基于計算機數據采集的低溫閥門(mén)性能測試裝置
介紹一種基于計算機數據采集的低溫閥門(mén)性能測試裝置,該裝置具有對試驗數據集中儲存、顯示和打印功能,并可實(shí)現對液氮罐自增壓系統的自動(dòng)控制,可提高試驗的工作效率、操作及時(shí)性、準確性和安全性。指出將計算機技術(shù)和光電技術(shù)等應用于試驗裝置上是今后的發(fā)展方向。
1、概述
隨著(zhù)低溫技術(shù)的發(fā)展,低溫流體得到越來(lái)越廣泛的應用,例如液氮被廣泛地應用于工業(yè)生產(chǎn)、科研領(lǐng)域、醫療衛生等,液氮和液氧作為火箭推進(jìn)劑在國防領(lǐng)域表現出顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。另外,近幾年來(lái),隨著(zhù)能源緊缺,液化天然氣也成為主要能源之一。在使用低溫液體的各個(gè)環(huán)節,低溫閥門(mén)是不可或缺的管路附件。然而,由于該類(lèi)閥門(mén)多工作在- 100℃以下的超低溫溫區,因此對其結構設計、材料選擇、制造過(guò)程及檢驗試驗等均提出了專(zhuān)門(mén)的要求。尤其是在低溫閥門(mén)產(chǎn)品檢驗中,除應滿(mǎn)足常溫下相同于通用閥門(mén)的各種性能檢驗要求外,還要進(jìn)行低溫條件下的性能測試檢驗。低溫試驗的主要任務(wù)是檢測閥門(mén)在低溫中的氣密性和啟閉性能等。因此測試裝置十分重要,裝置性能的先進(jìn)性決定了測試結果的準確性和可靠性。為此研發(fā)了一種新型低溫閥門(mén)綜合性測試裝置,功能包含低溫試驗和深冷處理兩個(gè)方面,其中溫度信號、壓力信號以及閥門(mén)泄漏量等通過(guò)利用計算機數據采集系統實(shí)現自動(dòng)化測量。該裝置具有對試驗數據集中儲存、顯示和打印功能。本文著(zhù)重論述該裝置在閥門(mén)閥座密封性方面低溫試驗的內容。
2、低溫試驗裝置現狀
國內外涉及低溫閥門(mén)的生產(chǎn)廠(chǎng)商和科研機構對低溫閥門(mén)的低溫性能測試十分重視,積極地開(kāi)展了這方面的研發(fā)工作。由于采用的制冷與低溫方式不同,在試驗裝置的布置上存在較大的差異�，F經(jīng)常采用的有浸漬法和保冷法兩種方式。浸漬法(即外部冷卻法)是將閥門(mén)直接放到裝有液氮的保冷箱中冷卻,當閥門(mén)溫度驟冷至工作溫度后再用氦氣進(jìn)行密封性能試驗。保冷法(即內部冷卻法)是將閥門(mén)安裝在保冷箱中,通入低溫介質(zhì)進(jìn)入閥門(mén)內部降溫,當溫度降到規定值時(shí),將低溫介質(zhì)放掉,然后通入規定壓力的氦氣進(jìn)行試驗。另外還有噴淋法,是將閥門(mén)安裝在保冷箱中,使用噴淋頭向保冷箱中噴入液氮,當保冷箱中溫度達到試驗溫度時(shí),停止噴液氮,然后按規定壓力通入氮氣進(jìn)行試驗。但噴淋法不適用超低溫閥門(mén)。國內外常用的低溫試驗裝置有如下幾種。
2.1、日本閥門(mén)行業(yè)用低溫閥門(mén)試驗裝置
日本閥門(mén)行業(yè)用低溫閥門(mén)試驗裝置(圖1)使用了浸漬法和保冷法兩種方式。浸漬法低溫試驗裝置適用于閘閥、截止閥和止回閥。保冷法低溫試驗裝置適用于各類(lèi)閥門(mén)。低溫閥閥座密封試驗壓力及持續時(shí)間見(jiàn)表1,低溫試驗允許泄漏率見(jiàn)表2,泄漏量檢測方法在圖中顯示為水槽中測量容器。
(a)浸漬法低溫試驗裝置(止回閥進(jìn)出口的配管相反) (b)保冷法低溫試驗裝置(A、B點(diǎn)的溫度差要在20℃以?xún)?
圖1 日本閥門(mén)行業(yè)用低溫試驗裝置
2.2、歐美閥門(mén)行業(yè)用低溫閥門(mén)試驗裝置
歐美閥門(mén)行業(yè)多采用英國制定的閥門(mén)標準BS6364: 1984 (R1998)《低溫閥門(mén)》,適用于閘閥、截止閥、止回閥、球閥和蝶閥,溫度范圍- 196～- 50℃,其低溫試驗方法屬于浸漬法(圖2) 。低溫試驗壓力為被測閥門(mén)的額定密封試驗壓力。低溫試驗容許泄漏率見(jiàn)表3。泄漏量的檢測方法在圖中顯示為酒精計泡器和流量計。
3.3、測試方法
(1) 溫度
試驗溫度測量涉及室溫至液氮溫度區范圍, 采用熱電偶溫度計測量, 溫度電信號通過(guò)數字多用表測量、采集并輸入測控計算機, 在計算機界面上顯示, 并由計算機自動(dòng)完成記錄和保存。與此同時(shí),計算機將溫度測量值輸送到儀表面板上的溫度顯示儀進(jìn)行現場(chǎng)顯示。
(2) 壓力
試驗壓力測量范圍為0～10M Pa。采用指針式精密壓力表和數字式壓力表在儀表面板上對系統壓力進(jìn)行現場(chǎng)顯示, 同時(shí), 采用壓力變送器測量系統壓力, 并轉換為電壓信號, 經(jīng)數字多用表測量、采集并輸入測控計算機, 在計算機界面上顯示, 并由計算機自動(dòng)完成記錄和保存。
(3) 液位
為了確保液氮液面高度滿(mǎn)足閥門(mén)測試的要求,采用差壓式壓力變送器測量液位高度。測量電信號通過(guò)數字多用表測量、采集并輸入到計算機進(jìn)行顯示, 并提醒加注液氮和停止液氮加注操作。
(4) 流量
根據閥門(mén)密封形式的不同, 閥門(mén)的允許泄漏量是不同的。軟密封結構的閥門(mén), 其泄漏量應該為零。而對于硬密封的閥門(mén), 本身是允許有一定泄漏量的�；谏鲜銮闆r, 配備兩種測量流量的裝置,其一是小流量的流量計, 用來(lái)測量允許具有一定泄漏量的硬密封閥門(mén)或者軟密封閥門(mén)在相對不正常工作狀態(tài)下時(shí)的泄漏情況。
對于微小泄漏量, 由于一般的流量計已經(jīng)無(wú)法檢測到, 需通過(guò)觀(guān)察并計數開(kāi)口端在水中泄漏氣泡數的形式進(jìn)行測量。利用計算機數據采集系統記錄電脈沖的數目, 實(shí)現自動(dòng)計數。
4、結語(yǔ)
基于計算機數據采集系統的低溫閥門(mén)性能測試裝置, 可以把熱電偶、壓力傳感器、液位傳感器和流量計的各路信號, 經(jīng)前置處理后輸入到計算機中, 通過(guò)數據采集軟件進(jìn)行數據顯示、存儲和打印, 還可根據相關(guān)參數的設置來(lái)控制液氮罐的自增壓系統對低溫試驗槽進(jìn)行加注液氮。該測試系統采用集中式數據監控, 既實(shí)現了通過(guò)計算機發(fā)出指令進(jìn)行自動(dòng)操作, 提高工作效率、操作的及時(shí)性、準確性及安全性, 又便于數據的統一保存和管理。
參考文獻
〔1〕 陸培文. 實(shí)用閥門(mén)設計手冊〔M 〕. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006.
〔2〕 JB/T 7749-1995, 低溫閥門(mén)技術(shù)條件〔S〕.
〔3〕 BS 6364 - 1984 (R1998) , 低溫閥門(mén)〔S〕.
〔4〕 SHELL M ESC SPE 77 /306: 2002, 低溫閥門(mén)產(chǎn)品試驗〔S〕
