阀门动静态转矩测试系统的设计

　　阀门产品作为石油、化工、宇航以及海洋采油等管道系统不可缺少的流体控制设备,其性能好坏影响重大。而阀门启闭转矩则是反映阀门性能最关键参数之一,所以对阀门的启闭转矩进行检测至关重要。由于阀门在启闭过程中,所需的启闭力和启闭转矩是变化的,而且在不同的工况环境下,阀门的启闭转矩特性也不一样,因此对阀门的工况下启闭转矩进行动态测试成为关键。根据工厂要求,研制了一套阀门动静态转矩测试系统,实现了对工况下阀门动静态转矩的高精度自动化测试。

　　1　系统主要功能

　　系统主要测试项目为阀门在工况下的动态转矩(阀门工作时的启闭全过程的转矩变化曲线)与静态转矩(阀门在某一特定开度时的转矩),被测阀门为球阀、闸阀、截止阀、旋塞阀、调节阀等多种阀门,被测阀门通径范围为50~400 mm,转矩范围为150~8 000 N·m,最高试验压力为16MPa。转矩测量最高精度为0·5%。

　　2　系统整体结构

　　测试系统的主要组成如图1所示,其主要由柔性驱动装置、柔性加载装置、测试和数据采集处理装置、计算机等几部分组成。在计算机的控制下,可对测试过程中的相关信号自动进行采集与分析处理。工作原理:测试时,阀门在柔性驱动装置的驱动下,在柔性加载装置所施加的模拟工况下转动,阀门转动时转矩通过转轴传递到扭矩传感器,扭矩传感器中的测试构件根据所受力矩大小产生对应的电信号,电信号经由信号调理器进行去噪、滤波及前级放大等预处理,经过预处理后的信号由数据采集卡进行A/D转换进入计算机,随后由计算机系统内置的虚拟仪器软件完成分析、显示、存储及打印等工作。

　　3　系统硬件部分设计

　　系统硬件部分主要包括测试台(包括驱动装置,加载装置,装夹装置等),测试传感器,信号调理、采集及电气控制、计算机、打印机等。

　　3·1　柔性驱动装置

　　根据系统的功能需求,该测试系统的驱动装置需要满足两个要求:调速范围广与驱动转矩可调,具有过载保护作用。为此选用了:电动机+磁粉离合器+减速机的结构作为阀门驱动装置。磁粉离合器是一种根据电磁原理并利用磁粉来传达转矩的自动控制元件,其传达之转矩与激磁电流基本成线性关系,如图2所示。因此,在测试系统工作时,只要利用计算机程序控制,慢慢调节磁粉离合器的激磁电流大小,改变驱动装置输出转矩,最终可输出适合被测阀门的驱动转矩,从而驱动被测阀门。同时,由图3可以看出,磁粉离合器输出转矩对应于某一电流值,通过调整励磁电流值,既可保持定转矩输出,又能自由改变电机的转速,从而得到更宽的调速范围。另外磁粉离合器本身还具有过载保护作用,这样一方面可以适应不同工况对转速的需求,另一方面满足了不同种类、不同规格阀门的驱动转矩需求,扩大了测试范围,而且还防止了阀门的过载破坏。