本發(fā)明屬于測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種用于閥門動(dòng)態(tài)扭矩的測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

閥門是輸送流體管道系統(tǒng)的重要組成部分。

啟閉力和啟閉力矩為閥門開(kāi)啟或關(guān)閉所必須施加的作用力，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的扭矩力是體現(xiàn)閥門綜合水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。閥門動(dòng)態(tài)扭矩參數(shù)也是閥門設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、制造和使用過(guò)程中的一項(xiàng)非常重要的參數(shù)。

而目前在該領(lǐng)域尚未有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可供參考，容易導(dǎo)致實(shí)際使用扭矩不足或扭矩過(guò)剩。

授權(quán)公告日為2011.06.22，授權(quán)公告號(hào)為CN 201876333 U的中國(guó)實(shí)用新型專利，公開(kāi)了一種“閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)扭矩測(cè)試裝置”，其裝置的臺(tái)架底板上固定有負(fù)載加載器，動(dòng)態(tài)扭矩傳感器的下端通過(guò)連軸器B與負(fù)載加載器內(nèi)部轉(zhuǎn)軸的上端固定連接，其上端通過(guò)伸出臺(tái)架上端圓形通孔的連軸器A與待測(cè)試閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸嚙合連接，并通過(guò)連接座固定支撐在臺(tái)架上，電壓、電流以及開(kāi)關(guān)量傳感器的輸入端并聯(lián)與待測(cè)試閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電輸出端連接，其輸出端并聯(lián)通過(guò)數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)連接。

該技術(shù)方案是針對(duì)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出特性的測(cè)量，無(wú)法對(duì)閥門的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行測(cè)量。

而目前市場(chǎng)上還未有完善的裝置來(lái)做閥門動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置，由于無(wú)法了解閥門在實(shí)際工況下的啟閉扭矩值和該值與閥門開(kāi)度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，給閥門的設(shè)計(jì)、制造工藝、使用帶來(lái)了盲目性，嚴(yán)重制約了閥門產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步和質(zhì)量提升，不能滿足產(chǎn)品的使用要求；另外，因缺乏扭矩實(shí)際數(shù)據(jù)，所以在驅(qū)動(dòng)裝置選型配套方面也經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，往往不是扭矩選擇過(guò)剩，造成浪費(fèi)，就是扭矩選擇不足，無(wú)法驅(qū)動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種復(fù)雜工況下電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試裝置。其可在各種復(fù)雜工況下對(duì)電動(dòng)閥門的動(dòng)態(tài)扭矩進(jìn)行連續(xù)測(cè)試，測(cè)量電動(dòng)閥門開(kāi)啟和關(guān)閉全過(guò)程中的動(dòng)態(tài)扭矩；該裝置操作方便，測(cè)量精度高、分辨率高，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：提供一種復(fù)雜工況下電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試裝置，其特征是所述測(cè)試裝置包括：

待測(cè)閥門14、閥門驅(qū)動(dòng)裝置2、傳感器5、第一聯(lián)軸器4、第二聯(lián)軸器16、傳感器固定支架3、閥門底座、數(shù)據(jù)采集裝置、高壓儲(chǔ)罐1；

其中，待測(cè)閥門被固定在閥門底座上，待測(cè)閥門上方的閥門底座上設(shè)置有閥門驅(qū)動(dòng)裝置；閥門驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸與待測(cè)閥門軸對(duì)應(yīng)連接；

閥門底座兩端一端安裝進(jìn)氣口接頭8，一端安裝出氣口接頭12；

進(jìn)氣口接頭8和出氣口接頭12與閥門通過(guò)第四螺栓7相連；

所述高壓儲(chǔ)罐的輸出端，經(jīng)管道與進(jìn)口氣接頭固接；

閥門軸6通過(guò)第二聯(lián)軸器16和傳感器5連接，閥門驅(qū)動(dòng)裝置2通過(guò)第一聯(lián)軸器和傳感器5連接。

具體的，所述的閥門底座由閥門支架11，角鋼10，進(jìn)氣口接頭8及出氣口接頭12組成；所述的數(shù)據(jù)采集裝置至少包括：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊20，數(shù)據(jù)采集卡21，NI-cDAQ USB機(jī)箱22，和Labview平臺(tái)的工控機(jī)23組成。

具體的，所述的傳感器固定支架3通過(guò)第一螺栓15固定在閥門14上，傳感器5通過(guò)第二螺栓17固定于傳感器固定支架3上，閥門驅(qū)動(dòng)裝置2通過(guò)第三螺栓18與傳感器固定支架固定。

進(jìn)一步的，所述的傳感器固定支架3由鋼板焊接而成，包括上板29、下板25、左側(cè)板24和右側(cè)板27；其中上板29與下板25平行，左側(cè)板24與右側(cè)板27平行，兩側(cè)板與上下板垂直，其中右側(cè)板27焊接底板28用于固定傳感器5。

進(jìn)一步的，所述傳感器固定支架3的上板29開(kāi)上板孔30用于穿過(guò)驅(qū)動(dòng)軸19，上板孔30的直徑大于通過(guò)該孔的驅(qū)動(dòng)軸19直徑；傳感器固定支架3的下板25開(kāi)下板孔26用于穿過(guò)閥門軸6，下板孔26直徑大于閥門軸6直徑。

具體的，在所述進(jìn)氣口接頭8與閥門的進(jìn)氣口端面之間，以及出氣口接頭12與閥門的出氣口端面之間，加裝設(shè)置有金屬纏繞墊13。

具體的，所述的閥門底座進(jìn)氣口接頭8和出氣口接頭12通過(guò)角鋼10固定于閥門支架上；角鋼10與閥門支架11通過(guò)第五螺栓9相固定。

進(jìn)一步的，所述的傳感器5采集到的數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊20轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再傳送到數(shù)據(jù)采集卡21，通過(guò)NI-cDAQ USB機(jī)箱22傳遞給具有Labview平臺(tái)的工控機(jī)23。

具體的，所述的labview平臺(tái)界面由參數(shù)設(shè)定單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)顯示單元組成。

本發(fā)明技術(shù)方案所述的電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試裝置，通過(guò)對(duì)待測(cè)閥門施加持續(xù)各種連續(xù)變化的壓力，并通過(guò)傳感器連續(xù)測(cè)量并記錄在各種工況下閥門的動(dòng)態(tài)扭矩?cái)?shù)值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下電動(dòng)閥門的動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試，測(cè)量得到電動(dòng)閥門開(kāi)啟和關(guān)閉全過(guò)程動(dòng)態(tài)扭矩。

與現(xiàn)有技術(shù)比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

使用本發(fā)明技術(shù)方案的電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試裝置，可以測(cè)量閥門動(dòng)作過(guò)程中的動(dòng)態(tài)扭矩并保存記錄數(shù)據(jù)，可實(shí)現(xiàn)多種工況下扭矩動(dòng)態(tài)測(cè)量，不僅可以測(cè)量空載情況下閥門開(kāi)啟與關(guān)閉的動(dòng)態(tài)扭矩，亦可測(cè)量通氣通液、不同壓力下等多種工況下閥門動(dòng)態(tài)扭矩。測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，適用于多種類型的閥門的動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量，且測(cè)量精度高(可到0.00001N.m)，具有很高的分辨率(采樣頻率可到200kHz)。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明所述測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2本發(fā)明傳感器支架結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3某DN50固定式電動(dòng)球閥不同工況下動(dòng)態(tài)開(kāi)閥過(guò)程扭矩值曲線。

圖4某DN50固定式電動(dòng)球閥不同工況下動(dòng)態(tài)全過(guò)程扭矩值曲線。

圖5某DN50浮動(dòng)式電動(dòng)球閥不同工況下動(dòng)態(tài)過(guò)程扭矩值曲線。

圖中1為高壓儲(chǔ)罐；2為閥門驅(qū)動(dòng)裝置；3為傳感器固定支架；4為第一聯(lián)軸器；5為傳感器；6為閥門軸；7為第四螺栓；8為進(jìn)氣口接頭；9為第五螺栓；10為角鋼；11為閥門支架；12為出氣口接頭；13為金屬纏繞墊；14為閥門；15為第一螺栓；16為第二聯(lián)軸器；17為第二螺栓；18為第三螺栓；19為驅(qū)動(dòng)軸；20為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊；21為數(shù)據(jù)采集卡；22為NI-cDAQ USB機(jī)箱；23為具有l(wèi)abview平臺(tái)的計(jì)算機(jī)；24為左側(cè)板；25為下板；26為下板孔；27為右側(cè)板；28為底板；29為上板；30為上板孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1中，本發(fā)明的技術(shù)方案，提供了一種復(fù)雜工況下電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試裝置，其發(fā)明點(diǎn)在于，所述測(cè)試裝置包括：

待測(cè)閥門(簡(jiǎn)稱閥門，下同)14、閥門驅(qū)動(dòng)裝置2、傳感器5、第一聯(lián)軸器4、第二聯(lián)軸器16、傳感器固定支架3、閥門底座、數(shù)據(jù)采集裝置、高壓儲(chǔ)罐1；

其中，待測(cè)閥門被固定在閥門底座上，待測(cè)閥門上方的閥門底座上設(shè)置有閥門驅(qū)動(dòng)裝置；閥門驅(qū)動(dòng)裝置的輸出軸與待測(cè)閥門軸對(duì)應(yīng)連接；

閥門底座兩端一端安裝進(jìn)氣口接頭8，一端安裝出氣口接頭12；

進(jìn)氣口接頭8和出氣口接頭12與閥門通過(guò)第四螺栓7相連；

所述高壓儲(chǔ)罐的輸出端，經(jīng)管道與進(jìn)口氣接頭固接；

閥門軸6通過(guò)第二聯(lián)軸器16和傳感器5連接，閥門驅(qū)動(dòng)裝置2通過(guò)第一聯(lián)軸器和傳感器5連接。

具體的，所述的閥門底座由閥門支架11，角鋼10，進(jìn)氣口接頭8及出氣口接頭12組成；所述的數(shù)據(jù)采集裝置至少包括：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊20，數(shù)據(jù)采集卡21，NI-cDAQ USB機(jī)箱22，和Labview平臺(tái)的工控機(jī)23組成。

具體的，所述的傳感器固定支架3通過(guò)第一螺栓15固定在閥門14上，傳感器5通過(guò)第二螺栓17固定于傳感器固定支架3上，閥門驅(qū)動(dòng)裝置2通過(guò)第三螺栓18與傳感器固定支架固定。

圖2中，所述的傳感器固定支架3由鋼板焊接而成，包括上板29、下板25、左側(cè)板24和右側(cè)板27；其中上板29與下板25平行，左側(cè)板24與右側(cè)板27平行，兩側(cè)板與上下板垂直，其中右側(cè)板27焊接底板28用于固定傳感器5。

進(jìn)一步的，所述傳感器固定支架3的上板29開(kāi)上板孔30用于穿過(guò)驅(qū)動(dòng)軸19，上板孔30的直徑大于通過(guò)該孔的驅(qū)動(dòng)軸19直徑；傳感器固定支架3的下板25開(kāi)下板孔26用于穿過(guò)閥門軸6，下板孔26直徑大于閥門軸6直徑。

在本技術(shù)方案中，在所述進(jìn)氣口接頭8與閥門的進(jìn)氣口端面之間，以及出氣口接頭12與閥門的出氣口端面之間，加裝設(shè)置有金屬纏繞墊13。

在本技術(shù)方案中，所述的閥門底座進(jìn)氣口接頭8和出氣口接頭12通過(guò)角鋼10固定于閥門支架上；角鋼10與閥門支架11通過(guò)第五螺栓9相固定。

由圖1中所示可知，所述的傳感器5采集到的數(shù)據(jù)，由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊20轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，再傳送到數(shù)據(jù)采集卡21，通過(guò)NI-cDAQ USB機(jī)箱22傳遞給具有Labview平臺(tái)的工控機(jī)23。

具體的，所述的labview平臺(tái)界面由參數(shù)設(shè)定單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)顯示單元組成。

本發(fā)明技術(shù)方案所述的電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試裝置，通過(guò)對(duì)待測(cè)閥門施加持續(xù)各種連續(xù)變化的壓力，并通過(guò)傳感器連續(xù)測(cè)量并記錄在各種工況下閥門的動(dòng)態(tài)扭矩?cái)?shù)值，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜工況下電動(dòng)閥門的動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試，測(cè)量得到電動(dòng)閥門開(kāi)啟和關(guān)閉全過(guò)程動(dòng)態(tài)扭矩。

本技術(shù)方案中所用傳感器固定支架結(jié)構(gòu)參照?qǐng)D2中所示，其上、下板用于固定閥門和閥門驅(qū)動(dòng)裝置。其一側(cè)板用于固定傳感器。

所用傳感器為N338型-F型扭矩傳感器，所用信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊為JN338-F/A轉(zhuǎn)換器，所用數(shù)據(jù)采集卡為NI9203數(shù)據(jù)采集卡，所用NI-cDAQ USB機(jī)箱為NI9174機(jī)箱。

實(shí)際測(cè)試時(shí)，首先把閥門安裝固定到閥門底座上。閥門和進(jìn)、出口氣接頭相連接，中間加金屬纏繞墊密封。然后按順序依次安裝傳感器固定支架、第二聯(lián)軸器、傳感器和第一聯(lián)軸器。最后安裝閥門驅(qū)動(dòng)裝置。并將閥門驅(qū)動(dòng)裝置電源線和信號(hào)線與控制箱相連接。

閥門進(jìn)氣(口)接頭接高壓儲(chǔ)罐。

傳感器經(jīng)F/A信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊與NI9203數(shù)據(jù)采集卡相連接。把采集卡安裝固定到NI-cDAQ USB機(jī)箱上，通過(guò)USB與工控機(jī)相連。

閥門和扭矩傳感器用第一聯(lián)軸器連接，扭矩傳感器和閥門驅(qū)動(dòng)裝置用第二聯(lián)軸器連接。

所用Labview平臺(tái)由參數(shù)設(shè)定單元，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，數(shù)據(jù)顯示單元組成。

一、空載下電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量實(shí)驗(yàn)操作步驟：

A、根據(jù)以上所示準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置(工裝加工，電線、信號(hào)線等購(gòu)買)，并根據(jù)如圖1、圖2所示安裝搭建實(shí)驗(yàn)裝置，并連接電源線及信號(hào)線。

B、閥門驅(qū)動(dòng)裝置和數(shù)據(jù)采集裝置(信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊，數(shù)據(jù)采集卡和采集卡機(jī)箱，計(jì)算機(jī))供電。

C、打開(kāi)軟件設(shè)定采集參數(shù)。準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集。

D、打開(kāi)或關(guān)閉實(shí)驗(yàn)閥門并同時(shí)采集記錄數(shù)據(jù)。

E、調(diào)整開(kāi)關(guān)方向或者更換閥門重復(fù)上一步操作。

F、查看數(shù)據(jù)，關(guān)閉軟件。

G、扭矩測(cè)量結(jié)束，整理儀器及實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

H、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

二、高溫高壓介質(zhì)下電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量實(shí)驗(yàn)操作步驟：

A、根據(jù)以上所示準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)裝置，并根據(jù)如圖1、圖2所示安裝搭建實(shí)驗(yàn)裝置，并連接電源線及信號(hào)線。

B、給高溫高壓儲(chǔ)罐加壓充介質(zhì)達(dá)到實(shí)驗(yàn)所需壓力，通過(guò)調(diào)整儲(chǔ)罐出口減壓閥到實(shí)驗(yàn)所需壓力。

C、閥門驅(qū)動(dòng)裝置和數(shù)據(jù)采集裝置供電。

D、打開(kāi)軟件設(shè)定采集參數(shù)。準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集。

E、打開(kāi)高溫高壓儲(chǔ)罐出口閥門，打開(kāi)或關(guān)閉實(shí)驗(yàn)閥門并同時(shí)采集記錄數(shù)據(jù)。

F、儲(chǔ)罐重新調(diào)整介質(zhì)壓力、或調(diào)整開(kāi)關(guān)方向、更換閥門重復(fù)上一步操作。

G、查看數(shù)據(jù)，關(guān)閉軟件。

H、扭矩測(cè)量結(jié)束，整理儀器及實(shí)驗(yàn)設(shè)備。

I、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

三、實(shí)施例：

以某DN50電動(dòng)固定式球閥、浮動(dòng)式球閥為研究對(duì)象，使用上述發(fā)明的閥門動(dòng)態(tài)扭矩連續(xù)測(cè)試裝置分別對(duì)其進(jìn)行了扭矩測(cè)試。被測(cè)閥門的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置最大輸出扭矩為1000N.m，閥門閥桿的轉(zhuǎn)速為1轉(zhuǎn)/分，閥桿實(shí)現(xiàn)0～90度的開(kāi)啟。試驗(yàn)中選用某電機(jī)廠生產(chǎn)的YDF2 211-4型號(hào)三相電機(jī)，該電機(jī)額定轉(zhuǎn)速為1400轉(zhuǎn)/分，額定功率為0.18kW，額定電流為1.22A。高壓儲(chǔ)罐分別提供實(shí)驗(yàn)所需的0.5MPa、1.0MPa、1.5MPa、2.0MPa壓縮空氣，經(jīng)過(guò)截止閥控制通斷，然后由調(diào)壓閥控制氣源的壓力。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：

本發(fā)明較好的測(cè)量到的電動(dòng)球閥開(kāi)啟全過(guò)程的動(dòng)態(tài)扭矩。

某DN50固定式電動(dòng)球閥不同工況下動(dòng)態(tài)開(kāi)閥過(guò)程扭矩值曲線如附圖3所示。

某DN50固定式電動(dòng)球閥不同工況下動(dòng)態(tài)全過(guò)程扭矩值曲線如附圖4所示。

某DN50浮動(dòng)式電動(dòng)球閥不同工況下動(dòng)態(tài)過(guò)程扭矩值曲線如附圖5所示。

從附圖3、4中分別可以看出：固定式球閥開(kāi)閥過(guò)程中扭矩迅速增大到一峰值后逐漸減小、后又逐漸增大到穩(wěn)定；關(guān)閥過(guò)程中扭矩迅速增大到一峰值后逐漸減小、當(dāng)閥門即將關(guān)閉時(shí)又逐漸增大。

從附圖5中可以看出：浮動(dòng)式球閥開(kāi)閥過(guò)程中扭矩迅速增大到一峰值后減小到穩(wěn)定、當(dāng)閥門即將打開(kāi)時(shí)又稍微增大到穩(wěn)定；關(guān)閥過(guò)程中扭矩迅速增大到一峰值后減小到穩(wěn)定、當(dāng)閥門即將關(guān)閉時(shí)又增大。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本發(fā)明的電動(dòng)閥門動(dòng)態(tài)扭矩測(cè)量裝置滿足了DN50電動(dòng)球閥動(dòng)態(tài)扭矩全過(guò)程測(cè)量的要求。并且本發(fā)明在試驗(yàn)過(guò)程中無(wú)任何誤動(dòng)作，沒(méi)有發(fā)生失真現(xiàn)象。

本發(fā)明可廣泛用于閥門扭矩性能測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域。