回流阀流量试验台设计

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京航天动力研究所 作者:余鹏

  介绍了回流阀试验台的结构、工作原理及功能特点,验证了试验台满足回流阀试验要求。

1、概述

  回流阀是一种安装在泵出口的特殊阀门,具有止回、流量感知及旁通流量控制功能,用于离心泵最小流量保护。回流阀试验不仅要测量CV值等常规阀门参数,还需获取阀门流量性能曲线。因此,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为回流阀试验台与传统阀门流量试验台不同。

2、试验要求

  回流阀( 图1) 能动态感知主路流量变化,随主路流量调整旁通流量。当主阀完全关闭、旁通处于完全打开位置时,泵处于最小需求流量工况,可有效保护泵不发生汽蚀。随着主路止回阀逐渐开启,旁通逐渐关闭,工艺流量和再循环流量之和大于泵的最小需求流量。随着工艺流量增加,当主阀处于全开位置时,旁通完全关闭。回流阀试验需要模拟主路工艺流量变化,以测试回流阀对主路流量变化的响应,确保回流阀能够按照设计要求随主路流量变化进行旁通流量调整,保证工艺流量和再循环流量之和大于泵的最小需求流量。

  回流阀试验台应具有主路流量可调节功能,以模拟主路工艺流量变化,还应能够准确测量主路流量、旁路流量、主路压降和旁路压降等体现阀门性能的关键参数,并满足主路口径为1.5 ~ 20 in. (40 ~500mm) 阀门试验需求。

回流阀流量试验台设计

图1 回流阀

3、试验台

  回流阀试验台相比于传统阀门液流试验台的最大区别是增加了旁路管线( 图2) ,可以测量旁路管线流量和压强。

  3.1、管路系统

  试验台有2 个固定主路,分别对应1 号工位和2 号工位,两个工位适用于1.5 ~ 20 in. 回流阀试验。试验台还有口径为10 in. ( 250 mm ) 、6 in.(150mm) 、4 in. (100mm) 以及1.5 in. 可拆卸旁路,可以配合主路工位实现不同口径主旁路组合,实现不同型号回流阀试验。同时主路和旁路都配备有相应口径的电磁流量计,用于分别测量主旁路流量。管路上压力表测压点依照GB/T 17213.9 - 2005 相关要求排布,保证压力测量值准确可靠。

回流阀流量试验台设计

图2 试验台管路系统

  3.2、动力系统

  阀门液流试验台动力系统主要分为挤压式和泵压式。挤压式动力系统的试验介质储存在压力容器中,通过高压气源保证压力容器内的压强,按试验需求压强实现压力容器内的介质定压排放。挤压式动力系统受气源和压力容器限制,试验持续时间较短,同时能够提供的流量通常也较小。其优点是能够方便的提供较大的压强,用于阀门试验。泵压式动力系统通过离心泵提供能量给试验介质,试验压强受离心泵能力限制,其优点是能够实现长时间大流量的试验介质供给,但其最大试验能力受泵能力限制,通常不能实现提供较大压强。

  回流阀流量试验持续时间长,需求流量大,且并不要求较大压强,故试验台的动力系统采用离心泵系统。系统由2 台高压泵和2 台低压泵组成,可满足不同工况回流阀的试验。在需求大流量工况下,还可采用2 泵并联方式加大流量输出,满足试验需求。

  3.3、电控系统

  为方便试验,试验台配备了电控系统用于控制主路电动调节阀(图3) 。每个阀门配有开、关功能的两组控制按钮,可编程控制器根据用户的操作,输出信号控制对应的阀门控制器,控制对应阀门开关以实现主路流量的电控调节。

  试验台的电控系统与电测系统相互独立,采用开环控制。试验点是否符合要求由人工判读,确定试验点满足要求后,操作软件进行相关数据采集记录。采用开环控制方案是因为试验台采用的电磁流量计测量相应时间较长,电动阀相应可编程控制器的控制信号也需要较长时间,这使得实际测量过程中测量值与电动阀动作之间的滞后严重。如直接采用闭环控制存在试验点调整困难,试验点间调整速度慢的问题。而采用开环控制可以使试验点调整更加方便,试验点选取也更灵活,有利于提高试验效率。

回流阀流量试验台设计

图3 电控系统

  3.4、电测系统

  回流阀试验需记录的数据为主路流量、旁路流量、入口压强、主路出口压强和旁路出口压强,为保证数据采集的同步性和精度,采用电测系统实现试验台数据的采集和记录功能(图4) 。

回流阀流量试验台设计

图4 电测系统

  试验台采用的压力表和流量计带有4 - 20mA信号输出,能够将测量值转化为相应电信号值反馈到数据采集系统。相关数据以电信号形式输入到数据采集系统硬件部分,与数据采集系统相联的计算机,通过专用软件可以实现数据滤波、数据记录,并在已有数据的基础上实现报表输出和试验曲线生成等相关后续处理功能。整套电测系统可以实现8 通道数据同步采集,同时每个通道可单独配置采集量,可以满足试验台的使用要求。

4、测试

  将4 in. 回流阀在试验台上进行测试,其流量性能曲线( 图5) 反映出回流阀在主旁路切换过程中动作顺畅,进程和回程动作性能一致,运动过程无卡塞。所试验阀门的主旁路切换点在试验最大流量的50%左右,满足设计要求。

回流阀流量试验台设计

图5 回流阀试验流量性能曲线

5、结语

  试验台在实际应用过程中满足回流阀试验需求,通过试验能够掌握回流阀工作特性,保证出厂产品符合设计要求,有利于提高回流阀产品质量。

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