專利名稱：基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測試系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著低溫技術(shù)的發(fā)展，低溫流體得到了越來越廣泛的應(yīng)用，例如液氮被廣泛地用于工業(yè)生產(chǎn)、科研領(lǐng)域乃至民用，液氫和液氧作為火箭推進劑在國防領(lǐng)域表現(xiàn)出顯著優(yōu)點。此外，近年來隨著能源消耗量的急劇上升，包括中國在內(nèi)的許多國家已經(jīng)或者正考慮大量采用天然氣作為主要能源之一，為了提高天然氣的長距離運輸效率，需要對其進行液化后運輸?shù)绞褂玫?。在使用低溫液體的各個環(huán)節(jié)中，低溫閥門是不可或缺的部件之一。然而，由于該類閥門工作在低溫溫區(qū)，相比于常規(guī)閥門，在包括材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制造以及產(chǎn)品檢驗等環(huán)節(jié)都具有特殊的要求。
在低溫閥門的產(chǎn)品檢驗過程中，在滿足常溫下針對一般閥門的各種測試要求的前提下，還需要進行低溫條件下的試驗工作。低溫試驗工作的核心任務(wù)是測試閥門在低溫條件下的氣密性和可操作性，其中氣密性一般指的是在閥座密封處的泄漏率，而可操作性則要求閥門在低溫試驗過程中能夠正常地進行開閉動作。試驗過程需要實施的主要步驟包括溫度的監(jiān)測(目的在于保證閥門在規(guī)定的低溫條件下進行試驗工作)、壓力的測量、泄漏率的測量(或觀察)、液位的監(jiān)測與控制、供氣供液的配置與調(diào)節(jié)等。操作過程中需要進行監(jiān)測的參數(shù)比較多，而且許多操作環(huán)節(jié)的進行次序還取決于相關(guān)參數(shù)值的變化。在以往的低溫閥門試驗規(guī)范或者標(biāo)準(zhǔn)中，主要以分散式數(shù)據(jù)顯示和手工操作的方式進行，這不便于實現(xiàn)試驗過程的監(jiān)控，影響試驗效率和操作安全性。此外，由于需要對閥門進行開閉操作，合適的固定方式也很重要。以往把閥門直接固定在低溫試驗槽底板上的方式，存在試驗過程不連續(xù)、測試工作效率低、液氮消耗量大等缺點。為解決這些問題，本發(fā)明提出采用集中式基于計算機數(shù)據(jù)采集、利用電磁鐵吸力固定方式的低溫閥門試驗方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測試系統(tǒng)。
它具有低溫試驗槽，低溫試驗槽內(nèi)固定有安裝底座、電磁體，低溫試驗槽內(nèi)還設(shè)有與待測低溫閥門相接的上游法蘭端蓋和與待測低溫閥門相接的下游法蘭端蓋，上游法蘭端蓋依次連接有輸氣盤管、安全閥、上游壓力傳感器、上游管道截止閥、上游快速接頭、排空閥、減壓閥、氦氣瓶截止閥、氦氣瓶；下游法蘭端蓋依次連接有下游壓力傳感器、下游管道截止閥、下游快速接頭、截止閥、截止閥、軟管、水槽、量筒，截止閥另一端與流量計相接，下游法蘭端蓋依次與機械泵截止閥、機械泵相接，液氮儲罐的輸出管與低溫試驗槽相接，液氮儲罐設(shè)有自增壓回路、控制閥和液氮儲罐排空閥；計算機分別與流量計、壓力信號處理器、溫度信號處理器、控制閥、下限液位傳感器、上限液位傳感器相接，壓力信號處理器分別與下游壓力傳感器、上游壓力傳感器相接，溫度信號處理器分別與待測低溫閥門上的第一熱電偶、第二熱電偶、第三熱電偶、第四熱電偶和第五熱電偶相接。
本發(fā)明把熱電偶、壓力傳感器、液位傳感器、流量計的各路信號，經(jīng)前置處理后輸入到計算機中，通過數(shù)據(jù)采集軟件進行數(shù)據(jù)顯示、存儲和打印等。還可根據(jù)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置來控制液氮儲罐的自增壓系統(tǒng)對低溫試驗槽進行加注液氮。本發(fā)明采用集中式的數(shù)據(jù)監(jiān)控，既實現(xiàn)了通過計算機發(fā)出指令進行自動操作，提高工作效率、操作的及時性和準(zhǔn)確度，又便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一保存和管理。此外，還使操作平臺遠離低溫試驗槽，保證試驗過程中的人員安全。
本發(fā)明中利用電磁吸力來對閥門進行固定，也即通過安裝在低溫試驗槽內(nèi)層底板下面絕熱層內(nèi)的電磁體與放置在內(nèi)層底板上的鐵磁性安裝底座之間的引力，提供開閉閥門時的反向平衡力矩，以保證閥門開閉操作的正常進行。該方案便于把不同結(jié)構(gòu)的低溫閥門事先在低溫試驗槽外與安裝底座固定好以后，利用起吊裝置整體放到測試槽中，然后給電磁體通電，實現(xiàn)閥門的固定。在試驗完成以后，只需切斷電磁體的電源，便可利用起吊裝置把閥門和底座一起移出低溫測試槽。隨后，已經(jīng)與安裝底座固定的下一待測閥門又可放入低溫試驗槽中，補足液氮后便可進行試驗工作。這一系統(tǒng)免除了在試驗前進行待測閥門和測試槽的機械聯(lián)合固定以及等到測試槽中的液氮蒸發(fā)完畢再進行拆卸的麻煩，可節(jié)省時間和人力，具有經(jīng)濟性和便利性。


圖1是基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2本發(fā)明的計算機測試及控制流程圖。
具體實施例方式
基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測試系統(tǒng)具有低溫試驗槽1，低溫試驗槽1內(nèi)固定有安裝底座4、電磁體5，低溫試驗槽1內(nèi)還設(shè)有與待測低溫閥門2相接的上游法蘭端蓋3和與待測低溫閥門2相接的下游法蘭端蓋6，上游法蘭端蓋3依次連接有輸氣盤管35、安全閥27、上游壓力傳感器28、上游管道截止閥29、上游快速接頭30、排空閥31、減壓閥32、氦氣瓶截止閥33、氦氣瓶34；下游法蘭端蓋6依次連接有下游壓力傳感器23、下游管道截止閥22、下游快速接頭21、截止閥19、截止閥15、軟管18、水槽16、量筒17，截止閥19另一端與流量計20相接，下游法蘭端蓋6依次與機械泵截止閥14、機械泵13相接，液氮儲罐9的輸出管與低溫試驗槽1相接，液氮儲罐9設(shè)有自增壓回路10、控制閥11和液氮儲罐排空閥12；計算機25分別與流量計20、壓力信號處理器24、溫度信號處理器26、控制閥11、下限液位傳感器7、上限液位傳感器8相接，壓力信號處理器24分別與下游壓力傳感器23、上游壓力傳感器28相接，溫度信號處理器26分別與待測低溫閥門2上的第一熱電偶36、第二熱電偶37、第三熱電偶38、第四熱電偶39和第五熱電偶40相接。
把來自熱電偶第一熱電偶36、第二熱電偶37、第三熱電偶38、第四熱電偶39和第五熱電偶40的信號經(jīng)溫度信號處理器26處理、來自上下游壓力傳感器23和28的信號經(jīng)壓力信號處理器24處理、來自上下限液位傳感器8和7以及來自流量計20的各路信號，集中輸入到計算機25中，通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件進行數(shù)據(jù)顯示、存儲和打印。還可以根據(jù)試驗需要和相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，通過調(diào)節(jié)自增壓液氮儲罐9上的控制閥11的開度，來控制低溫試驗槽1的液氮加注量。
基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測試系統(tǒng)的實施步驟主要包括試驗前準(zhǔn)備、常溫下的試驗、液氮灌注與溫度平衡、閥門操作試驗、閥門泄漏測試過程和試驗完畢后續(xù)處理。
在試驗前準(zhǔn)備階段，首先把待測低溫閥門2在低溫試驗槽1外安裝好第一熱電偶36、第二熱電偶37、第三熱電偶38、第四熱電偶39和第五熱電偶40，其中第一熱電偶36用于測量閥體內(nèi)部和氣體的溫度，第二熱電偶37用于測量閥瓣的溫度，第三熱電偶38用于測量閥體外部和液氮的溫度，第四熱電偶39用于測量閥帽(填料函、填充面)處的溫度，第五熱電偶40則用于測量室溫。接著，把上游法蘭端蓋3和下游法蘭端蓋6安裝到閥門上，上游法蘭通過帶有輸氣盤管35的管道系統(tǒng)與氦氣瓶34相連，其中輸氣盤管35至少有1米的有效長度浸沒在液氮中，保證氦氣在達到被測低溫閥門2之前得到了充分的冷卻，下游法蘭則通向下游的流量測量裝置，即流量計20或者量筒17，其中流量計20用于閥門泄漏率較大的情況，而量筒則用于因閥門泄漏率很小的情況，此時通過量筒17的讀數(shù)或者單位時間內(nèi)的氣泡數(shù)的方法計量流量值。接著，把低溫閥門2固定到一個平底的安裝底座4上，進而利用起吊裝置把低溫閥門和安裝底座整體放置到試驗槽1中。當(dāng)電磁體5通電后，就能利用電磁體5與安裝底座4之間的引力進行固定。在低溫試驗槽1中還安裝有上下限液位傳感器8和7，分別控制低溫試驗槽1中的最高和最低液位。然后，把外圍的輸氣和輸液管道、機械泵13、壓力傳感器23和28、計算機25以及相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸線連接好，并把各個閥門調(diào)節(jié)到各自規(guī)定位置。準(zhǔn)備階段的最后一項工作是對閥門和管道系統(tǒng)內(nèi)進行氣體置換，本發(fā)明所提方案是利用氦氣沖洗和機械泵13抽空相結(jié)合，重復(fù)幾次沖洗和抽空過程就能使系統(tǒng)達到清潔度要求。置換完畢后，關(guān)閉機械泵截止閥14，使機械泵13與管道系統(tǒng)隔離。
在進行液氮灌注之前，需要先測試在環(huán)境溫度下的泄漏率情況。關(guān)閉待測低溫閥門2和排空閥31，打開氦氣瓶截止閥33、減壓閥32和上游管道截止閥29，使加壓氣體壓力升至試驗壓力，打開下游管道截止閥22，待壓力穩(wěn)定后，根據(jù)流量的大小選擇合適的方法(流量計或量筒法)測量泄漏率，并記錄。然后關(guān)閉減壓閥32和氦氣瓶截止閥33，打開排空閥31，放掉管路及閥腔內(nèi)的氣體。
液氮灌注階段，首先關(guān)閉液氮儲罐排空閥12，打開控制閥11，使一部分液氮進入自增壓回路10，吸收周圍環(huán)境的熱量而汽化成氣氮，返回液氮儲罐9的氣體空間，把液氮壓入低溫試驗槽1。通過調(diào)節(jié)控制閥11可以控制進入低溫試驗槽1的液氮流率。液氮的灌注量通過安裝在測試槽內(nèi)壁上的上下限液位傳感器8和7進行控制，初始灌注過程中主要由上限液位傳感器8控制，以便在低溫試驗槽1內(nèi)的液面達到上限液位時終止液氮灌注，因為測試過程中液氮對低溫閥門2的淹沒不能過高，否則會因使填料函處的溫度過低而無法進行正常的開閉操作。終止液氮灌注的操作為關(guān)閉控制閥11，并打開液氮儲罐9的排空閥12。為了防止在灌注初始階段因液氮的大量蒸發(fā)產(chǎn)生外沖力，測試槽的蓋子不能大面積合上。
在完成液氮的灌注后，系統(tǒng)進入溫度平衡期。該階段第一熱電偶36、第二熱電偶37、第三熱電偶38和第四熱電偶39將采集到的各測點的溫度信號輸入到計算機25中，進行集中監(jiān)控和記錄，直至系統(tǒng)內(nèi)各點的溫度達到穩(wěn)定。在溫度平衡過程中，由于閥體的熱容量和外界的漏熱，低溫試驗槽中液氮液位也隨之下降，若液位降到下限液位傳感器7以下時，計算機將根據(jù)下限傳感器的信號，發(fā)出指令到自增壓回路10的控制閥11，使液氮儲槽9重新啟動液氮的輸出，補充到低溫試驗槽，直至液位達到上限液位。
在被測低溫閥門2上各點溫度達到穩(wěn)定狀態(tài)后，將對被測低溫閥門2進行開閉操作試驗。為了克服因被測低溫閥門2開閉動作而產(chǎn)生的扭矩，低溫測試槽1底板下的電磁體5與安裝底座4間的電磁引力將發(fā)揮作用，平底的安裝底座4與低溫測試槽1底板之間由于存在電磁引力而產(chǎn)生一個摩擦力，該摩擦力提供平衡閥門開閉扭矩的反向力矩，從而保證被測低溫閥門2正常的開閉操作。
此后，對系統(tǒng)進行泄漏率的測試工作。在此過程中，將根據(jù)被測低溫閥門2的額定工作壓力，分若干次進行漸近增壓，分別測量各個壓力下閥門在流向上的泄漏率。在該階段中，需要利用壓力傳感器23和28對低溫閥門上下游的壓力進行采集，繼而通過壓力信號處理器24進入到計算機25進行顯示，調(diào)節(jié)減壓閥32，直至系統(tǒng)內(nèi)達到規(guī)定的壓力值。泄漏率的測試則需要根據(jù)流量的大小決定采用流量計20或是采用量筒17。當(dāng)泄漏率較大時，采用流量計20，并且相關(guān)信號輸入到計算機25進行顯示和存儲；在泄漏率很小的情況，流量計20已經(jīng)無法得到有效的讀數(shù)，需要借助于量筒的方法進行觀察，通過量筒17的刻度或者肉眼觀察單位時間內(nèi)氣泡數(shù)的方法計量流量值。
在完成上述測試后，斷開電磁體5的電源，就可利用起吊裝置直接把被測低溫閥門2連同安裝底座4與低溫試驗槽1中分離后取出，讓它自然恢復(fù)到環(huán)境溫度。不能通過強制手段(如對其加熱或者用電吹風(fēng))使之復(fù)溫。不過允許通過加大閥門附近的空氣對流速度而加快復(fù)溫過程。隨后，又可把已經(jīng)與安裝底座固定好的下一待測閥門放入低溫試驗槽中，補足液氮后進行新的試驗工作，無須等到測試槽中的液氮蒸發(fā)完畢再放入待測閥門，因而測試過程可連續(xù)地進行，上一試驗完成后低溫試驗槽中殘余的液氮可被重復(fù)利用，具有經(jīng)濟性和便利性。
權(quán)利要求
1.基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測試系統(tǒng)，其特征在于它具有低溫試驗槽(1)，低溫試驗槽(1)內(nèi)固定有安裝底座(4)、電磁體(5)，低溫試驗槽(1)內(nèi)還設(shè)有與待測低溫閥門(2)相接的上游法蘭端蓋(3)和與待測低溫閥門(2)相接的下游法蘭端蓋(6)，上游法蘭端蓋(3)依次連接有輸氣盤管(35)、安全閥(27)、上游壓力傳感器(28)、上游管道截止閥(29)、上游快速接頭(30)、排空閥(31)、減壓閥(32)、氦氣瓶截止閥(33)、氦氣瓶(34)；下游法蘭端蓋(6)依次連接有下游壓力傳感器(23)、下游管道截止閥(22)、下游快速接頭(21)、截止閥(19)、截止閥(15)、軟管(18)、水槽(16)、量筒(17)，截止閥(19)另一端與流量計(20)相接，下游法蘭端蓋(6)依次與機械泵截止閥(14)、機械泵(13)相接，液氮儲罐(9)的輸出管與低溫試驗槽(1)相接，液氮儲罐(9)設(shè)有自增壓回路(10)、控制閥(11)和液氮儲罐排空閥(12)；計算機(25)分別與流量計(20)、壓力信號處理器(24)、溫度信號處理器(26)、控制閥(11)、下限液位傳感器(7)、上限液位傳感器(8)相接，壓力信號處理器(24)分別與下游壓力傳感器(23)、上游壓力傳感器(28)相接，溫度信號處理器(26)分別與待測低溫閥門(2)上的第一熱電偶(36)、第二熱電偶(37)、第三熱電偶(38)、第四熱電偶(39)和第五熱電偶(40)相接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于計算機數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測試系統(tǒng)。它包括低溫試驗槽、待測低溫閥門、法蘭端蓋、安裝底座、電磁體、液位傳感器、自增壓液氮儲罐、機械泵、量筒法流量測試系統(tǒng)、流量計、壓力傳感器、壓力信號處理器、熱電偶、溫度信號處理器、計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、安全閥、排空閥、減壓閥、氦氣瓶、輸氣盤管等。本發(fā)明實現(xiàn)集中存儲、顯示和打印等，還可實現(xiàn)對液氮儲罐自增壓系統(tǒng)的自動控制，改善了試驗的工作效率、操作的及時性、準(zhǔn)確度和安全性。采用電磁體通電便能固定，提高了整個操作過程的靈活性和經(jīng)濟性。
文檔編號G01M99/00GK1825081SQ20061005005
公開日2006年8月30日 申請日期2006年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者金滔, 陳佑軍, 陳國邦, 張曉忠, 湯珂 申請人:保一集團有限公司