用于阀门热态和冷态可靠性试验的试验装置及试验系统

技术领域

本实用新型属于阀门可靠性试验技术领域，具体涉及一种用于阀门热态和冷态可靠性试验的试验装置及试验系统。

背景技术

阀门可靠性试验用于考核阀门的整体性能；通过试验可获得阀门的可靠性次数、测量阀门启闭扭矩及启闭过程中的动态扭矩，可检查各密封部件、阀杆和阀杆螺母的损坏情况。现有阀门可靠性试验装置是在阀门壳体强度试验机的原型基础上改进而来，分为液压顶压式和液压抱压式两种类型，以便分别针对不同种类和不同连接形式的阀门。上述传统的阀门可靠性试验装置所适用的阀门结构种类单一、阀门尺寸规格范围较窄，受限于液压安装方式无法进行热态工况下的阀门可靠性测试。此外，由于传统单量程扭矩传感器在进行小扭矩测试时，测试误差远大于仪表标定误差，导致测试结果没有参考价值；而双量程扭矩传感器虽然电机测试系统进行小扭矩测试时，可将测试量程切换到小量程档，保证测量精度准，但现有国产双量程扭矩传感器技术成熟度不高且造价高昂。因此，亟待解决。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种用于阀门热态和冷态可靠性试验的试验装置，其可一机多用的实现多规格尺寸阀门的固定和测试需求，从而能有效拓展单台阀门可靠性试验装置的使用广度。

为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种用于阀门热态和冷态可靠性试验的试验装置，其特征在于：包括两组法兰座，两组法兰座的法兰面彼此平行，且两法兰面均构成用于装配阀门相应法兰端的装配面，以使得两法兰面之间形成用于放置及固定阀门的安装区域；所述法兰面上同轴的布置有两圈以上的孔组，且每圈孔组均包括环绕法兰面轴线均布的四组以上装配孔；该试验装置还包括位于两组法兰座的正上方的用于对两组法兰座之间的阀门手柄进行扭动操作的驱动头；驱动头通过动力组件驱动从而产生相应动作，并依靠角度传感器及扭矩传感器获得角度参数及扭矩参数。

优选的，所述驱动头的底端凹设有用于卡入阀门手柄处的卡槽；该试验装置还包括伺服电机，伺服电机的输出端通过电磁联轴器择一的连接第一减速机和第二减速机，第二减速机为双速减速机，且第一减速机和第二减速机的减速比存有差异；驱动头顶端择一连接在其中一个减速机的输出端处，从而依靠伺服电机实现转动动作；所述驱动头、伺服电机及各减速器共同构成工作端，该工作端通过铅垂轨道模组滑轨配合在铅垂架上。

优选的，所述法兰座包括底座以及铅垂布置在底座上的铅垂板，铅垂板上布置所述法兰面；所述铅垂板通过铰接角度可调的水平铰接座铰接在底座顶面处，且水平铰接座轴线平行法兰面轴线。

优选的，所述铅垂板内侧板面贴合状的安装有托板，托板顶面构成用于由下而上的托撑阀门的法兰外缘的托撑面。

优选的，所述孔组为三圈，且三圈孔组由内而外分别包括四个、八个和十六个腰形孔状的装配孔。

优选的，两组法兰座均可拆装的固定在工作平台上；工作平台上还设置水平滑槽，法兰座底面铅垂向下的延伸有导向块，该导向块嵌入水平滑槽内并构成滑轨导向配合关系。

优选的，所述工作平台为T型槽工作台，工作平台的倒T槽内布置螺栓，该螺栓由下而上的穿入法兰座处预设的配合孔内并通过螺母紧固；水平滑槽的横截面为倒T型，导向块的底端同轴的回转配合有滚轮，以使得导向块与水平滑槽间形成滚动配合。

优选的，工作平台顶面与法兰座底面之间架设有滑垫，该滑垫固在所述法兰座底面处。

优选的，所述工作平台滑轨配合在纵向滑移导轨上，从而使得工作平台和纵向滑移导轨组合形成十字调节滑轨体系；纵向滑移导轨的一端布置纵向电机，工作平台底面固定有安装块，螺纹丝杆与安装块间形成螺纹配合，且螺纹丝杆同轴固定与纵向电机的输出轴处。

优选的，一种应用所述试验装置的试验系统，其特征在于：包括压力加载组件；法兰面的轴心处贯穿设置用于连通所述压力加载组件的接入口和接出口的介质接口，介质接口处设置密封件以使得阀门阀腔形成密封腔，介质经由阀门阀腔、第一组法兰座处介质接口、第一压力传感器P1、第一温度传感器T1、第六开关阀V6、第七开关阀V7、水箱、第一开关阀V1、水泵、止回阀、第二开关阀V2、增压容器、第五开关阀 V5、第二压力传感器P2和第二温度传感器T2后进入第二组法兰座处介质接口处；增压泵的两端分别连通水箱及第二开关阀V2的进口端；该试验系统还包括冷态试验管路和热态试验管路；所述热态试验管路的一端连通增压容器的出口，从而使得介质可依序经由第三开关阀V3、预热容器和第四开关阀V4后连通第五开关阀V5的出口端；所述冷态试验管路的一端连通第六开关阀V6的出口端，从而使得介质可依序经由第八开关阀V8、冷却模组、第九开关阀V9后连通水箱。

本实用新型的有益效果在于：

1)、抛弃了传统的单个法兰座仅能匹配单一阀门的单对单的安装固定结构，转而另辟蹊径的采用了多圈设计的装配孔体系；实际装配时，根据不同的装配对象，可选用不用层数处的装配孔；而每一圈装配孔，均可匹配相应规格尺寸的阀门，从而一机多用的实现多规格尺寸阀门的固定乃至后续测试需求，最终有效拓展单台阀门可靠性试验装置的使用广度。

至此，本实用新型可同时兼容多类型阀门的安装；通过多圈装配孔的设计，还可以最大限度的兼容不同标准、不同口径及压力等级的阀门安装。随后可依靠驱动头的回转动作，搭配常用的传感套件，即可一机多用的实现多规格尺寸阀门的固定和测试需求，从而能有效拓展单台阀门可靠性试验装置的使用广度。

2)、对于驱动头而言，单速运行的驱动头，显然只能实现单种场景的动力测试需求。而本实用新型可通过电磁联轴器，实现伺服电机与不同减速机的自动切换，解决了现有单量程扭矩传感器小扭矩下测量误差大，同时双量程扭矩传感器技术成熟度不高且造价高昂的问题。必要时，甚至同一减速机本身也可以采用双速操作模式，从而进一步的扩充其使用面。

3)、实际设计时，水平铰接座实现了铅垂板的角度调节功能，以便于提升阀门安装时的便捷性；托板则无论在阀门安装时还是测试时，都能很好的起到定位阀门或托撑阀门的功能。

4)、实际设计时，装配孔优选为三层，且每层指定孔数，以最大化装配需求。考虑到哪怕是同一层装配孔，都可能在一定余量里安装不同规格尺寸的阀门，因此最终成型的装配孔应当为腰形孔，以预留足够余量，实现适应性的装配需求。

5)、本实用新型还设有预热容器、电加热系统及单独的冷态试验管路，配合前述的试验装置，可实现热态工况和冷态工况下的阀门可靠性的测试，实用性可得到进一步提升。

附图说明

图1为本实用新型的立体结构示意图；

图2为图1的I部分局部放大图；

图3为法兰夹的立体结构示意图；

图4为试验系统的管路布置图。

本实用新型各标号与部件名称的实际对应关系如下：

a-阀门

10-法兰座 11-装配孔 12-导向块 13-底座

14-铅垂板 15-水平铰接座 16-介质接口 17-滑垫

20-铅垂架 21-铅垂轨道模组

31-纵向滑移导轨 32-纵向电机 33-螺纹丝杆

40-驱动头 50-伺服电机

61-工作平台 62-水平滑槽

71-水箱 72-水泵 73-增压容器 74-增压泵

75-预热容器 76-冷却模组

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1-4，对本实用新型的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本实用新型的具体结构如图4所示，其主要结构包括法兰座10、安装法兰座10的十字调节滑轨体系、位于法兰座10上方的阀门驱动控制组件以及相应的压力加载控制组件等。其中：

法兰座的结构参照图1-3所示，其包括法兰座10，法兰座10上设有法兰面，法兰面上布置三圈孔组，由内而外每圈孔组分别包括4、8 和16个腰形孔状的装配孔11，最终呈现了图3所示的辐射状排布形态。当然，实际设计时，装配孔11的数目和孔组的层数可以有酌情的增删变化，以上述数目为最优，能最大程度的适配不同规格尺寸的阀门a。当需固定阀门a时，通过如图2所示的两组法兰座10彼此配合的方式夹紧阀门a两端即可。当需要在模拟介质工作环境下进行可靠性测试时，法兰面的轴心处可布置螺纹接口状的介质接口16，并与试验管路相连接，内端面处甚至还可通过密封槽和密封盲板来进一步的保障密封。

实际使用时，如图1-3所示的各法兰面是需要一体式的固定在法兰座10上的。法兰座10的外形参照图3所示，包括底座13以及铅垂布置在底座13上的铅垂板14，铅垂板14的上设置装配孔11。此外，如图3所示的，底座13与铅垂板14之间通过水平铰接座15铰接彼此，可实现铅垂板14角度0°到90°的角度调节；甚至水平铰接座15本身还可通过腰形孔调节等方式，设计成铅垂高度可调机构，以便实现装配孔11高度的调整功能；当然该功能也可以通过增加垫片等方式实现。同时，铅垂板14的面朝另一组法兰座的内侧面设置托板，托板依靠腰形孔配合从而实现铅垂的高度的可调功能，以实现阀门中心高度的调整效果。

从图1-3中可看出，底座13与工作平台61之间，一方面依靠带有滚轮的导向块12滑动装配在工作平台61上；另一方面则利用工作平台 61作为T型槽工作台的固有特性，通过螺栓与螺母的配合从而实现底座 13和工作平台61之间的彼此紧固。考虑到滚轮尺寸要大于T型槽状的水平滑槽62的槽口，因此可如图2所示的在水平滑道的局部布置贯通孔，以方便装配导向块12；当然，导向块12也可以直接从工作平台61 端部穿入从而实现装配，此处就不再赘述。考虑到法兰夹10的位移灵敏性，可以在法兰夹10的底座13底面处布置滑垫17，以确保与工作平台61的顶面或者说上表面间形成滑动配合关系。同时，工作平台61下方还可以布置纵向滑移导轨31，并依托纵向电机32和螺纹丝杆33来实现对工作平台61的往复推送效果，以配合实现针对阀门的XY轴双动滑移目的。

在上述结构的基础上，本实用新型的工作平台61上方可以设置相应的阀门驱动控制组件，阀门驱动控制组件至少包括手动阀驱动。

而如图2所示，手动阀驱动由伺服电机50、第一减速机、双速减速机也即第二减速机、电磁联轴器、扭矩传感器、角度编码器等组成，以实现装置“0～1T～10T～100T”大量程范围内的全量程扭矩范围的精确测量。所述伺服电机50可通过电磁联轴器实现与第一减速机和双速减速机的切换连接，当驱动头40处需要精确输出装置量程范围区间“10T～100T”的大扭矩进行试验时，伺服电机50通过电磁联轴器与第一减速机相连接；当驱动头40需要精确输出装置量程范围区间“1T～ 10T”常规扭矩进行测量时，伺服电机50通过电磁联轴器与双速减速机相连接，此时双速减速机内部输入轴与行星齿轮及驱动头40输出轴相连接。甚至当被测阀门需要驱动头40精确输出量程范围内“0～1T”小扭矩进行测量时，伺服电机50通过电磁联轴器与双速减速机相连接，双速减速机内部切换系统将输入轴与齿轮脱开，直接与驱动头40输出轴相连接，实现双速切换，此时减速比即为1。当然，双速减速机及第一减速机的构造及动作方式都为常规技术，因此其工作原理不作赘述。

此外的，考虑到阀门手轮根据不同规格型号，其高度也会有所差异；因此，整个手动阀驱动也即工作端均通过铅垂轨道模组21安装在铅垂架20上。当然，铅垂轨道模组21可采用和纵向电机32类似的电机轨道驱动模块即可，也可以酌情采用铅垂升降气缸甚至是曲柄滑块位移机构等来实现铅垂升降驱动功能。

进一步的，本实用新型还提供了如图4所示的压力加载组件，包括水箱71、增压泵74、水泵72、增压容器73、预热容器75、冷却模组 76及相应的压力传感器和温度传感器等。工作时，介质经由阀门a阀腔、第一组法兰座处介质接口16、第一压力传感器P1、第一温度传感器T1、第六开关阀V6、第七开关阀V7、水箱71、第一开关阀V1、水泵72、止回阀、第二开关阀V2、增压容器73、第五开关阀V5、第二压力传感器 P2和第二温度传感器T2后进入第二组法兰座处介质接口16处；增压泵 74的两端分别连通水箱71及第二开关阀V2的进口端；该试验系统还包括冷态试验管路和热态试验管路；所述热态试验管路的一端连通增压容器73的出口，从而使得介质可依序经由第三开关阀V3、预热容器75和第四开关阀V4后连通第五开关阀V5的出口端；所述冷态试验管路的一端连通第六开关阀V6的出口端，从而使得介质可依序经由第八开关阀 V8、冷却模组76、第九开关阀V9后连通水箱71。

实际测试时，上述压力加载组件可配合前述试验装置，执行冷态和热态下的阀门可靠性测试工作，具体如下：

冷态可靠性试验流程：

1.试验开始前前被测阀门处于关闭状态，试验开始后，第一阀门V1、第二阀门V2依次打开，通过水泵72将水箱71中的水输送至增压容器 73，启动增压泵74进行增压。待增压容器73至压力升至试验压力P后，打开第五阀门V5，此时被测阀门阀前压力为P，阀后压力为0，处于全压差下关闭状态。

2.被测阀门打开，第五阀门V5关闭，第六阀门V6、第七阀门V7 打开，被测阀门泄压，介质循环回水箱71。紧接着，第六阀门V6、第七阀门V7关闭，被测阀门仍保持在打开状态；第五阀门V5打开，待阀门腔体内压力升至试验压力60％P，被测阀门开始关闭。

3.被测阀门关闭后，完成一个试验循环，随后继续依次重复步骤1、 2动作，直至达到试验次数后试验结束。

热态可靠性试验流程：

a.试验开始前前被测阀门处于关闭状态，试验开始后，第一阀门V1、第二阀门V2依次打开，通过水泵72将水箱71中的水输送至增压容器 73。启动增压泵74进行增压，待增压容器73至压力升至试验压力P。第五阀门V5始终保持关闭，打开第三阀门V3，介质进入预热容器75，开启电加热，待达到试验压力P及试验温度T后，打开第四阀门V4，此时被测阀门阀前压力为P，阀后压力为0，处于全压差下关闭状态。

b.被测阀门打开，第四阀门V4关闭，第六阀门V6、第八阀门V8、第九阀门V9打开，第七阀门V7始终保持关闭，被测阀门泄压，介质经冷却模组76循环回水箱71。紧接着，第六阀门V6、第八阀门V8、第九阀门V9关闭，被测阀门仍保持在打开状态；第四阀门V4打开，待阀门腔体内压力升至试验压力60％P，保持试验温度T，被测阀门开始关闭。

c.被测阀门关闭后，完成一个试验循环，随后继续依次重复步骤a、 b动作，直至达到试验次数后试验结束。

当然，对于本领域技术人员而言，本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。