介紹一種基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集的低溫閥門性能測(cè)試裝置,該裝置具有對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)集中儲(chǔ)存、顯示和打印功能,并可實(shí)現(xiàn)對(duì)液氮罐自增壓系統(tǒng)的自動(dòng)控制,可提高試驗(yàn)的工作效率、操作及時(shí)性、準(zhǔn)確性和安全性。指出將計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)等應(yīng)用于試驗(yàn)裝置上是今后的發(fā)展方向。

1、概述

　　隨著低溫技術(shù)的發(fā)展,低溫流體得到越來越廣泛的應(yīng)用,例如液氮被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)、科研領(lǐng)域、醫(yī)療衛(wèi)生等,液氮和液氧作為火箭推進(jìn)劑在國防領(lǐng)域表現(xiàn)出顯著優(yōu)點(diǎn)。另外,近幾年來,隨著能源緊缺,液化天然氣也成為主要能源之一。在使用低溫液體的各個(gè)環(huán)節(jié),低溫閥門是不可或缺的管路附件。然而,由于該類閥門多工作在- 100℃以下的超低溫溫區(qū),因此對(duì)其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、制造過程及檢驗(yàn)試驗(yàn)等均提出了專門的要求。尤其是在低溫閥門產(chǎn)品檢驗(yàn)中,除應(yīng)滿足常溫下相同于通用閥門的各種性能檢驗(yàn)要求外,還要進(jìn)行低溫條件下的性能測(cè)試檢驗(yàn)。低溫試驗(yàn)的主要任務(wù)是檢測(cè)閥門在低溫中的氣密性和啟閉性能等。因此測(cè)試裝置十分重要,裝置性能的先進(jìn)性決定了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。為此研發(fā)了一種新型低溫閥門綜合性測(cè)試裝置,功能包含低溫試驗(yàn)和深冷處理兩個(gè)方面,其中溫度信號(hào)、壓力信號(hào)以及閥門泄漏量等通過利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)量。該裝置具有對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)集中儲(chǔ)存、顯示和打印功能。本文著重論述該裝置在閥門閥座密封性方面低溫試驗(yàn)的內(nèi)容。

2、低溫試驗(yàn)裝置現(xiàn)狀

　　國內(nèi)外涉及低溫閥門的生產(chǎn)廠商和科研機(jī)構(gòu)對(duì)低溫閥門的低溫性能測(cè)試十分重視,積極地開展了這方面的研發(fā)工作。由于采用的制冷與低溫方式不同,在試驗(yàn)裝置的布置上存在較大的差異�，F(xiàn)經(jīng)常采用的有浸漬法和保冷法兩種方式。浸漬法(即外部冷卻法)是將閥門直接放到裝有液氮的保冷箱中冷卻,當(dāng)閥門溫度驟冷至工作溫度后再用氦氣進(jìn)行密封性能試驗(yàn)。保冷法(即內(nèi)部冷卻法)是將閥門安裝在保冷箱中,通入低溫介質(zhì)進(jìn)入閥門內(nèi)部降溫,當(dāng)溫度降到規(guī)定值時(shí),將低溫介質(zhì)放掉,然后通入規(guī)定壓力的氦氣進(jìn)行試驗(yàn)。另外還有噴淋法,是將閥門安裝在保冷箱中,使用噴淋頭向保冷箱中噴入液氮,當(dāng)保冷箱中溫度達(dá)到試驗(yàn)溫度時(shí),停止噴液氮,然后按規(guī)定壓力通入氮?dú)膺M(jìn)行試驗(yàn)。但噴淋法不適用超低溫閥門。國內(nèi)外常用的低溫試驗(yàn)裝置有如下幾種。

2.1、日本閥門行業(yè)用低溫閥門試驗(yàn)裝置

　　日本閥門行業(yè)用低溫閥門試驗(yàn)裝置(圖1)使用了浸漬法和保冷法兩種方式。浸漬法低溫試驗(yàn)裝置適用于閘閥、截止閥和止回閥。保冷法低溫試驗(yàn)裝置適用于各類閥門。低溫閥閥座密封試驗(yàn)壓力及持續(xù)時(shí)間見表1,低溫試驗(yàn)允許泄漏率見表2,泄漏量檢測(cè)方法在圖中顯示為水槽中測(cè)量容器。

(a)浸漬法低溫試驗(yàn)裝置(止回閥進(jìn)出口的配管相反) 　(b)保冷法低溫試驗(yàn)裝置(A、B點(diǎn)的溫度差要在20℃以內(nèi))

圖1　日本閥門行業(yè)用低溫試驗(yàn)裝置

2.2、歐美閥門行業(yè)用低溫閥門試驗(yàn)裝置

　　歐美閥門行業(yè)多采用英國制定的閥門標(biāo)準(zhǔn)BS6364: 1984 (R1998)《低溫閥門》,適用于閘閥、截止閥、止回閥、球閥和蝶閥,溫度范圍- 196～- 50℃,其低溫試驗(yàn)方法屬于浸漬法(圖2) 。低溫試驗(yàn)壓力為被測(cè)閥門的額定密封試驗(yàn)壓力。低溫試驗(yàn)容許泄漏率見表3。泄漏量的檢測(cè)方法在圖中顯示為酒精計(jì)泡器和流量計(jì)。

3.3、測(cè)試方法

(1) 溫度

　　試驗(yàn)溫度測(cè)量涉及室溫至液氮溫度區(qū)范圍, 采用熱電偶溫度計(jì)測(cè)量, 溫度電信號(hào)通過數(shù)字多用表測(cè)量、采集并輸入測(cè)控計(jì)算機(jī), 在計(jì)算機(jī)界面上顯示, 并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成記錄和保存。與此同時(shí),計(jì)算機(jī)將溫度測(cè)量值輸送到儀表面板上的溫度顯示儀進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示。

(2) 壓力

　　試驗(yàn)壓力測(cè)量范圍為0～10M Pa。采用指針式精密壓力表和數(shù)字式壓力表在儀表面板上對(duì)系統(tǒng)壓力進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)顯示, 同時(shí), 采用壓力變送器測(cè)量系統(tǒng)壓力, 并轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào), 經(jīng)數(shù)字多用表測(cè)量、采集并輸入測(cè)控計(jì)算機(jī), 在計(jì)算機(jī)界面上顯示, 并由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成記錄和保存。

(3) 液位

　　為了確保液氮液面高度滿足閥門測(cè)試的要求,采用差壓式壓力變送器測(cè)量液位高度。測(cè)量電信號(hào)通過數(shù)字多用表測(cè)量、采集并輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示, 并提醒加注液氮和停止液氮加注操作。

(4) 流量

　　根據(jù)閥門密封形式的不同, 閥門的允許泄漏量是不同的。軟密封結(jié)構(gòu)的閥門, 其泄漏量應(yīng)該為零。而對(duì)于硬密封的閥門, 本身是允許有一定泄漏量的。基于上述情況, 配備兩種測(cè)量流量的裝置,其一是小流量的流量計(jì), 用來測(cè)量允許具有一定泄漏量的硬密封閥門或者軟密封閥門在相對(duì)不正常工作狀態(tài)下時(shí)的泄漏情況。

　　對(duì)于微小泄漏量, 由于一般的流量計(jì)已經(jīng)無法檢測(cè)到, 需通過觀察并計(jì)數(shù)開口端在水中泄漏氣泡數(shù)的形式進(jìn)行測(cè)量。利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄電脈沖的數(shù)目, 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)數(shù)。

4、結(jié)語

　　基于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的低溫閥門性能測(cè)試裝置, 可以把熱電偶、壓力傳感器、液位傳感器和流量計(jì)的各路信號(hào), 經(jīng)前置處理后輸入到計(jì)算機(jī)中, 通過數(shù)據(jù)采集軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示、存儲(chǔ)和打印, 還可根據(jù)相關(guān)參數(shù)的設(shè)置來控制液氮罐的自增壓系統(tǒng)對(duì)低溫試驗(yàn)槽進(jìn)行加注液氮。該測(cè)試系統(tǒng)采用集中式數(shù)據(jù)監(jiān)控, 既實(shí)現(xiàn)了通過計(jì)算機(jī)發(fā)出指令進(jìn)行自動(dòng)操作, 提高工作效率、操作的及時(shí)性、準(zhǔn)確性及安全性, 又便于數(shù)據(jù)的統(tǒng)一保存和管理。

參考文獻(xiàn)

　　〔1〕　陸培文. 實(shí)用閥門設(shè)計(jì)手冊(cè)〔M 〕. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2006.
　　〔2〕　JB/T 7749-1995, 低溫閥門技術(shù)條件〔S〕.
　　〔3〕　BS 6364 - 1984 (R1998) , 低溫閥門〔S〕.
　　〔4〕　SHELL M ESC SPE 77 /306: 2002, 低溫閥門產(chǎn)品試驗(yàn)〔S〕