項(xiàng)美根，項(xiàng)曉明,，徐永杰,，戴學(xué)祥

(黃山良業(yè)閥門有限公司,，安徽　黃山　245041)

摘要 ??

介紹了閥門啟閉扭矩連續(xù)測試裝置的性能特點(diǎn),、技術(shù)性能及其控制方式,。給出了裝置通過扭矩傳感器測試閥門的力矩變化并將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由計(jì)算機(jī)控制輸出的工作過程（該裝置專利申請?zhí)枺?00620149672X）,。

關(guān)鍵詞：閥門,；啟閉扭矩；測試裝置

Valve torque testing device for testing and research

XIANG Meigen,，XIANG Xiaoming,，XU Yongjie，DAI Xuexiang

(Huang Shanliang industry valve Limited,，Huangshan? 245041,，China)

Abstract： torque sensor in stem moves when measured torque changes, simulation data with A / D converted into digital signal input credited to the computer numerical control valve to the operation of electrical devices, computer can show that the realtime data, and printer output.

Keywords : valves; Hoist torque; Testing Device

1　概述

閥門的扭矩是指閥門開啟或關(guān)閉所必須施加的作用力或力矩，是閥門在介質(zhì)壓力作用下動(dòng)作的一項(xiàng)綜合技術(shù)指標(biāo),。關(guān)閉閥門時(shí),，需要使啟閉件與閥座兩密封面間形成一定的密封比壓，同時(shí)還要克服閥桿與填料之間,、閥桿與螺母的螺紋之間,、閥桿端部支承處及其他摩擦部位的摩擦力，因而必須施加一定的關(guān)閉力和關(guān)閉力矩,。另外,，閥門在啟閉過程中，所需要的啟閉力和啟閉力矩是變化的,，其最大值是在關(guān)閉的最終瞬時(shí)或開啟的最初瞬時(shí),。對(duì)有些特殊工況啟閉過程的速度有特殊要求。如有的要求迅速開啟或關(guān)閉,，以防發(fā)生事故,。有的要求緩慢關(guān)閉，以防產(chǎn)生水擊等,。有的要求在緊急狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)快速關(guān)閉,，避免事故的發(fā)生和提高其處理能力。

目前閥門檢測裝置大多數(shù)根據(jù)國家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以壓力表顯示其試驗(yàn)強(qiáng)度和密封性能,，這一簡單的試驗(yàn)方法并不能完全反映出一種閥門在設(shè)計(jì)與加工中存在的諸多問題,。為了力求降低閥門及其關(guān)閉力和關(guān)閉力矩，考核閥門綜合性能,，只有對(duì)閥門啟閉全過程的扭矩進(jìn)行檢測,，并對(duì)得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)加以判斷，才能得出合理的結(jié)論,，這對(duì)設(shè)計(jì)和制造閥門顯得尤為重要,。

2　性能特點(diǎn)

以閥門采用部分回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置為例進(jìn)行分析。

①閥門可通過手動(dòng)控制驅(qū)動(dòng)裝置開關(guān)閥門,，也可使用計(jì)算機(jī)程序?qū)︱?qū)動(dòng)裝置進(jìn)行操作,。

②在驅(qū)動(dòng)裝置與閥門之間連接一個(gè)轉(zhuǎn)矩傳感器，用于測量驅(qū)動(dòng)裝置的輸出轉(zhuǎn)矩即閥門的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩,。

③在驅(qū)動(dòng)裝置上方安裝了閥門關(guān)閉件位移傳感器,，與輸出軸直接連接，當(dāng)驅(qū)動(dòng)裝置運(yùn)行時(shí)可輸出閥門關(guān)閉件的位移訊號(hào),。

④驅(qū)動(dòng)裝置,、訊號(hào)采集器連接到工業(yè)計(jì)算機(jī)。

⑤工控機(jī)內(nèi)除了一般計(jì)算機(jī)所具有的配置外,，為了滿足測控要求還增加了三塊插件板,，P8R8DIO板、ISO－LD板和ENCODER300板,。P8R8DIO板用于控制驅(qū)動(dòng)裝置的運(yùn)行并接收驅(qū)動(dòng)裝置的行程開關(guān)和轉(zhuǎn)矩開關(guān)信號(hào),。ISO－LD板用于提供轉(zhuǎn)矩傳感器工作電源并接受來自轉(zhuǎn)矩傳感器的輸出信號(hào)，經(jīng)放大后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),。ENCODER300板用于接收來自信號(hào)采集器閥門關(guān)閉件的位移信號(hào)。

3? 技術(shù)參數(shù)

（1）測試裝置的工作原理見圖1,。

（2）測試裝置的型式,、代號(hào)、最大測試扭矩和連接型式及尺寸見表1和圖2,。閥門啟閉扭矩連續(xù)測試裝置型號(hào)由兩部分組成,。第一部分為字母，表示裝置的類別,。第二部分為數(shù)字,，表示裝置可測試的最大扭矩,。例如型號(hào)NQ—5表示閥門啟閉用扭矩連續(xù)測試裝置為部分回轉(zhuǎn)型，最大測試扭矩為5000N.m,。

（3）扭矩傳感器精度為0.5%,。扭矩測試系統(tǒng)的測量誤差≤1%。

（4）測試裝置的機(jī)械部分與測控顯示系統(tǒng)分置,。其兩部分連接方便,、快捷（電纜連接線長≥5m）。

（5）測試裝置能顯控閥門扭矩測試過程中任一開度位置的扭矩值,，并能輸出打?。ㄩy門開度位置與扭矩值對(duì)應(yīng)曲線圖）。

（6）測試裝置既可臥式也可立式安裝,，其驅(qū)動(dòng)方式既可電動(dòng)也可手動(dòng),。

圖1? 測試裝置結(jié)構(gòu)

表1? 測試裝置參數(shù)

注：NZ——多回轉(zhuǎn)型。專門用于測定閘閥,、截止閥,、節(jié)流閥、隔膜閥,、柱塞閥等閥門關(guān)閉件作直線運(yùn)動(dòng)的閥門動(dòng)態(tài)扭矩,。

NQ——部分回轉(zhuǎn)型。專門用于測定球閥,、蝶閥,、旋塞閥等閥門關(guān)閉件只作部分回轉(zhuǎn)的閥門動(dòng)態(tài)扭矩。

NS——通用型,?？勺鞑糠只剞D(zhuǎn)型用，又可作多回轉(zhuǎn)型用,。但用于測定閘閥,、截止閥、節(jié)流閥,、隔膜閥,、柱塞閥等關(guān)閉件作直線運(yùn)動(dòng)的閥門動(dòng)態(tài)扭矩時(shí)，測試裝置輸出軸最大轉(zhuǎn)圈數(shù)為3圈,，可以測定被測閥門在該范圍內(nèi)的啟閉動(dòng)態(tài)扭矩,。

圖2? 連接形式及尺寸

（7）測試裝置通過過渡接盤與閥門中法蘭上的連接座連接。

（8）為使測試裝置與閥門方便連接,，聯(lián)軸器采用三爪離合器連接方式,，傳感器輸出軸三爪由供方按最大扭矩設(shè)計(jì)制造。

（9）測試裝置所配電動(dòng)裝置為戶外型（防護(hù)等級(jí)：IP55）,，傳感器等采取防水措施,。

（10）為使測試裝置方便準(zhǔn)確地與閥門對(duì)接,，大規(guī)格測試裝置設(shè)置了吊鉤，使其平穩(wěn)吊裝,。

4　軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的軟件由VISUAL? BASIC語言編寫,，主要有控制和輸出二部分。工程文件和窗體文件包含有Visal Basic 語言的原代碼,，供用戶進(jìn)一步改進(jìn)時(shí)進(jìn)行參改。

（1）工作過程控制模塊

?、俨僮鳈?quán)控制,，在計(jì)算機(jī)開機(jī)前，操作權(quán)屬現(xiàn)場控制按鈕,，模塊可以將操作權(quán)收歸計(jì)算機(jī)控制,。

　②驅(qū)動(dòng)裝置的開,、關(guān),、停動(dòng)作控制。

?、坌谐陶üδ?，其作用是控制驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行一次開、關(guān)操作,，以求得閥門全行程編碼器輸出的脈沖總數(shù),，以便于以后的數(shù)據(jù)處理。因?yàn)槊恳粋€(gè)閥門的行程不完全相同,，所以計(jì)算機(jī)必須測試一下閥門的行程確切數(shù)值,，以備今后的數(shù)據(jù)處理，以免顯示的曲線變形,。

?、茏x傳感器轉(zhuǎn)矩功能。按下“轉(zhuǎn)矩單次采樣”按鈕,，程序進(jìn)行一次扭矩采樣,，采樣值顯示在”閥門轉(zhuǎn)矩”右邊的窗口內(nèi)，單位為KNm,。

⑤訊號(hào)采集器脈沖數(shù)功能,。點(diǎn)擊“讀脈沖數(shù)”按鈕，在閥門開度右邊的窗口內(nèi)會(huì)顯示閥門從全關(guān)運(yùn)行到當(dāng)前位置所生成的脈沖數(shù),，閥門運(yùn)行一圈將產(chǎn)生4000個(gè)脈沖,。

　⑥在傳感器不受力時(shí)的轉(zhuǎn)矩調(diào)零功能,。由于工作條件的變化,，傳感器輸出的零位可能會(huì)有少許變化,，此時(shí)可確定“轉(zhuǎn)矩調(diào)零”按鈕進(jìn)行調(diào)零。若傳感器在不受力的情況下,，確定“轉(zhuǎn)矩單次采樣”的數(shù)據(jù)不為零,，進(jìn)行轉(zhuǎn)矩調(diào)零后，再確定“轉(zhuǎn)矩單次采樣”后采出的數(shù)據(jù)值應(yīng)接近于零,。

?、唛_閥和關(guān)閥過程中連續(xù)采樣功能主要采集閥門動(dòng)作轉(zhuǎn)矩、行程,、運(yùn)行時(shí)間三個(gè)數(shù)據(jù),。開閥連續(xù)采樣時(shí)，先操作閥門到全關(guān)狀態(tài),，確定“開閥連續(xù)采樣”,，閥門開始開啟，計(jì)算機(jī)開始采樣,，每次三個(gè)數(shù)據(jù),，閥門扭矩，閥門開度,，運(yùn)行時(shí)間累計(jì)數(shù),，一直到閥門全開為止。關(guān)閥連續(xù)采樣過程類似于開閥連續(xù)采樣,，只不過采用此功能前應(yīng)先將閥門操作到全開位置,。

⑧存貯功能可將最近一次開閥與關(guān)閥采樣所得的數(shù)據(jù)存貯在某一文件內(nèi)，文件的名稱由3部分組成,，第一部分為“采集數(shù)據(jù)”,，第二部分為“當(dāng)天的日期”，第三部分為用戶輸入的內(nèi)容（可以是當(dāng)天的試驗(yàn)編號(hào),，也可以是簡短的說明）,。每次開閥連續(xù)采樣或者關(guān)閥連續(xù)采樣后，操作者如認(rèn)為數(shù)據(jù)有效,，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行存貯,，存貯后就形成一個(gè)數(shù)據(jù)文件。確定“保存連續(xù)采樣數(shù)據(jù)”按鈕,，程序會(huì)要求操作者輸入一組字符,，作為文件名的一部分，該數(shù)據(jù)文件由“采集數(shù)據(jù)”+試驗(yàn)日期+開(或關(guān))+操作者輸入字符幾個(gè)部分組成,，以區(qū)分每一次試驗(yàn)所得到的數(shù)據(jù),。

（2）輸出打印模塊

①讀取試驗(yàn)后保存的數(shù)據(jù)、根據(jù)讀取的數(shù)據(jù)顯示圖像。

②顯示閥門轉(zhuǎn)矩與開度關(guān)系曲線和閥門動(dòng)作時(shí)間與開度關(guān)系曲線,，打印顯示的圖像,。

③打印所讀取的數(shù)據(jù)。

5結(jié)語

利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集技術(shù)對(duì)閥門啟閉過程中的扭矩進(jìn)行采樣,，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行整理輸出閥門啟閉過程的扭矩圖譜,，并記錄打印輸出分析結(jié)果，可對(duì)閥門的啟閉過程中發(fā)生的扭矩變化進(jìn)行全面定量了解,、和閥門設(shè)計(jì)與使用過程中產(chǎn)生的問題進(jìn)行分析,，供閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)的正確選配提供依據(jù)，與影響閥門扭矩大的因素進(jìn)行分析研究,，以達(dá)到降低閥門操作扭矩,，為控制生產(chǎn)成本，提高閥門產(chǎn)品質(zhì)量與使用壽命提供解決方法,，這對(duì)閥門的新產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)、給驅(qū)動(dòng)裝置的合理配套選型等都有非常重要的意義,。首臺(tái)測試扭矩為20 000N.m的閥門啟閉扭矩連續(xù)測試裝置通過反復(fù)試驗(yàn)運(yùn)行,，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均符合設(shè)計(jì)要求。

作者簡介：項(xiàng)美根（1942.12）浙江浦江人,，高級(jí)工程師,，從事閥門與閥門驅(qū)動(dòng)裝置的開發(fā)研究。原為機(jī)械部合肥通用機(jī)械研究所高級(jí)工程師,，現(xiàn)任黃山良業(yè)閥門有限公司董事長,，中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)閥門專業(yè)委員會(huì)委員，中國閥門協(xié)會(huì)科技專家委員會(huì)顧問,，國際標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)ISOTC153專家,，全國閥門標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)委員，參加國際與國內(nèi)閥門行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定,，是我國第二代閥門電裝聯(lián)合設(shè)計(jì)主持人,。