大口徑蝶閥扭拒試驗裝置研究

　　介紹了大口徑蝶閥扭矩試驗裝置研制背景，闡述了該裝置的組成與性能，并對DN900蝶閥樣機進(jìn)行了空載扭矩試驗與帶壓扭矩試驗。試驗得出的數據對產(chǎn)品結構的改進(jìn)以及動(dòng)力執行機構的選型具有重要意義。該試驗裝置及方法也適用于其他類(lèi)型各通徑閥門(mén)的扭矩試驗，具有較強的通用性和擴展性。

1、引言

　　蝶 閥以其結構緊湊、操作扭矩小、啟閉迅速靈活、流阻小、流量系數大且維護使用方便的特點(diǎn)，得到廣泛應用。本文根據某閥門(mén)廠(chǎng)對生產(chǎn)的蝶閥扭矩試驗要求，研制了以一套蝶閥扭矩試驗裝置，該試驗裝置不僅可對蝶閥在空載下進(jìn)行扭矩試驗，而且可以模擬蝶閥在試驗壓力下進(jìn)行開(kāi)閥扭矩試驗。該試驗裝置的研制成功，為蝶閥特別是大口徑蝶閥的動(dòng)力執行機構選型提供重要依據，而且該試驗裝置及試驗方法同樣適用于其他類(lèi)型各通徑閥門(mén)的扭矩試驗，具有較強的通用性、擴展性。

2、試驗裝置設計

　　本套試驗裝置包括介質(zhì)循環(huán)系統、試驗臺架、電氣控制系統。介質(zhì)循環(huán)系統為試驗提供一定的水壓及流量;試驗臺架為大口徑蝶閥提供試驗平臺;電氣控制系統為試驗裝置供配電，控制電動(dòng)裝置的啟停并提供安全保護，并為回路系統參數、傳感器遠傳數據進(jìn)行采集。

2.1、介質(zhì)循環(huán)系統設計

　　介質(zhì)循環(huán)系統原理如圖1所示，該介質(zhì)循環(huán)系統可為開(kāi)、關(guān)閥扭矩試驗提供壓力2.5MPa，流量90m³/h的試驗條件。

圖1 介質(zhì)循環(huán)系統原理示意圖

　　系統中兩臺多級泵并聯(lián)使用，單臺泵的工作壓力為2.5MPa，工作流量為46m³/h，當要求試驗流量超過(guò)46m³/h時(shí)，兩臺泵同時(shí)啟用。在多級泵出口增加一旁通支路，支路上設有節流閥1、電磁閥2;該支路的作用是：當試驗閥門(mén)關(guān)閉時(shí)，電磁閥2打開(kāi)及時(shí)泄壓至所需的試驗壓力，電磁閥2的開(kāi)關(guān)由試驗閥門(mén)的關(guān)到位信號控制。

　　在進(jìn)行閥門(mén)扭矩試驗前，設試驗閥門(mén)開(kāi)始處于全開(kāi)狀態(tài)，電磁閥2處于關(guān)閉狀態(tài)，全開(kāi)3號閥，通過(guò)調節4號、5號電動(dòng)調節閥，將試驗閥閥前壓力調至所需的試驗壓力;然后保持4號、5號電動(dòng)調節閥的開(kāi)度不變，關(guān)閉3號閥，合上調試開(kāi)關(guān)，打開(kāi)2號電磁閥，將1號節流閥調至合適的開(kāi)度，使試驗閥前壓力為所需的試驗壓力;合上工作開(kāi)關(guān)，2號電磁閥自動(dòng)關(guān)閉，全開(kāi)3號閥，即可進(jìn)行試驗閥門(mén)在試驗壓力下的關(guān)、開(kāi)閥扭矩試驗。

　　本介質(zhì)循環(huán)系統可模擬的流量不超過(guò)90m³/h，適應DN100以下閥門(mén)的水壓動(dòng)態(tài)扭矩試驗。對于大口徑閥門(mén)，亦可對該套系統進(jìn)行改造，模擬出大流量，但成本過(guò)高，不宜采用。但是該系統可以模擬閥門(mén)帶壓開(kāi)閥瞬間情況，而在生產(chǎn)活動(dòng)中，帶壓開(kāi)閥瞬間的扭矩值才是設計人員關(guān)心的重要參數。

2.2、試驗臺架設計

　　扭矩試驗臺架由傳動(dòng)系統(電動(dòng)裝置、基座、扭矩傳感器)、閥桿聯(lián)接裝置、過(guò)渡法蘭、移動(dòng)平臺、臺架等組成，如圖2所示。

圖2 扭矩試驗臺架組成圖

　　電動(dòng)裝置的作用是提供閥門(mén)開(kāi)啟、關(guān)閉的動(dòng)力，同時(shí)利用該裝置的位置指示、過(guò)扭保護等功能保護被測閥門(mén)。

　　閥門(mén)測驗前，根據蝶閥的通徑、型號選擇合適的閥門(mén)定位裝置、過(guò)渡法蘭、閥桿聯(lián)接裝置、傳動(dòng)系統。此時(shí)，移動(dòng)平臺位于臺架外側，先將被測試閥門(mén)、過(guò)渡法蘭、閥門(mén)定位裝置聯(lián)接好后在移動(dòng)平臺上定位，然后將移動(dòng)平臺定位至試驗位置，通過(guò)縱向、橫向位置微調裝置保證閥門(mén)輸出軸與扭矩傳感器同軸，可靠聯(lián)接后即可進(jìn)行扭矩測試。

　　該試驗臺架具有操作方便、較強的通用性與擴展性，不僅可對大口徑蝶閥進(jìn)行扭矩試驗，更換傳動(dòng)系統、閥桿聯(lián)接裝置、過(guò)渡法蘭后，也可對其他類(lèi)型閥門(mén)進(jìn)行扭矩試驗。

2.3、電氣控制系統設計

　　電氣控制系統是扭矩試驗臺的一個(gè)重要組成部分。整個(gè)試驗總站的電氣設備運行狀態(tài)顯示、回路參數的監測、試驗參數的設定和控制等都是由它來(lái)完成的。該系統很大程度上決定了試驗總站參數測量的精度和控制操作的特性。

　　電氣控制系統原理如圖3所示，主要由以下電控柜組成：集中控制臺、現場(chǎng)信號采集柜、扭矩控制箱。

圖3 電氣控制系統原理示意圖

　　集中控制臺內的主控單元為德國公司S7-300PLC、信號采集柜和扭矩控制箱內的主控單元為德國SIEMENS公司S7-200PLC組成了Profibus DP總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，信號采集柜負責現場(chǎng)的各種信號的采集并處理相關(guān)電氣元件的動(dòng)作，并把采集來(lái)的信號通過(guò)Profibus DP總線(xiàn)傳輸到集中制控制臺內的主控單元S7-300PLC上，在經(jīng)過(guò)S7-300PLC處理最后把數據傳輸至上位機PC。

3、樣機試驗

　　通過(guò)該套裝置對某閥門(mén)廠(chǎng)制造的DN900雙偏心蝶閥進(jìn)行了空載試驗、帶壓試驗，得到了一系列試驗數據。圖4所示為DN900蝶閥空載開(kāi)閥扭矩試驗曲線(xiàn)，圖5所示為DN900蝶閥空載關(guān)閥扭矩試曲線(xiàn)，圖6所示為DN900蝶閥在1.0MPa試驗壓力下開(kāi)閥扭矩試驗曲線(xiàn)，圖7所示為DN900蝶閥在1。0MPa試驗壓力下關(guān)閥扭矩試驗曲線(xiàn)，其中試驗壓力為閥門(mén)的入口壓力。

圖4 DN900蝶閥空載開(kāi)閥扭矩試驗曲線(xiàn)

圖5 DN900蝶閥空載關(guān)閥扭矩試驗曲線(xiàn)

　　在數據采集系統設置當中，將開(kāi)閥扭矩方向設為正向，扭矩值為正值;關(guān)閥扭矩方向為反向，扭矩值為負值。通過(guò)這些數據可知：

　　(1)開(kāi)閥時(shí)，扭矩值有明顯突變，在帶壓狀態(tài)下突變尤為明顯;

　　(2)閥門(mén)設計時(shí)，應以閥門(mén)的最大開(kāi)閥扭矩值作為設計依據。

圖6 DN900蝶閥在1.0MPa試驗壓力下開(kāi)閥扭矩試驗曲線(xiàn)

圖7 DN900蝶閥在1.0MPa試驗壓力下關(guān)閥扭矩試驗曲線(xiàn)

4、結語(yǔ)

　　設計的蝶閥扭矩試驗裝置已應用在某閥門(mén)廠(chǎng)試驗室中，該試驗裝置不僅可對蝶閥在空載下進(jìn)行扭矩試驗，而且可模擬蝶閥在在試驗壓力下進(jìn)行開(kāi)閥扭矩試驗。所得的數據對蝶閥特別是大口徑蝶閥的結構設計、材料選型以及配套動(dòng)力執行機構的選擇具有重要意義，該試驗裝置和試驗方法也可應用在其他各型閥門(mén)的扭矩試驗，具有很好的通用性和可擴展性。