进排气阀排量测试装置的设计.pdf

46 F LUI D MACHI NERY Vo 1 ． 3 9， No ． 1， 2 01 1 文 章编 号 l O O 50 3 2 9 2 0 1 1 O 10 0 4 60 3 进排气阀排量测试装置的设计 程红晖， 彭林， 王剑， 明友， 黄健 合肥通用机械研究 院， 安徽合肥2 3 0 0 3 1 摘要 介绍了进排气阀排量测试装置的设计特点、 工作原理、 主要设备选型、 测试能力、 计算机数据采集系统。 关键词 进排气阀 ； 排量 ； 试验装置 ； 数据采集 中图分类号 T K 0 3 7 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 1 ． 0 1 ． 0 1 2 De s i g n o f Te s t De v i c e f o r Ai r I n br e a t he r e l e a s e Val v e C HE NG Ho n g h u i ， P E NG L i n， WA NG J i a n，MI NG Yo u， HUAN G J i a 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 f e a t u r e ， wo r k e l e me n t s ， t h e ma i n e q u i p me n t c h o o s e ， t e s t a b i l i t y a n d d a t a c o l l e c t i n g s y s t e m o f t e s t d e v i c e f 0 r a i r i n b r e a t h e r e l e a s e v a l v e g d i s p l a c e me n t we r e i n t r o d u c e d ． Ke y wo r d s a i r i n b r e a t h e r e l e a s e v a l v e ； d i s p l a c e me n t ； t e s t d e v i c e ； d a t a c o l l e c t i n g 1 前 言 进排气阀是一种在管道空管充水时实现快速 排气且在管道 内产生负压 时又能快速进气 的装 置， 它同时具备大 、 小进排气孑 L ， 在工作压力下可 排出管道 中集结的微量空气 j ， 主要用于缓解或 消除长距离输水工程因负压而造成的断流弥合水 锤 J ， 已成为长距离输水工程中重要设备。 排气性能是进排气 阀的最重要指标 ， 排气 阀 的排气性能直接决定了在长距离输水工程 中断流 弥合水锤的破坏程度 ， 排气性能差 ， 不能在短时间 内将输水管道中的空气排 出， 将导致输水管道在 水锤作用下断裂 、 涨裂， 排气性能优 良， 则有效的 缓解和消除水锤破坏， 为输水管道 的长周期运行 提供了有力保障。因此， 进排气阀排量测试装置 是进排气阀生产过程 中不可或缺的关 键装置 ， 完 整的、 符合要求 的进排气阀排量测试装置不仅是 进排气阀生产和质量控制的保证 ， 同时， 也是进排 收稿日期 2 0 1 0 0 92 6 气阀生产能力的重要象征。 2 进排气阀排量测试装置 进排气阀排量 测试装 置的主要 流程 如 图 1 所 示 。 图 】 进排 气阎排量测试装置 系统流程示 意 该套装置主要由动力系统、 稳压装置 、 测试管 路、 计算机数据采集系统、 控制系统组成。动力系 统 压缩机 为试验提供介质循环 ， 满足试验需要 2 0 1 1年第 3 9卷第 1 期 流体机械 4 7 的流量和压力 ； 稳压装置 主要 目的是让试验装置 获得稳定的流场 采用空气储罐 和管道整流器 以 及足够长的直管来保证 ； 测试管路根据进排气 阀 的口径来选择 通常采用 D N 2 0 0管路或者 D N 4 0 0 管路通过变径满足不同口径阀门的试验 ； 计算机 数据采集系统 由流量计、 压力变送器 、 温度变送 器、 信号变送器、 数据采集器 、 计算机 、 数据处理软 件等组成 是用来采集 、 处理、 显示和分析试验过程 中的数据， 并形成最终试验报告； 控制系统 电器控 制柜 是接受操作指令 ， 完成试验过程 J 。 本装置主要用于测量 D N 3 0 0、 P N 1 0以下进排 气阀的排量试验 ， 同时还能够进行进排气 阀的进 气量和空气关闭阀门试验 。 3 设计计算及设备选型 3 ． 1 理论排 量 的计 算H 排量计算可以采用质量守 恒定律法 、 孔板流 量计法， 这里采用理论排量计算法。 西 ，亚 临 界 流 动 下 I O A P M ≤ 临 界 流 动 下 I O A P c M ／ 2 式中P 实际排放压力 ， MP a 绝压 P 背压 ， MP a 这里指大气压0 ． 1 MP a 在排放时进 12 I 状况下 的绝热指数 空 气取 1 ． 4 理论计算排量 ， k g ／ h A 流 道 面积 ， m m P 实 际排放 压力 ， MP a 绝 压 C 绝热指数 k的函数， 空气取 2 ． 7 气体的分子量 ， 空气取 2 9 k g ／ k mo l 卜实际排放温度 ， K， 取 T 2 9 3 ． 1 5 K z 压缩 系数 ， 取 Z1 亚临界流动下的理论排量修正系数 可查 GB ／ T 1 2 2 4 12 0 0 5 3 ． 2排 量 系数 K 的确 定 一 一 ／_ “ 一 一 式中 理论计算排量 ， k g／ h 一 标准规定排量， k g ／ h 标 准规定排量， m ／ h ， 可查 C J ／ T 2 1 7 2 0 05 理论计算排量 ， m ／ h 3 ． 3实 际排 量 根据理论计算的排量、 排量系数 ， 将各个压差 下的进排气阀实际排量推导 出来 ， 根据标准要求 ， 至少 要测 量压 差为 0 ． 1 MP a的排 量 。 3 ． 4设 备选 型 实例 试验装 置要求 测量 D N 5 0 、 D N 8 0 、 D N 1 0 0进 排气 阀在压差为 0 ． 0 5 M P a 、 0 ． 1 0 MP a 、 0 ． 1 5 MP a下 的排气量 。 理论排量 计算结果如表 1 所示 表 1 理论排量 标况下 0 ． 1 M P a ， 2 9 3 ． 1 5 K △P P a m ／ h MP a M P a D N 5 0 D N 8 0 D N l o o 0． O5 0． 1 5 28 05． 92 7 71 83 ．1 72 1 1 2 23． 7 o6 O． 1 0． 2 51 58 ． 5 46 1 3 2 05． 8 78 2 O6 3 4．1 8 4 O．1 5 O． 2 5 8 O6 o． 22 8 2 O6 3 4． 1 8 4 3 22 4 O． 9l 3 根据 3 ． 2计算排量系数 ， 结果如下表 2 所示 表 2 排量 系数 公称通径 m m I 5 0 l 8 O l 1 0 0 排量系数 1 0 ． 3 2 2 『0 ． 3 9 5 1 0 ． 3 4 9 根据理论排量 以及排量系数 ， 计算出实 际排 量 如 下 表 3所 示 换 算 成 工 况 下 P ， 2 9 3 ． 1 5 K 表 3 计算实际排量 工况 下 P d ， 2 9 3 ． 1 5 K △P V m ／ h MP a MP a D N 5 0 D N 8 O D N 1 0 0 0． O 5 0． 1 5 6 02． 3 3 9 1 8 91 ． 5 6 9 261 1． 38 2 0． 1 0． 2 8 30． 5 2 6 2 6 08． 1 61 3 6 o 0． 66 5 0． 1 5 0． 25 1 03 8． 1 5 7 3 2 60． 2 01 45 o o． 831 从表 3可 以看 出 ， 最 小 流 量 和 最 大 流 量 的 比 值约为 1 8 ， 流量计可以选择量程 比为 1 1 0涡街 流量计 7 0 0 0 m ／ h ， 同时根据压力和温度 的变化 范围选择合 适 的压 力变 送 器 2 0 0 k P a精 度 0 ． 5 级 、 温度变送器 一 2 O～ 8 0 ℃精度 0 ． 2级 。 进排气 阀在工厂试验 中的实测排量 3次平 均值 如表 4所示 表 4工厂实测排量 工况 下 P d ， 2 9 3 ． 1 5 K △P P d V U 际 m ／ h MP a M P a D N 5 0 D N 8 0 D N 1 0 o 0． 0 5 0．1 5 72 4 1 92 0 2 6 40 0． 1 0． 2 86 4 2 81 5 3 7 68 0．1 5 O． 2 5 1 07 3 3 46 0 4 5 32 4 8 FLUI D MACHI NERY 比较表 3和表 4 ， 产品的实测排气量和汁算实 际排量值基本吻合， 证明计算和选型是正确的。 4 计算机 数据 采集系统 数据采集是指从传感器和其它待测设备等模 拟和数字被测单元中 自动采集信息 的过程。数据 采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来 实现灵活、 用户 自定义的测量系统 J 。在进排气 阀排量测试装置的计算机数据采集 系统 中， 数据 的处理过程由软件实现 ， 被处理 的数据 压力、 温 度、 流量等 需要准确的传送至计算机。由于数据 采集器采集的必须是 l ～ 5 V电压信号 ， 而流量计 、 压力变送器、 温度变送器输 出的是 4～ 2 0 m A电流 信号 ， 因此在采用信号变送器将电流信号转换 成 电压信号供数据采集器采集 ， 然后通过 R S 2 3 2通 讯接口将数据传输到计算机中进行处理 。进排气 阀排量测试装置的计算机数据采集 系统的设计如 图 2所示 。 图 2 进排气阀排量测试装置计算 机数据 采集系统原理示意 计算 机数 据 采 集 与分 析 软件 是 以 B O R L A N D C B U I L D E R 6企业版作 为基础 开发平 台 ， 并糅 合 Wi n d o w s A P I 以及 A c c e s s 数据库开发而成的3 2 位标 准 Wi n d o w s 软件 。软件 基本 功能 有运 行环 境 设定 试验参数设定、 操作级别设定 、 试验运行 运行数据采集软件 、 打印 打印试验报告 、 测试 结果查询、 仪器仪表系统管理 传感器零点修正 。 试验 参数设定 的界 面里包 含 了 1台被测 阀门 的最终试验报告里需要的所有信息， 包括制造厂 名称、 产品名称 、 阀门型号 、 出厂编号 、 公称通径 、 Vo 1 ． 3 9， No ．1， 2 01 1 公称压力、 测试依据 、 试验类型、 试验 日期等。所 有这些信息 以表格形式汇总在一个操作界面 中， 方便操作人员在试验前一次性输人。 试验运行主界面如图 3所示。主界 面综合 了 图形、 表格和曲线 ， 反映了整个进排气阀排量测试 中所有的试验数据 、 设备状态和被测 阀信息。首 先 ， 在主界面的左上方以流程 图的形式真实的展 现了整个测试装置， 从图中可 以清晰地 了解试验 流程和测试装置 中各个设备的运行情况， 能够直 观的看到流量 、 压力 、 温度的实时变化； 其次 ， 在界 面的左下方以表格的形式显示试验中所采集的各 个实时数据和后 台根据实时数据换算 出来 的压差 和标况下的排量等结论性数据并 自动保存； 最后 ， 在界面的右上方是根据采集 的试验数 据生成 实 时曲线 ， 可以形象 的看到压力波动和流量波动曲 线以及压差流量 曲线 ， 实时曲线将作为试验 报告的一部分被采用 ； 同时 ， 在界面 的右下方 预 留有一个信息输入窗 口。 试验操作 人员可以对整 个试验过程 中发生的状况进行描述 ， 这样的文字 描述在打印试验数据 时候作 为备注框提醒试验 操作 人员 图 3试 验 运行 主界 面 试验报告打印界面中可以自由选择任意时间的 试验报告 ， 查看试验描述， 同时可以预览试验报告。 试验报告的输出界面包含试验 中的所有测试 数据 温度 、 压力、 流量等 以及根据测试数据形成 的曲线。 5 结语 进排气阀排量测试装置是针对进排气阀型式 试验和出厂试验而设计的机械与电子技术相结合 的具有高 自动化程度的装置。 下转第 1 0页 1 0 FL UI D MACHI NERY Vo 1 ． 3 9， No ． 1， 2 01 1 对表 1 、 表 2的原始数据进行处理， 得时间常 数分别为 3 0 ． 1 2 4 s 、 2 9 ． 8 3 4 s ， 由此可得波纹管热动 元件 1热动元件时间常数 T 约为 2 9 ． 9 7 ％。 对表 3 、 表 4的原始数据进行处理 ， 得时间常 数分别为 1 6 ． 5 6 8 s 、 1 5 ． 9 1 8 s ， 由此可得波纹管热动 元件 2的热动元件时间常数 约为 1 6 ． 2 4 3 s 。 表 3 波纹管 2 9 0 ℃ ， 6 0 C 试验次数 Ah 1 ra m △h 2 m m 7 ． S 1 1． 0 21 0． 1 4 0 l 8． 2 0 2 1． 0 20 O．1 2 0 1 6． 3 2 3 1． 0 20 O．1 3 0 1 7． 1 O 4 1． 0 25 O．1 5 0 1 5． 3 6 5 1 ． 0 2 2 O ． 1 2 5 l 5 ． 8 6 表 4 波纹管 2 9 0 ℃， 7 0 ％ 试验次数 △ l m m △ 2 m m r S 1 1 ． 02 5 0． 1 45 1 5． 3 2 2 1 ． O2 0 O． 1 02 1 6． 6 2 3 1． 02 6 0． 1 25 l 6． 8 O 4 1． 0 22 0．1 08 1 5． 65 5 1 ． 0 2 0 0．1 1 5 1 5． 2 0 波纹管热动元件 1的内外面积大于波纹管热 动元件 2的， 相应的内充相变介质体积较多， 实验 测得波纹管热动元件 1的 将近是波纹管热动元 件 2的两倍。可见， 在可能的条件下 ， 减小波纹管 几何尺寸可有效减小滞后时间， 提高动作灵敏度。 5结论 数 与内充介质的热容和体积成正 比， 而与它本 身的表面积及其散热系数成反比。 2 波纹管热动元件在可能的条件下， 减小 其几何尺寸， 可有效减小滞后时间 ， 提高动作灵敏 度 ， 最终提高节能水平。 3 提出了一种中空圆筒形波纹管热动元件 结构 ， 可有效解决波纹管热动元件动作滞后 的问 题 ， 增加传热 面积， 提高波纹管热 动元件 的灵敏 度 ， 减小时间常数， 从而提高波纹管蒸汽疏水阀的 性能 ， 为开发节能高效波纹管疏水阀提供参考。 参考文献 [ 1 ] J o e C a r l o n e ．A s t u d y o f s t e a m t r a p t e c b n o l o g l e s[ J ] ． V a l v e M a g a z i n e ， 2 0 0 4 ， 1 6 1 2 8 - 3 4 ． [ 2 ] 张家荣， 吴树成． 凝结水回收及疏水阀[ M] ． 北京 中 国建筑工业出版社 ， 1 9 8 9 2 9 1 3 0 7 ． [ 3 ] 蒋兴可． 蒸汽疏水阀[ M] ． 北京 纺织工业出版社， 1 98 6 1 2 4 1 3 4． [ 4 ] C h i e n S B， C h e n L T ． T w o p h a s e c o e x i s t e n c e a n a l y s i s o f t h e b e l l o w s c o n t r o l me c h a n i s m f o r a J - T e r y o c o o l e r [ J ] ．C r y o g e n i c s ， 1 9 9 9， 3 9 4 3 5 9 - 3 6 5 ． [ 5 ] 张洪济． 热传导[ M] ． 北京 高等教育出版社， 1 9 9 2 1 8 6 1 8 9． [ 6 ] 游伯坤， 阚家矩， 江兆章． 温度测量与仪表一 热电偶和 热电阻[ M ] ． 北京 科学技术文献出版社， 1 9 9 0 1 9 8 2 o o． [ 7 ] K l a u s K a a e A n d e r s e n ， H e n r i k Ma d s e n ， O l e K n o p ，e t a 1 ．Mo d e l l i n g o f a Th e r mo s t a t i c Va l v e wi t h Hy s t e r e s i s E f f e c t s[ J ] ． A p p l i e d T h e rmal E n g ， 2 0 0 2 ， 1 7 2 1 4 - 2 1 6 ． 作者简介 李树勋 1 9 7 3 ， 男 ， 副教授 ， 硕士生导师 ， 主要从事 1 通过对波纹管热动元件滞后性模型的建 自 力式 控制类阀门 及其配套技术， 通讯地址 7 3 0 0 5 0甘肃兰州市 立与分析 ， 结果表明压波纹管热动元件的时间常 兰工坪 路2 8 7 号兰 州理工大 学特殊阀门与 密封技 术研究所。 上接第 4 8页 该装置利用测量技术、 数据采集技术 、 计算机 编程技术， 硬件和软件相结合， 缩短 了排量的测试 的试验周期， 提高了工作效率， 解决 了人工采集数 据带来的测量误差问题， 节省了人力物力 ， 已在相 关进排气阀制造厂使用并得到好评。 参考文献 [ 1 ] C J ／ T 2 1 7 - 2 0 0 5 ． 给水管道复合式高速进排气阀[ S ] [ 2 ] 樊建军．复合式排气阀用于长距离输水系统水锤 防护[ J ] ． 广州大学学报， 2 0 1 0 ， 1 5 7 -6 1 ． [ 3 ] 王剑 ． 阀门流量流阻测试 装置 [ J ] ． 阀门 ， 2 0 0 8 ， 2 2 3- 2 4． [ 4 ] G B ／ T 1 2 2 4 1 - 2 0 0 5 ． 安全阀 一般要求[ s ] ． [ 5 ] 黄健． 阀门流 量流 阻测试 装 置数据 监控 系统 研制 [ J ] ． 流体机械， 2 0 1 0 ， 3 8 7 2 7 3 1 ． 作者简 介 程红晖 1 9 8 1 一 ， 男 ， 工程师 ， 主要从事 阀门技术研 究及阀门试验装置开发设计工作 ， 通讯地址 2 3 0 0 3 1安徽合肥市 长江西路 8 8 8号合肥通用机械研究院。