2 ． 2 阻力特性试验 风阀阻力特性指风阀前后的静压差与其对应 的动压 速度头 的比值 。阻力系数 △ p 阀 ／ p C ／ 2 2 式中△ p 阀 风阀前后的静压差 p 阀门前后空气密度 C 气流速度 在9 个不同开度下， 两个标准所计算得到的阻 力系数如表 2 所示。由表 2可以看出， 阀门开度越 大 ， 阻力系数越小， 当阀门全开时， 阀门阻力系数达 到最小值， 当阀门关闭时， 阻力系数趋向于 。 。 。 表 2 J B ／ T与 B S E N阻力系数试验结果对比 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 开度 。 9 0 8 0 7 O 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 0 阻力系数 O ．2 0 ． 2 9 0 ． 6 6 1 ． 5 8 4 ． 2 1 1 ． 6 3 1 1 O 8 4 3 5 J B ／ T 阻力系数 O ． 1 9 0 ． 2 1 0 ． 5 3 1 ． 5 4 3 ． 9 l 1 1 ． 1 3 5 ． 1 1 1 1 ． 4 4 1 8 B S E N 从表 1 与表 2可 以看出， 在阀门性能测试结 果的误差允许范 围内， 2个不 同装置所得 到的阀 门风量 比与阻力系数基本一致。从表 l可 以看 出， 分别按照 J B ／ T与 B S E N标 准进行 同一 阀 门 的风量比试验时， 获得 的阀门相同开度下阀门的 风量比偏差基本在 3 ％以内， 说明阀门上游管道 长度不管采用进气或排气方式， 排气管道通过整 流， 吸气管道从流量计至阀门段 自然进气管道内 流场未受干扰 ， 只要管道内气流均匀稳定 ， 则阀前 静压取值均较准确。 3 管内流场测试 3 ． 1 流场测 试试验 装 置 按 J B ／ T标准规定的模拟试验装置进行 阀门 管道的流场测试。试验装置如图4所示。 ／ ＼ ＼ 0 5 D - ． ． Q 旦 两 涮 乐 孑 I_的 间 距 为 D ／ 上 。 ‘ t | l 厂 阜 盆 D D D X J ． J[ 5 一 ⋯ ’ 一 一 ’ ⋯ 一 ’ 6 l_二 ●二． r ／ ．I ⋯ 。 ⋯ - - ’ 1 2 ．2 2 5 D ．q t-------------i 一 4 - 3 D 一 1 3 D 一 D 一 1 O D 一 D 图4 试验装置及轴向测点分布 2 0 1 2 年第4 0 卷第 1 期 流体机械 9 截面测点分布如图5所示 墙 。 图 5 按等宽面积分布的截面测 点分布 阀前上游段长度取 l 1 D， 共有 1 1 个测点； 下 游段取 1 3 D ， 共有 1 3个测点。每两个测点间的间 隔为 D 。每个测点有两个相互垂直的测孔 ， 在进 行流场测试时 ， 每一个测孔从管壁 至管道 中心方 向测量 5个点。 流场速度测试选用毕托管。流场测试根据图 4和图5的测点分布依靠毕托管测试 动压 ， 然后 计算得到测点位置速度值 。 3 ． 2 管道 内流场测试结果 毒z 饕 鑫 饕 旷 曼 2 t 测点位置 a 阀门开度为9 O 。 测点位置 b 阀 门开度 为6 O 。 测点位 置 c 阀门开度为4 0 o 图中“ 0 ” 点代表测试阀门， 负轴代表阀前下游段， 正轴代表 阀后上游段。 从图可见 ， 在 9 0 。 全开 、 6 0 。 和 4 0 。3个不同 开启度下 同类阀门欧联标准仅做全开阻力系数 试验 ， 阀门上游各 管道 截面相同半径处气 流速 度变化均较为平稳 ， 即管道内流场较平稳 ， 在阀前 2 D处， 管道内流场仍基本保持稳定； 由于阀门的 作用， 阀后管道内气流速度波动较大， 在阀后形成 不稳定流动， 不利于管道壁面上静压取值。 ’ 由测 试结果图6可知， 对于全开状态， 阀后4 D左右管 道内气流逐渐恢复稳定流动 ， 当阀门开度减小时 6 0 。 和 4 0 。 两个开度下 ， 气流达到稳定流动所需 的距离变长 ， 大致为 6 7 D。由此可见 ， 对于阀 门测试来说 ， 气流流经阀门后在下游管道 内应保 证足够长的距离使气流重新均匀稳定， 此时静压 取值较为真实 ， 从模型试验结果及 J B ／ T及 B S E N 标准看， 1 0 D是合理的； 模型试验结果及 B S E N 标准较为统一的结论是上游气流受阀门干扰比较 小， 上游管道长度5 D足以满足试验精度要求。 4结语 由本文分析可以得知， 空气阀门流阻与流量 比特性试验装置国内外标准给出了不同的要求， 通过 阀门的模型试验及对阀门上下游管道 内流场 测试分析 ， 采用吸气试验装置时， 试验阀门上游管 道长度 5 D、 下游 1 0 D， 可 以保证试 验测 点位置管 道内流场均匀不受试验阀门干扰， 由此既可以满 足试验精度要求， 又可节约试验场地与装置材料。 参考文献 [ 1 ] J B ／ T 7 2 2 8 9 4， 风量调节阀[ s ] ． [ 2 ] B S E N 1 7 5 1 1 9 9 9 ， V e n t i l a t i o n f o r b u i l d i n g s A i r t e r m i n a l d e v i c e s Ae r o d y n a mi c t e s t i n g o f d a mp e r s a n d v a l v e s [ s ] ． ． [ 3 ] A N S I ／ A MC A S t a n d a r d 5 0 0 一 D - 0 7 ， L a b o r a t o r y M e t h o d s ofT e s t i n g D a mp e rs f o r R a t i n g [ S ] ． [ 4 ] G B ／ T 1 2 3 6 - 2 0 0 0， 工业通风机用标准化风道进行性 能试验 [ s ] ． 作者简介 赛庆毅 1 9 7 5 一 ， 男， 博士研究生 ， 实验师， 通讯地 图6 不同开度状态下各半径下的气流速度分布 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学院流 阀门测试采用吸气装置， 测试结果见图 6 。 体 研 究 所。