空气阀门流阻和流量系数测试系统的研制.pdf

文章编号 100225855 2007 0120014203 作者简介张逸芳1963 - ,女,高级工程师,从事阀门设计与检验工作。 空气阀门流阻和流量系数测试系统的研制 张逸芳,王建新,陈巍巍 江苏神通阀门有限公司,江苏 启东226232 摘要 介绍了一种大型空气阀门流阻和流量系数的测试系统,该系统采用变频器调节工况, 计算机采集试验参数,系统测量精度高,操作简便。 关键词 阀门;流阻;流量系数;测试系统 中图分类号 TB937 文献标识码 A Study on measurement system of resistance coefficient and flux characteristics of valve used in air distribution systems. ZHANG Yi2fang , WANGJian2xin , CHEN Wei2wei JiangSu ShenTong Valve Co. , L TD , Qidong 226232 , China Abstract The automatic measurement system is designed for testing resistance coefficient and flux characteristics.The system can test resistance coefficient and flux characteristics of valve used in air distribution systems. With new s for frequency control resistance coefficient ; flux characteristics; measurement system 1 概述 空气阀门流阻系数和流量系数的测试是阀门设 计、生产和检验过程中必不可少的项目,可为大型 工艺系统设计时选用风机和泵的额定输出压力及流 量提供科学的依据,对节能降耗有很重要的现实意 义。 2 系统结构 空气阀门流阻和流量系数测试系统是一套计算 机自动测试系统图1 ,该系统由测试装置本体、 控制台、变频器、试验阀门、各类传感器及相应显 示仪表包括大气温度、大气湿度、大气压力、流 量压差、阻力压差、变频器频率、阀门开度及电源 电压和计算机包括采集板卡和打印机等组成。 3 装置设计 系统中测试装置本体图 2 主要依据文献 [1]进行设计,并参考文献[2]的相关内容。 311 结构 测试装置根据文献[1 ]采用吸式风管结构, 并采用变频器调速的方式来改变测试系统的流量大 小,使结构更为简单紧凑,调节更加准确方便,使 用更加节省能量。 312 通风机 通风机是整个测试系统的动力源,其选用合理 与否,将直接影响着测试系统的性能。根据文献 [1]的规定,空气阀门流量系数测试时,以被测阀 门全开且流速为20 m/ s时两侧的静压差作为测试 过 程 中 的 静 压 差 值,风 量 要 满 足 最 大 风 阀 DN1 000 mm ,全开且流速达到20 m/ s的流量, 因此最大流量Qπ / 4 12203 600 56 520 m3/ h。根据经验,为确保装置的管道流速 达到20 m/ s ,则阻力损失需达到1 000 Pa。通常为 确保风机噪声较低,一般选转速应 ≤1 450 r/ min , 根据比转速计算,n 1 45056 520/ 3 600 015/1 000/ 91 8 0175 179 工程制 , 通常当比 转速ns≤80 ,一般选择离心通风机,当ns≥90 时,选择轴流或混流通风机。由于轴流通风机静压 41 阀 门 2007年第1期 较低,且在小流量时性能曲线有驼峰,使系统在小 流量工作区不稳定,因此,选用混流通风机更适合 本测试装置。由于本测试装置使用的是吸式风管的 形式,只有通风机的静压起作用,为减小通风机动 压的损失,在通风机出口处加设了扩散管,有效地 把一部分出口动压转化为静压。 图1 测试系统原理 图2 测试装置本体图 313 流量计 流量计的合理选用与正确安装,对保证测量准 确度和延长仪表的使用寿命都是很重要的。根据文 献[3] ,选用了90 圆弧进口喷嘴式流量计,在流 量计的喉部设置有压力测孔的管状环,安装在吸入 风管的进口端,流量计进口上游的无障碍空间必须 ≥115 DN。进口喷嘴式流量计与管道装置整体皆 为圆管,为扩大装置的使用范围,本装置也可以通 过方接圆过渡接管连接面积相近的非圆阀门。为了 避免环境变化对气流产生的影响,本装置在进口流 量计的尾部设置了一个符合文献[3]规定的标准 化流动整流栅,使测试过程更稳定、更精确。 根据文献[1] ,被测试阀门连接上游段与下游 段管道长度均为10 DN。为减少通风机进口旋流对 压力测孔的影响,下游段压力测孔与风机入口段间 距应不小于1倍的管道直径即 ≥110 DN。 4 计算机数据采集系统 411 测量仪表及接口 测量仪表主要包括流量压差传感变送器、阻力 压差传感变送器、大气温度传感变送器、湿度传感 512007年第1期 阀 门 变送器和大气压力传感变送器等表 1 。数据采 集系统由计算机、打印机、数据采集板卡、端子板 和数据线等组成,计算机采用工业控制机。通过显 示仪表在控制台上显示各测量参数,并通过A/ D 采集板卡由计算机实现数据采集。 表1 系统用测量仪表 序号名称符号规格及型号输出信号量程范围精度 1流量差压传感变送器 Δp1 1151011级4～20mA0～1 000Pa011 2阻力差压传感变送器 Δp2 1151011级4～20mA0～1 000Pa011 3大气压力传感变送器Pa1151011级4～20mA90～110kPa011 4大气温度传感变送器taHMW60Y4～20mA- 5～55℃012℃ 5大气湿度传感变送器huHMW60Y4～20mA0～100 2 412 测试系统采集程序 测试系统是在工况稳定后,对测试数据进行采 集,剔除,处理并输出试验报告图 3 。测试系 统主要对被测空气阀门基本参数进行输入和存储, 各种空管道阻力系数的公式拟合与保存,试验过程 参数实时处理与显示及计算结果打印输出等。 用户进入数据采集程序后,可打开已经保存的 原有数据查询,也可输入新的被测空气阀门基本参 数,输入完毕进入测试界面,可根据不同要求选择 阀门流阻系数测试或者流量系数测试,测试过程中 可随时对不稳定工况点的数据重新测试修改,重新 保存试验参数。 测试过程中各种被测参数的物理信号经A/ D 采集板卡采样后进入计算机,经过计算机的计算处 理,输出相应试验结果和空气阀门流阻系数或者流 量系数曲线图,并可保存测试结果。 图3 测试系统的程序框图 5 工况控制 测试过程中采用变频器对通风机进行调速从而 实现不同的流量。由于异步电动机的同步转速与电 源的频率成正比,从而可稳定平滑的调节电机的转 速,由电动机带动通风机改变风量。操作时,可在 控制台上调节变频器调节旋钮,改变电机频率,控 制台显示变频器的频率反馈参数,可实现系统的计 算机自动控制功能。 采用变频调节的主要优点是操作方便,易控 制,精度高,与采用一般调节阀相比,节能显著。 6 测试精度 611 条件 根据空气阀门的功能及相关的性能参数并参考 文献[2] ,规定了测试系统使用测量仪表的精度要 求表 2 。 表2 系统用测量仪表精度 名称应用条件精度 最大刻 度间隔 流量测量 0107～7 m3/ s215 01007～0107 m3/ s5 1125～25 Pa0125 Pa1125Pa 25～250 Pa215 Pa215 Pa 250～500 Pa215 Pa510 Pa 大于500 Pa25 Pa25 Pa 温度测量0125℃015℃ 612 误差分析 由于受仪表精度、测量环境、数据读取及计算 方法等近似值或误差的影响,测量数据会存在误差 表 3 。 表3 测量误差分析 名称相对误差e说明 环境密度ρ 014 e2 P a e 2 t a e 2 h u 流量Q210 见G B/ T 1236- 2000用ISO文丘里喷管测定流量 [3] 压力 △P2114 压力大于100 Pa组合1 测压误差及1 数据波动 下转第20页 61 阀 门 2007年第1期 淬火硬度 ≥55HRC。 在设计钻模夹具过程中加工孔的尺寸精度和相 互位置精度是靠钻套的精度保证的。另外钻套引导 孔与刀具之间应保证一定的配合间隙,防止两者在 钻削加工过程中发生干涉。根据一般钻削加工情 况,钻套引导孔直径尺寸的上、下偏差等于公差带 G7的上、下偏差分别加上钻头直径尺寸的上偏差 值,钻套的不同轴度一般不超过0105mm ,故钻头 选取图纸名义尺寸为Φ22mm ,钻套规格选取为 Φ22 01050mm。在机加工过程中,为防止工件受 切削热和夹紧力等因素影响引起变形,钻、扩和铰 孔等工序应分步操作。钻、扩孔时提高钻、扩加工 孔的质量,尽可能使各孔的余量均匀,切削用量一 致。精铰加工时,可适当降低切削用量,使切削力 和切削热都变小,可以避免产生积屑瘤,提高铰孔 质量。此外,钻套下端面与副阀体法兰加工表面之 间的间隙非常小,从良好引导钻头钻孔来看,希望 间隙带设计得要小。按几何关系分析,当钻头切削 刃刚出钻套,刀尖正好碰上工件表面,则起钻时的 引导情况是最好的。所以在结构上钻套下端面尽可 能接近副阀体法兰加工表面,即间隙带取零,使切 屑由引导孔排出。故钻模装配图上明确注明钻模板 装配后钻套下端与钻模板下端面平齐。 另外,在钻模板上增设2个工艺螺纹孔,工艺 螺纹孔的位置选在钻模板的对称轴线方向上,其尺 寸选取为2 - M12 - 6H ,以便于装夹和调整,保证 钻模夹具的装配、校正要求。钻模加工有4个工 序。工序1是借助钻模夹具采用标准刀具钻 Φ20mm孔。工序2是扩Φ2117mm孔。工序3是 铰Φ 22mm孔。保证工件尺寸和位置精度与表面粗 糙度达到图纸要求。工序4是采用标准量具测量加 工件尺寸。 4 钻模制造 钻模夹具制造时,必须保证钻模板上Φ29815 0105mm中心孔相邻两轴线之间的直线距离偏差 不超过 0125mm ,任意两孔轴线之间的直线距离 偏差不超过 015mm ,以提高副阀体法兰钻孔尺 寸和各孔之间相互位置精度。必须保证钻模板的凹 止口Φ245 0171 0165 mm表面粗糙度达到Ra613 μm ,比工件定位基准表面的光洁度提高1级,这 样可减小夹具装夹时各结合面不必要的间隙,提高 钻模夹具系统刚性。钻模板上、下两刻度线中心的 连线通过钻模板中心,从而可充分保证钻模夹具的 加工精度要求和钻孔的位置度要求。钻模板零件表 面应做发黑及防锈处理,提高夹具的抗大气腐蚀能 力,延长夹具的使用寿命。 5 结语 经使用,该钻模夹具大批量加工球阀副阀体法 兰孔,性能良好,结构简单,装卸维修方便,完全 可以满足产品使用的规定和要求,能最大限度地发 挥钻削加工的质量和效率。经现场加工实测,钻模 装夹时间约为20 s/件,钻床切削加工时间约为 900 s/件,整个钻削加工过程耗时920 s/件,具有 较高的加工精度和生产效率。 参考文献 〔1〕 杨源泉.阀门设计手册 〔M〕.北京机械工业出版社, 1992. 〔2〕 美 J. L.莱昂斯.阀门技术手册 〔M〕.北京机械工 业出版社, 1991. 〔3〕 哈尔滨工业大学、上海工业大学主编.机床夹具设计 〔M〕. 上海上海科学技术出版社, 1980. 〔4〕 东北重型机械学院等主编.机床夹具设计手册 〔M〕.上海 上海科学技术出版社, 1985. 〔5〕 机械设计师手册编写组.机械设计师手册 〔M〕.北京机 械工业出版社, 1989. 〔6〕 何奖爱.材料磨损与耐磨材料 〔M〕.沈阳东北大学出版 社, 2001.收稿日期 20061091 19 上接第16页 7 结语 空气阀门流阻和流量系数测试系统的测试数据 由计算机通过传感器实时监控、处理和显示,数据 自动采集,提高了测试精度和自动化程度,缩短了 测试时间。系统采用变频器代替普通调节阀,节 能,降噪,调节简便稳定,便于实现计算机自动控 制,并缩短了试验装置的长度。由于采用混流风机 代替常规离心风机,使测试工况点处于高效稳定 区,降低了测试装置的配用功率。而采用计算机对 空管道包括接头的阻力损失进行公式拟合处 理、换算、存储、调用,减少了阀门测试时间与安 装次数,提高了工作效率。 参考文献 〔1〕 JB/ T 7228 - 94 ,风量调节阀 〔S〕. 〔2〕 ISO 7244 , Air distribution and airdiffusion - Aerodynamics testing of dampers and vavles〔S〕. 〔3〕 GB/ T 1236 - 2000 ,工业通风机用标准化风道进行性能试验 〔S〕.收稿日期 20061081 30 02 阀 门 2007年第1期