大口径蝶阀扭拒试验装置研究

    1 引言
    蝶 阀以其结构紧凑、操作扭矩小、启闭迅速灵活、流阻小、流量系数大且维护使用方便的特点，得到广泛应用。本文根据某阀门厂对生产的蝶阀扭矩试验要求，研制了以一套蝶阀扭矩试验装置，该试验装置不仅可对蝶阀在空载下进行扭矩试验，而且可以模拟蝶阀在试验压力下进行开阀扭矩试验。该试验装置的研制成功，为蝶阀特别是大口径蝶阀的动力执行机构选型提供重要依据，而且该试验装置及试验方法同样适用于其他类型各通径阀门的扭矩试验，具有较强的通用性、扩展性。
    2 试验装置设计
    本套试验装置包括介质循环系统、试验台架、电气控制系统。介质循环系统为试验提供一定的水压及流量；试验台架为大口径蝶阀提供试验平台；电气控制系统为试验装置供配电，控制电动装置的启停并提供安全保护，并为回路系统参数、传感器远传数据进行采集。
    2.1 介质循环系统设计
    介质循环系统原理如图1所示，该介质循环系统可为开、关阀扭矩试验提供压力2.5MPa，流量90m3/h的试验条件。

图1 介质循环系统原理示意

    系统中两台多级泵并联使用，单台泵的工作压力为2.5MPa，工作流量为46m3/h，当要求试验流量超过46m3/h时，两台泵同时启用。在多级泵出口增加一旁通支路，支路上设有节流阀1、电磁阀2；该支路的作用是：当试验阀门关闭时，电磁阀2打开及时泄压至所需的试验压力，电磁阀2的开关由试验阀门的关到位信号控制。
    在进行阀门扭矩试验前，设试验阀门开始处于全开状态，电磁阀2处于关闭状态，全开3号阀，通过调节4号、5号电动调节阀，将试验阀阀前压力调至所需的试验压力；然后保持4号、5号电动调节阀的开度不变，关闭3号阀，合上调试开关，打开2号电磁阀，将1号节流阀调至合适的开度，使试验阀前压力为所需的试验压力；合上工作开关，2号电磁阀自动关闭，全开3号阀，即可进行试验阀门在试验压力下的关、开阀扭矩试验。
    本介质循环系统可模拟的流量不超过90m3/h，适应DN100以下阀门的水压动态扭矩试验。对于大口径阀门，亦可对该套系统进行改造，模拟出大流量，但成本过高，不宜采用。但是该系统可以模拟阀门带压开阀瞬间情况，而在生产活动中，带压开阀瞬间的扭矩值才是设计人员关心的重要参数。
    2.2 试验台架设计
    扭矩试验台架由传动系统（电动装置、基座、扭矩传感器）、阀杆联接装置、过渡法兰、移动平台、台架等组成，如图2所示。

图2 扭矩试验台架组成图

    电动装置的作用是提供阀门开启、关闭的动力，同时利用该装置的位置指示、过扭保护等功能保护被测阀门。
    阀门测验前，根据蝶阀的通径、型号选择合适的阀门定位装置、过渡法兰、阀杆联接装置、传动系统。此时，移动平台位于台架外侧，先将被测试阀门、过渡法兰、阀门定位装置联接好后在移动平台上定位，然后将移动平台定位至试验位置，通过纵向、横向位置微调装置保证阀门输出轴与扭矩传感器同轴，可靠联接后即可进行扭矩测试。
    该试验台架具有操作方便、较强的通用性与扩展性，不仅可对大口径蝶阀进行扭矩试验，更换传动系统、阀杆联接装置、过渡法兰后，也可对其他类型阀门进行扭矩试验。
    2.3 电气控制系统设计
    电气控制系统是扭矩试验台的一个重要组成部分。整个试验总站的电气设备运行状态显示、回路参数的监测、试验参数的设定和控制等都是由它来完成的。该系统很大程度上决定了试验总站参数测量的精度和控制操作的特性。
    电气控制系统原理如图3所示，主要由以下电控柜组成：集中控制台、现场信号采集柜、扭矩控制箱。

图3 电气控制系统原理示意

    集中控制台内的主控单元为德国公司S7-300PLC、信号采集柜和扭矩控制箱内的主控单元为德国SIEMENS公司S7-200PLC组成了Profibus DP总线网络，信号采集柜负责现场的各种信号的采集并处理相关电气元件的动作，并把采集来的信号通过Profibus DP总线传输到集中制控制台内的主控单元S7-300PLC上，在经过S7-300PLC处理最后把数据传输至上位机PC。
    3 样机试验
    通过该套装置对某阀门厂制造的DN900双偏心蝶阀进行了空载试验、带压试验，得到了一系列试验数据。图4所示为DN900蝶阀空载开阀扭矩试验曲线，图5所示为DN900蝶阀空载关阀扭矩试曲线，图6所示为DN900蝶阀在1.0MPa试验压力下开阀扭矩试验曲线，图7所示为DN900蝶阀在1。0MPa试验压力下关阀扭矩试验曲线，其中试验压力为阀门的入口压力。

图4 DN900蝶阀空载开阀扭矩试验曲线

图5 DN900蝶阀空载关阀扭矩试验曲线

    在数据采集系统设置当中，将开阀扭矩方向设为正向，扭矩值为正值；关阀扭矩方向为反向，扭矩值为负值。通过这些数据可知：
    （1）开阀时，扭矩值有明显突变，在带压状态下突变尤为明显；
    （2）阀门设计时，应以阀门的最大开阀扭矩值作为设计依据。

图6 DN900蝶阀在1.0MPa试验压力下开阀扭矩试验曲线

图7 DN900蝶阀在1.0MPa试验压力下关阀扭矩试验曲线

    4 结语
    设计的蝶阀扭矩试验装置已应用在某阀门厂试验室中，该试验装置不仅可对蝶阀在空载下进行扭矩试验，而且可模拟蝶阀在在试验压力下进行开阀扭矩试验。所得的数据对蝶阀特别是大口径蝶阀的结构设计、材料选型以及配套动力执行机构的选择具有重要意义，该试验装置和试验方法也可应用在其他各型阀门的扭矩试验，具有很好的通用性和可扩展性。