一、設(shè)計(jì)原理
彈簧安全閥的開啟、關(guān)閉動作是依靠其進(jìn)口端的介質(zhì)壓力變化和彈簧預(yù)緊力來使閥芯自動開啟及關(guān)閉。當(dāng)介質(zhì)壓力(內(nèi)壓)升高到提升力比彈簧預(yù)緊力大時,閥芯克服彈簧預(yù)緊力自動開啟,泄放多余的介質(zhì),使內(nèi)壓下降,又由于彈簧力的作用,當(dāng)內(nèi)壓降至安全值時,閥芯自動關(guān)閉,泄放停止。
根據(jù)這個原理,可以設(shè)想,在線(又稱熱態(tài))測量或調(diào)整安全閥時,如果由外部提供一個向上的附加力,則當(dāng)介質(zhì)壓力與這個附加力的總和剛剛克服彈簧預(yù)緊力時,閥芯同樣也會開啟,甚至在沒有介質(zhì)作用的離線(又稱冷態(tài))條件下,單獨(dú)由外部附加力克服彈簧預(yù)緊力時,閥芯也可開啟,圖一清楚地表示了這種力的平衡關(guān)系。
很明顯,我們可以看出,閥芯開啟的條件為:FT=FW+PL×S
其中: FT——彈簧預(yù)緊力
FW——外部附加力
PL—— 介質(zhì)作用壓力
S——安全閥密封面面積
則整定壓力P為:P=PL+FW/S
當(dāng)冷態(tài)時,P=FW/S
顯然,如果能夠準(zhǔn)確地測定附加外力FW,就可以根據(jù)已知的閥芯面積S和系統(tǒng)工作壓力,很容易地求得安全閥的整定壓力P。這即為安全閥在線測試技術(shù)的設(shè)計(jì)依據(jù)和原理。
二、技術(shù)依據(jù)
根據(jù)對彈簧安全閥開啟動作特性的分析,可以得出:在外加力FW的作用下,一個安全閥從關(guān)閉到開啟,再由開啟到關(guān)閉的全過程中,外附加力FW的變化規(guī)律:
為熱態(tài)(在線)測試時的過程曲線,當(dāng)附加力從零逐步增加,與內(nèi)壓力PL×S之和正好為彈簧預(yù)緊力時,閥門微啟,增大了介質(zhì)作用面積S,使得用來克服彈簧預(yù)緊力的內(nèi)壓作用力急劇增大,其結(jié)果在瞬間減小了外附加力。從而出現(xiàn)第一個特征峰A。當(dāng)外附加力逐漸減小而達(dá)到關(guān)閉點(diǎn)時,由于介質(zhì)作用面積忽然減小,為保持力的平衡關(guān)系,此時,外附加力會出現(xiàn)瞬間回升現(xiàn)象,即第二個特征峰點(diǎn)B。上述兩個特征峰點(diǎn)A和B是在線條件下檢測安全閥整定壓力、回座壓力的技術(shù)依據(jù)。
為冷態(tài)環(huán)境時的測試過程曲線,當(dāng)閥門未打開前,外附加力克服閥芯靜態(tài)剛性力,當(dāng)達(dá)到開啟點(diǎn)以后,外附加力改為克服彈簧的彈性力,兩者隨時間變化的斜率不同,從而出現(xiàn)第一個拐點(diǎn)C,同樣情況,在閥門關(guān)閉時也會出現(xiàn)另一個拐點(diǎn)D。這兩個拐點(diǎn)分別對應(yīng)閥門的開啟和回座,正是冷態(tài)時測試閥門開啟、回座壓力的技術(shù)依據(jù)。從以上分析不難看出,安全閥在線測試技術(shù)的關(guān)鍵在于如何正確迅速地找到對應(yīng)開啟的特征點(diǎn)。
三、方案確定、系統(tǒng)構(gòu)成
在線檢測系統(tǒng)由機(jī)械夾具、液壓動力單元和數(shù)據(jù)采集處理單元三大部分組成,彼此相對獨(dú)立,由兩條10米長的液壓軟管和兩條10米長的五芯屏蔽電纜互相聯(lián)成一個完整的安全閥測試系統(tǒng)。它具有體積小、重量輕、組件模塊化、設(shè)備計(jì)算機(jī)化、操作簡單、穩(wěn)定可靠等顯著特點(diǎn),性能在許多方面都超過國外同類儀器水平。
機(jī)械夾具:保證對待測安全閥實(shí)施夾持定位,為液壓動力單元提供施加外力的環(huán)境,采用組合式結(jié)構(gòu),拆卸十分方便。其中,力傳感器采用輪輻式結(jié)構(gòu),靈敏度極高,精度可達(dá)到0.05% ,壓力傳感器采用高溫型傳感器,工作溫度可達(dá)200~250度。兩種傳感器均為高輸出式,內(nèi)藏放大器,其線性度、重復(fù)性和抗干擾能力極強(qiáng)。
測試系統(tǒng)采用了二通道低增益,高精度放大電路,智能化A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集電路,可同時采集力、壓力二個參數(shù),核心部分選用目前市場上先進(jìn)的筆記本電腦(CPU PM1.6G),可繪制曲線并打印測試結(jié)果,具有漢字化的人機(jī)對話功能,各測量通道的數(shù)據(jù)均可在屏幕上顯示,在超量程的情況下,確保系統(tǒng)和安全閥的安全,全部硬件采用模塊化結(jié)構(gòu),便于維修和調(diào)試。
另外,為保證主機(jī)能在50℃的高溫環(huán)境下正常連續(xù)的工作,特別設(shè)計(jì)了輔助配套設(shè)備——電腦低溫工作臺。
四、測試步驟簡述
選擇被測試安全閥,根據(jù)系統(tǒng)安裝圖可方便地完成NSH部件的安裝和連接;
在計(jì)算機(jī)主控窗口上單擊“裝入?yún)?shù)”選定被測安全閥及其參數(shù);
選擇壓力傳感器測量方式,輸入基礎(chǔ)壓力值;
核對無誤后,單擊“再線定壓”,此時系統(tǒng)提示:“正在測試!請等待!”打開液壓單元電源開關(guān)至“開啟”位置,調(diào)整“系統(tǒng)壓力調(diào)整”旋鈕至計(jì)算機(jī)指示“所需油壓”值;
將換向控制旋鈕旋至“提升”位置,使油缸活塞帶動被測閥的閥桿向上移動;
通過觀察閥桿上升或聽到介質(zhì)排泄的聲音,確定閥已開啟后,將換向控制旋鈕旋回“復(fù)位”位置,關(guān)閉電源;
計(jì)算機(jī)將自動進(jìn)入結(jié)果顯示窗體,顯示測試曲線、測試時間、整定壓力、調(diào)整高度等參數(shù);
根據(jù)計(jì)算機(jī)提示的調(diào)整高度,調(diào)節(jié)定壓螺母;
單擊“退出”鈕,重新起動測試程序,得出新的測試曲線和結(jié)果。
反復(fù)執(zhí)行上述步驟,直至整定壓力和整定壓力相差不大于“測量允許誤差” 時,此時計(jì)算機(jī)顯示“調(diào)節(jié)完畢”,表示測量結(jié)束。
現(xiàn)場調(diào)試完成后,可根據(jù)要求隨時調(diào)用、查看以及打印測試曲線和測試報(bào)告。
注:具體操作步驟請參閱使用說明書
五、誤差分析
根據(jù)選用MSC—5101采樣器、傳感器的精度以及放大器設(shè)計(jì)精度,測試系統(tǒng)整定壓力度量誤差分析如下:
其中:f——物理量(力、壓力) V1V2——中間電量 N——數(shù)字量(力、壓力) K1、K2、K3——各級轉(zhuǎn)換系數(shù)
按誤差傳遞理論,絕對誤差和相對誤差分別為:
因而,可以求得提升力和壓力的相對誤差分別為:
根據(jù)整定壓力計(jì)算公式:P=PL+FW/S 其中:P——整定壓力 PL——系統(tǒng)內(nèi)壓 S——閥門密封面積 FW——附加外力 從而可以得出整定壓力的相對誤差為: 由此可以看出,整定壓力的相對誤差不僅和附加力、系統(tǒng)內(nèi)壓有關(guān),而且與密封面積有關(guān), 就一般而言,安全閥密封面直徑在20~150mm,通過計(jì)算分析,可以得出:
六、技術(shù)指標(biāo):
·適用安全閥范圍:整定壓力0~35Mpa;
·電動液壓提升力范圍:0~ 5 KN ;0~ 20 KN ;0~ 50 KN
·液壓單元輸出:0~ 8MPa 連續(xù)可調(diào)
·整機(jī)功耗:300W
·拉力測量范圍精度:0~5 KN;0~20 KN;0~ 50KN; 0~ 120KN; 0~ 150KN; ( 0.05%F.S); ·壓力測量范圍精度:0~7MPa;0~24MPa;0~35MPa ( 0.2%F.S)
·環(huán)境濕度:<85% ·環(huán)境溫度:-5℃ ~ 60℃ (專配計(jì)算機(jī)調(diào)溫工作箱)
測量精度滿足:
·中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《安全閥 一般要求》(GB/T12241-2005)
·中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《彈簧直接式安全閥》(GB/T12241-2005)
·中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電站鍋爐安全閥應(yīng)用導(dǎo)則》(DL/T959-2005)
·中華人民共和國電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程》(DL647-2004)
·中華人民共和國電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》(DL612-1998)
液壓動力單元:提供可調(diào)節(jié)的液壓輸出和流量,******輸出10MPa,******提升力為50KN,用以控制外加的提升力和提升速度。數(shù)據(jù)處理單元:它是測試系統(tǒng)的核心,直接決定系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。