專利名稱：隔膜式氣動兩位閥性能測試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣動閥門的性能測試方法，尤其涉及一種帶有連 軸器間隙的隔膜式氣動閥門的性能測試方法。
技術(shù)背景隔膜式氣動兩位閥由于其控制方便、性能穩(wěn)定，被大量應(yīng)用于核 電廠的各系統(tǒng)中，許多都作為安全系統(tǒng)的隔離邊界使用，與系統(tǒng)安全 息息相關(guān)。對于核電廠所使用的氣動兩位閥，無論是新購買的，還是經(jīng)檢修，更換了隔膜、o形環(huán)、彈簧、填料等易損件的，在投入使用前，都必須對閥門的各性能進(jìn)行測試，并將調(diào)整到規(guī)定值范圍。失氣關(guān)式氣動兩位閥的結(jié)構(gòu)如附圖1所示，閥門上部的氣動執(zhí)行 機(jī)構(gòu)提供閥門動作所需的動力。隔膜片被上下兩片隔膜板夾在中間， 將氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)分成上下兩個腔室。碟形彈簧位于氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上 腔內(nèi)，提供閥門向下動作及密封的動力，其底端抵在圓形上隔膜板的上表面。氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的下腔通過一個供氣孔8與外界供氣氣源相 通，提供閥門向上動作的動力。閥桿分為上下兩部分，上閥桿穿過碟 形彈簧、隔膜板、隔膜片，伸出氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)下腔室間 使用O形密封環(huán)密封；下閥桿穿過閥體，底部與閥瓣連接。為防止 閥體內(nèi)流體通過閥桿處外溢，在閥桿與閥體中間使用石墨填料密封。 上下閥桿間使用連軸器連接。當(dāng)外界供氣氣壓增大時，在隔膜板的下 表面形成向上的推力，壓縮彈簧，推動隔膜板帶動閥桿向上運動，使 閥瓣向上運動，直至閥瓣抵到閥體上密封面，閥門打開，運動停止； 當(dāng)供氣氣壓逐漸減小時，作用在隔膜板下表面的推力逐漸減小，彈簧 張力推動隔膜板向下運動，帶動閥桿向下運動，直至闊瓣接觸閥體下 密封面，閥門關(guān)閉，由彈簧預(yù)緊力提供閥門關(guān)閉密封力。為減小閥門開關(guān)過程中的沖擊力，有的氣動兩位閥在上閥桿與連 軸器連接處設(shè)計有一高約0.5mm的聯(lián)軸器間隙9，作為緩沖區(qū)域。當(dāng) 供氣氣壓增加，作用在隔膜板上的空氣推力克服彈簧下預(yù)緊力后，先帶動上閥桿運動，使上閥桿底部從連軸器間隙9底部移動到連軸器間隙9頂部后，才帶動下閥桿及閥瓣向上運動；反之，當(dāng)供氣氣壓減小 時，彈簧上預(yù)緊力大于供氣氣壓作用在隔膜板上向上的推力，推動上 閥桿先向下運動，由連軸器間隙9頂部移動到連軸器間隙9底部后， 再推動下閥桿向下運動，直至閥門關(guān)閉。閥門彈簧的上、下預(yù)緊力(LowBenchset)設(shè)定值、摩擦力等參 數(shù)與閥門的密封狀態(tài)直接關(guān)聯(lián)，因此，需要精確測試閥門的各項設(shè)定 值。如何精確的測量彈簧的預(yù)緊力值，以及如何測量其他相關(guān)性能參 數(shù)，尚未見有關(guān)報道。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種可精確測定隔膜式氣動兩位閥彈簧 的上、下預(yù)緊力、填料摩擦力、行程距離、聯(lián)軸器間隙距離和彈簧遲 滯力的隔膜式氣動兩位閥性能測試方法。用以實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案為 一種隔膜式氣動兩位閥性能測 試方法，依次包括如下步驟，且在操作過程中對上閥桿位移和隔膜氣 腔內(nèi)氣壓進(jìn)行實時監(jiān)測(1) 控制供氣氣壓增長速度，使隔膜氣腔內(nèi)推力緩慢升高，直 至上閥桿底部從連軸器間隙底部運動至連軸器間隙頂部，而下閥桿還 未開始運動；(2) 緩慢降低供氣氣壓，使隔膜空腔內(nèi)推力緩慢減小，直至上 閥桿底部重新返回至連軸器間隙底部；(3) 重新增大隔膜氣腔氣壓，直至閥瓣抵到閥體上密封面，在 此過程中；(4) 再減小隔膜氣腔氣壓，直至閥瓣抵到閥體下密封面；(5 )根據(jù)所記錄的氣壓值與隔膜橫截面積計算閥門的力學(xué)參數(shù)。 計算蝶形彈簧的下預(yù)緊力是指，用步驟(2)中上閥桿底部重新返回至連軸器間隙底部時的氣壓值與隔膜腔的橫截面積相乘。計算蝶形彈簧的上預(yù)緊力是指，用步驟(4)中上閥桿上閥桿開始向下運動時的氣壓值與隔膜腔的橫截面積相乘。蝶形彈簧的遲滯力計算是指，用步驟(1)測得的最大氣壓值減去步驟(2)操作過程中上閥桿開始回落時測得的氣壓值與隔膜腔的 橫截面積相乘。氣動閥靜摩擦力的計算是指，用上閥桿第一次回落至連軸器間隙 底部時測得的氣壓值、下閥桿開始上升時測得的氣壓值與上閥桿第二 次回落至連軸器間隙底部時測得的氣壓值之和，減去下閥桿底端回落 至最初位置時所測氣壓值、上閥桿第一次上升至連軸器間隙頂端所測 得的氣壓值與下閥桿開始回落時所測得的氣壓值之和，將所得的差除 以3后與隔膜腔的橫截面積相乘。本發(fā)明通過控制供氣氣壓緩慢升高和降低的操作，可以較為精確 的測量出被測隔膜式氣動兩位閥的有關(guān)性能參數(shù)。如在上閥桿從連軸器間隙9底部移動到頂部后，供氣推力克服填料靜摩擦力帶動下閥桿 向上運動前，緩慢放氣，使上閥桿重新從連軸器間隙9頂部移動到連 軸器間隙9底部。此過程只是上閥桿移動，下閥桿未動作，彈簧尚未 受到填料摩擦力的影響，上閥桿剛返回到連軸器間隙9底部時的供氣 推力值，即為氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)彈簧的預(yù)緊力值。將氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)與下 面閥體脫開，單獨進(jìn)行彈簧性能測試所得的遲滯回線證明，此方法測 得的彈簧預(yù)緊力是精確的。氣腔氣壓與隔膜有效面積相乘即為下氣腔 所形成的向上推力，根據(jù)作用力與反作用力原理，在力平衡點即為彈 簧推力。本發(fā)明利用連軸器與上閥桿配合的間隙，控制氣壓緩慢升高和降 低，使氣腔壓力壓縮彈簧產(chǎn)生微小形變，只帶動上閥桿在連軸器間隙 9中運動，有效排除了填料摩擦力的影響，可精確測量彈簧的下預(yù)緊 力。之后，再一次升高和降低氣腔氣壓，使閥門全開和全關(guān)。在兩次 升壓和降壓過程中，實時測試隔膜腔內(nèi)氣體壓力，還可實時測量上閥 桿位移參數(shù)，得到壓力和位移的關(guān)聯(lián)曲線，通過對曲線上特征點的相 關(guān)值可直觀的獲取閥門的各項性能參數(shù)，如彈簧LowBenchset (下預(yù) 緊力)、HighBenchset (上預(yù)緊力)、填料摩擦力、遲滯、行程距離、 連軸器間隙9距離等。結(jié)合附圖閱讀本發(fā)明的具體實施方式
的詳細(xì)描述后，本發(fā)明的特 點和優(yōu)點將更為容易的理解。


圖1為本發(fā)明所測試方法適用的一種氣動兩位閥的結(jié)構(gòu)圖。圖2為利用本發(fā)明所提供的方法對圖1所示的氣動兩位閥進(jìn)行測 試后所得的擬合曲線。圖1中，l.碟形彈簧2.隔膜3.圓形隔板4.上閥桿5.連軸器6.石墨填料7.下閥桿8.供氣口 9.連軸器間隙。圖2中橫坐標(biāo)為隔膜腔內(nèi)氣壓作用在隔膜板上的推力值，單位為 N (牛頓)，縱坐標(biāo)為上閥桿位移值，單位為mm (毫米)。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的具體實施方式
。對于如圖1所示的氣動兩位閥，在隔膜腔內(nèi)的氣壓為0時開始向 隔膜2腔內(nèi)緩慢充氣，并通過量程為30英寸、每英寸分辨率為1334 點的編碼器式位移傳感器和量程為0 6bar、精度為0.25級的壓力傳 感器分別實時監(jiān)測上閥桿4的位移和隔膜腔內(nèi)的氣壓，上述傳感器的 取值采樣頻率不低于100Hz，在本實例中，傳感器的取值采樣頻率為 100Hz。l.第一次充氣1.1幵始階段，控制供氣氣壓緩慢增大，增加供氣氣壓的控制速 度根據(jù)實測的曲線適當(dāng)調(diào)整。由于碟形彈簧1處于被壓縮狀態(tài)，隔膜 2腔內(nèi)緩慢升高的氣壓所形成的推力不足以克服彈簧1下預(yù)緊力，因 此，盡管隔膜2腔內(nèi)氣壓不斷升高，上閥桿4仍處于靜止?fàn)顟B(tài)。1.2氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)隔膜2腔內(nèi)氣壓不斷升高，當(dāng)隔膜2腔內(nèi)氣壓 形成的推力大于碟形彈簧1預(yù)緊力后，以隔膜面積為154187mm2W 氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)為例，氣壓在2.5bar，推力約為38500N左右時，推動 隔膜板壓縮碟形彈簧1并開始帶動上閥桿4向上運動，通過控制供氣 氣壓緩慢增大，直至上閥桿4底部運動至連軸器5內(nèi)空腔頂部，此時， 下閥桿7還未開始動作。2第一次放氣2.1緩慢降低供氣氣壓，降低供氣氣壓的控制速度根據(jù)實測的曲線適當(dāng)調(diào)整。在本實施例中，遲滯力標(biāo)準(zhǔn)為1500N，但由于現(xiàn)場安裝 條件的不同，實測值會有出入，如遲滯力太大會影響密封力，就需解 體檢查。開始階段，由于碟形彈簧1的遲滯效應(yīng)，上閥桿4并不會因 為碟形彈簧1所受到的壓力變小而立刻回落，而是處于靜止?fàn)顟B(tài)。2.2隨著隔膜2腔內(nèi)氣壓不斷減小，碟形彈簧1底部所受壓力逐 漸變小，直到彈簧1張力帶動上閥桿4回落，使上閥桿4底部從連軸 器5頂部返回到聯(lián)軸器間隙9底部后，停止放氣。3.第二次充氣3.1繼續(xù)緩慢增大隔膜2腔內(nèi)氣壓，增加供氣氣壓的控制速度根 據(jù)實測的曲線適當(dāng)調(diào)整。如上1.1所述的開始階段，隔膜2腔內(nèi)的氣 壓尚不足以使碟形彈簧1馬上進(jìn)一步壓縮。3.2當(dāng)隔膜2腔內(nèi)氣壓達(dá)到一定程度時，碟形彈簧1開始收縮， 并通過圓形隔板3帶動上閥桿4向上運動，直至上閥桿4底部再一次 運動至連軸器間隙9頂部。3.3繼續(xù)增大隔膜2腔內(nèi)氣壓，增加供氣氣壓的控制速度根據(jù)實 測的曲線適當(dāng)調(diào)整。此時，上閥桿4、連軸器5和下閥桿7成為剛性 連接的一體性結(jié)構(gòu)。由于下閥桿7上部四周填有石墨材料，而這之間 有很大的靜摩擦力，在本實施例中，靜摩擦力要大于5000N，因此， 在上閥桿4底部再一次運動至連軸器5內(nèi)空氣頂部之后的一段時間 內(nèi)，盡管不斷的向隔膜2腔內(nèi)進(jìn)行充氣，碟形彈簧l并不會繼續(xù)進(jìn)一 步壓縮，也就不會帶動圓形隔板3，連同上閥桿4等向上運動。3.4經(jīng)不斷向隔膜2腔內(nèi)緩慢充氣，充氣的控制速度根據(jù)實測的 曲線適當(dāng)調(diào)整，碟形彈簧1所受來自于圓形隔板3的壓力足以克服下 閥桿7上部與石墨填料6之間的靜摩擦力，而帶動圓形隔板3，連同 上閥桿4、連軸器5和下閥桿7—起向上運動，直至閥瓣抵到閥體上 密封面，由于閥門結(jié)構(gòu)限制，即使再加大氣壓，閥桿也不會再向上運 動。停止充氣，或者繼續(xù)進(jìn)行很少量的(0.1 0.2bar)充氣后，停止 充氣。此時，氣動兩位閥應(yīng)處于完全打開的狀態(tài)。4第二次放氣4.1緩慢降低隔膜2腔內(nèi)的氣壓，降低供氣氣壓的控制速度根據(jù)實測的曲線適當(dāng)調(diào)整。開始階段，由于碟形彈簧1的遲滯效應(yīng)，上闊 桿4并不會馬上回落。4.2隨著隔膜2腔內(nèi)的氣體不斷的被釋放，彈簧1開始向下推動 圓形隔板3，連同上閥桿4向下運動，直至上閥桿4底部回落0.5mm 至連軸器間隙9內(nèi)底部。4.3繼續(xù)緩慢降低隔膜2腔內(nèi)的氣壓，降低供氣氣壓的控制速度 根據(jù)實測的曲線適當(dāng)調(diào)整。此時，由于下閥桿7上部和其周圍的石墨 填料6之間靜摩擦力的作用，碟形彈簧l尚不足以推動圓形隔板3， 連同上閥桿4和連軸器5、下閥桿7向下運動。4.4隨著隔膜空腔內(nèi)的氣體進(jìn)一步被釋放，碟形彈簧1開始推動 圓形隔板3，連同上閥桿4和連軸器5、下閥桿7向下運動，直至下 閥桿7底端回落到當(dāng)初的位置。5. 數(shù)據(jù)擬合將上述過程中，通過計算機(jī)將所測得的每點的隔膜2腔內(nèi)壓力值 與隔膜的橫截面積的乘積作為橫坐標(biāo)、與對應(yīng)每點的上閥桿4位移作 為縱坐標(biāo)在采集電腦上顯示作圖，操作人員根據(jù)圖示曲線控制充氣和 放氣速度，按要求程序操作得到如附圖2所示的曲線。在圖2中，點A至點C與上述l.l階段相對應(yīng)；點C至點D與 上述1.2階段相對應(yīng)；點D至點E與上述2.1階段相對應(yīng)；點E至點 B與2.2階段相對應(yīng)；點B至點C與3.1階段相對應(yīng)；點C至點D與 3.2階段相對應(yīng)；點D至點F與3.3階段相對應(yīng)；點F至點G與3.4 階段相對應(yīng)；點G至點H與4.1階段相對應(yīng)；點H至點I與4.2階段 相對應(yīng)；點I至點J與4.3階段相對應(yīng)；點J至點K則與4.4階段相 對應(yīng)。由于所得擬合曲線能夠反映出閥門在測試過程中的狀態(tài)變化情 況，因此，可以根據(jù)對照標(biāo)準(zhǔn)曲線初步判斷，有時也根據(jù)現(xiàn)場情況和 經(jīng)驗判斷閥門的性能是否合格。6. 根據(jù)所得的曲線求得相關(guān)數(shù)據(jù)在圖2所示曲線中，根據(jù)各特征點值進(jìn)行相應(yīng)計算，就可得到閥 門的各項實測性能參數(shù)。如圖2所示，點B處所對應(yīng)的壓力值即為 碟形彈簧1的下預(yù)緊力(Low Benchset)，在本實施例中，標(biāo)準(zhǔn)值為38000N，誤差允許范圍為土2000N，實測值為37267N，點H點所對 應(yīng)的壓力值即為碟形彈簧1的上預(yù)緊力(High Benchset)，在本實施 例中，標(biāo)準(zhǔn)要求小于50000N，實測值為46734N，遲滯力的標(biāo)準(zhǔn)值為 1500N，實測值為1252N、靜摩擦力的標(biāo)準(zhǔn)值要求大于5000N，實測 值為5149N，遲滯力和靜摩擦力也可以根據(jù)平衡原理計算得出，F(xiàn)點 到G點的位移差為闊門的實測行程距離，在本實施例中，標(biāo)準(zhǔn)值為 17mm，誤差允許范圍為土1.5mm，實測值為16.4mm。將這些參數(shù)與 閥門的標(biāo)稱參數(shù)相比較，可以判斷標(biāo)稱值是否準(zhǔn)確。其中，蝶形彈簧1的遲滯力計算是指在上閥桿4第一次上升時測得的最大氣壓值減去上閥桿4第一次開始回落時測得的氣壓值，即附圖中的JtD-^i。氣動閥靜摩擦力的計算是指用上閥桿4第一次回落至連軸器間隙9底部時測得的氣壓值、下閥桿7開始上升時測得的氣壓值與上閥桿4第二次回落至連軸器間隙9底部時測得的氣壓值之和，減去下閥桿7底端回落至最初位置時所測氣壓值、上闊桿4第一次上升至連軸器間隙9頂端所測得的氣壓值與下閥桿7開始回落時所測得的氣壓值之和，將所得的差除以3后與隔膜腔的橫截面積相乘，g卩附圖中的—7d)+(X/ —u在上述實施方式中，也可以只對上閥桿4的位移進(jìn)行實時測量， 對隔膜氣腔內(nèi)的氣壓只記錄與上閥桿4運動狀態(tài)轉(zhuǎn)換點相對應(yīng)的值， 亦可獲得如附圖2所示的曲線。根據(jù)本發(fā)明的原理，對于失氣開式隔膜式氣動兩位閥，本發(fā)明的 方法也是適用的。而且，通過編制自動控制程序，本發(fā)明可以實現(xiàn)自 動化操作，操作簡單、準(zhǔn)確可靠。
權(quán)利要求
1.一種隔膜式氣動兩位閥性能測試方法，其特征在于依次包括如下步驟，且在操作過程中對上閥桿位移和隔膜氣腔內(nèi)氣壓進(jìn)行實時監(jiān)測(1)控制供氣氣壓增長速度，使隔膜氣腔內(nèi)推力緩慢升高，直至上閥桿底部從連軸器間隙底部運動至連軸器間隙頂部，而下閥桿還未開始運動；(2)緩慢降低供氣氣壓，使隔膜空腔內(nèi)推力緩慢減小，直至上閥桿底部重新返回至連軸器間隙底部；(3)重新增大隔膜氣腔氣壓，直至閥瓣抵到閥體上密封面，在此過程中；(4)再減小隔膜氣腔氣壓，直至閥瓣抵到閥體下密封面；(5)根據(jù)所記錄的氣壓值與隔膜橫截面積計算閥門的力學(xué)參數(shù)。
2. 如權(quán)利要求1所述的隔膜式氣動兩位閥性能測試方法，其特征在于計算蝶形彈簧的下預(yù)緊力是指，用步驟(2)中上閥桿底部重新返回至連軸器間隙底部時的氣壓值與隔膜腔的橫截面積相乘。
3. 如權(quán)利要求1所述的隔膜式氣動兩位閥性能測試方法，其特征在于計算蝶形彈簧的上預(yù)緊力是指，用步驟(4)中上閥桿上閥桿開始向下運動時的氣壓值與隔膜腔的橫截面積相乘。
4. 如權(quán)利要求1所述的隔膜式氣動兩位閥性能測試方法，其特征在于蝶形彈簧的遲滯力計算是指，用歩驟(1)測得的最大氣壓值減去步驟(2)操作過程中上閥桿開始回落時測得的氣壓值與隔膜腔的橫截面積相乘。
5. 如權(quán)利要求1所述的隔膜式氣動兩位閥性能測試方法，其特征在于氣動閥靜摩擦力的計算是指，用上閥桿第一次回落至連軸器間隙底部時測得的氣壓值、下閥桿開始上升時測得的氣壓值與上閥桿第二次回落至連軸器間隙底部時測得的氣壓值之和，減去下閥桿底端回落至最初位置時所測氣壓值、上閥桿第一次上升至連軸器間隙頂端所測得的氣壓值與下閥桿開始回落時所測得的氣壓值之和，將所得的差除以3后與隔膜腔的橫截面積相乘<
全文摘要
本發(fā)明涉及一種閥門性能測試方法，具體是一種隔膜式氣動兩位閥性能測試方法。其特點是，利用連軸器與上閥桿配合的間隙，控制氣壓緩慢升高和降低，使氣腔壓力壓縮彈簧產(chǎn)生微小形變，只帶動上閥桿在連軸器間隙中運動，有效排除了填料摩擦力的影響，可精確測量彈簧的下預(yù)緊力。之后，再一次升高和降低氣腔氣壓，使閥門全開和全關(guān)。在兩次升壓和降壓過程中，實時測量隔膜腔內(nèi)氣體壓力與上閥桿位移參數(shù)，將隔膜腔內(nèi)壓力與隔膜橫截面積相乘后換算為壓力值，并作壓力和位移的關(guān)聯(lián)曲線，通過曲線上的特征點獲取閥門的各項性能參數(shù)。本發(fā)明適合于隔膜式氣動兩位閥性能的測試。
文檔編號G01M99/00GK101581632SQ20091013677
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者萍 黃 申請人:核動力運行研究所;中核武漢核電運行技術(shù)股份有限公司