回流閥流量試驗臺設計

2015-01-29 余鵬 北京航天動力研究所

  介紹了回流閥試驗臺的結構、工作原理及功能特點,驗證了試驗臺滿足回流閥試驗要求。

1、概述

  回流閥是一種安裝在泵出口的特殊閥門,具有止回、流量感知及旁通流量控制功能,用于離心泵最小流量保護。回流閥試驗不僅要測量CV值等常規閥門參數,還需獲取閥門流量性能曲線。因此,真空技術網(http://smsksx.com/)認為回流閥試驗臺與傳統閥門流量試驗臺不同。

2、試驗要求

  回流閥( 圖1) 能動態感知主路流量變化,隨主路流量調整旁通流量。當主閥完全關閉、旁通處于完全打開位置時,泵處于最小需求流量工況,可有效保護泵不發生汽蝕。隨著主路止回閥逐漸開啟,旁通逐漸關閉,工藝流量和再循環流量之和大于泵的最小需求流量。隨著工藝流量增加,當主閥處于全開位置時,旁通完全關閉。回流閥試驗需要模擬主路工藝流量變化,以測試回流閥對主路流量變化的響應,確保回流閥能夠按照設計要求隨主路流量變化進行旁通流量調整,保證工藝流量和再循環流量之和大于泵的最小需求流量。

  回流閥試驗臺應具有主路流量可調節功能,以模擬主路工藝流量變化,還應能夠準確測量主路流量、旁路流量、主路壓降和旁路壓降等體現閥門性能的關鍵參數,并滿足主路口徑為1.5 ~ 20 in. (40 ~500mm) 閥門試驗需求。

回流閥流量試驗臺設計

圖1 回流閥

3、試驗臺

  回流閥試驗臺相比于傳統閥門液流試驗臺的最大區別是增加了旁路管線( 圖2) ,可以測量旁路管線流量和壓強。

  3.1、管路系統

  試驗臺有2 個固定主路,分別對應1 號工位和2 號工位,兩個工位適用于1.5 ~ 20 in. 回流閥試驗。試驗臺還有口徑為10 in. ( 250 mm ) 、6 in.(150mm) 、4 in. (100mm) 以及1.5 in. 可拆卸旁路,可以配合主路工位實現不同口徑主旁路組合,實現不同型號回流閥試驗。同時主路和旁路都配備有相應口徑的電磁流量計,用于分別測量主旁路流量。管路上壓力表測壓點依照GB/T 17213.9 - 2005 相關要求排布,保證壓力測量值準確可靠。

回流閥流量試驗臺設計

圖2 試驗臺管路系統

  3.2、動力系統

  閥門液流試驗臺動力系統主要分為擠壓式和泵壓式。擠壓式動力系統的試驗介質儲存在壓力容器中,通過高壓氣源保證壓力容器內的壓強,按試驗需求壓強實現壓力容器內的介質定壓排放。擠壓式動力系統受氣源和壓力容器限制,試驗持續時間較短,同時能夠提供的流量通常也較小。其優點是能夠方便的提供較大的壓強,用于閥門試驗。泵壓式動力系統通過離心泵提供能量給試驗介質,試驗壓強受離心泵能力限制,其優點是能夠實現長時間大流量的試驗介質供給,但其最大試驗能力受泵能力限制,通常不能實現提供較大壓強。

  回流閥流量試驗持續時間長,需求流量大,且并不要求較大壓強,故試驗臺的動力系統采用離心泵系統。系統由2 臺高壓泵和2 臺低壓泵組成,可滿足不同工況回流閥的試驗。在需求大流量工況下,還可采用2 泵并聯方式加大流量輸出,滿足試驗需求。

  3.3、電控系統

  為方便試驗,試驗臺配備了電控系統用于控制主路電動調節閥(圖3) 。每個閥門配有開、關功能的兩組控制按鈕,可編程控制器根據用戶的操作,輸出信號控制對應的閥門控制器,控制對應閥門開關以實現主路流量的電控調節。

  試驗臺的電控系統與電測系統相互獨立,采用開環控制。試驗點是否符合要求由人工判讀,確定試驗點滿足要求后,操作軟件進行相關數據采集記錄。采用開環控制方案是因為試驗臺采用的電磁流量計測量相應時間較長,電動閥相應可編程控制器的控制信號也需要較長時間,這使得實際測量過程中測量值與電動閥動作之間的滯后嚴重。如直接采用閉環控制存在試驗點調整困難,試驗點間調整速度慢的問題。而采用開環控制可以使試驗點調整更加方便,試驗點選取也更靈活,有利于提高試驗效率。

回流閥流量試驗臺設計

圖3 電控系統

  3.4、電測系統

  回流閥試驗需記錄的數據為主路流量、旁路流量、入口壓強、主路出口壓強和旁路出口壓強,為保證數據采集的同步性和精度,采用電測系統實現試驗臺數據的采集和記錄功能(圖4) 。

回流閥流量試驗臺設計

圖4 電測系統

  試驗臺采用的壓力表和流量計帶有4 - 20mA信號輸出,能夠將測量值轉化為相應電信號值反饋到數據采集系統。相關數據以電信號形式輸入到數據采集系統硬件部分,與數據采集系統相聯的計算機,通過專用軟件可以實現數據濾波、數據記錄,并在已有數據的基礎上實現報表輸出和試驗曲線生成等相關后續處理功能。整套電測系統可以實現8 通道數據同步采集,同時每個通道可單獨配置采集量,可以滿足試驗臺的使用要求。

4、測試

  將4 in. 回流閥在試驗臺上進行測試,其流量性能曲線( 圖5) 反映出回流閥在主旁路切換過程中動作順暢,進程和回程動作性能一致,運動過程無卡塞。所試驗閥門的主旁路切換點在試驗最大流量的50%左右,滿足設計要求。

回流閥流量試驗臺設計

圖5 回流閥試驗流量性能曲線

5、結語

  試驗臺在實際應用過程中滿足回流閥試驗需求,通過試驗能夠掌握回流閥工作特性,保證出廠產品符合設計要求,有利于提高回流閥產品質量。