专利名称：节约型阀门低温试验系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阀门低温试验系统，尤其涉及一种既能进行零部件深冷处理，又 能进行阀门低温试验的节约型阀门低温试验系统。
背景技术：
随着液化天然气、乙烯石化等工业的发展，低温阀门的应用领域越来越广泛，市场 需求也逐年上升。在低温阀门的生产过程中，对于工作温度低于-100°c的低温阀门，其主要 零部件在精加工前要进行深冷处理，目的是减少由于温差和金相组织改变而产生的变形。 同时在低温阀门的产品检验过程中，还需要在低温条件下进行阀门整机性能试验。而现有 系统中的整个试验过程人工干预环节过多，从而大大增加了试验人员的事故风险。

发明内容
本发明的目的是提供一种节约型阀门低温试验系统，本试验系统既能够对零件进 行深冷处理，又能够对阀门进行低温试验，且该系统可以减少制造和试验成本，降低试验人 员的事故风险。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种节约型阀门低温试验系统，本 试验系统包括对待测阀门进行深冷处理的低温环境单元和向待测阀门提供试验气体的试 验环境单元，本试验系统还包括监控试验过程的过程监控单元。本发明的低温环境单元包括存储液氮的低温储罐，低温储罐通过低温连接管道与 低温试验槽相连，低温连接管道与低温试验槽相连的一端并联设置有浸渍进液阀和喷淋进 液阀，所述的喷淋进液阀与设置在低温试验槽内部的喷淋喷管相连通。所述的低温连接管道上还设置有分别通过安全阀和排液阀与大气相连通的支管。所述的喷淋喷管布置在低温试验槽的上部，且喷淋喷管沿低温试验槽中的待测阀 门的周向设置，喷淋喷管上设置有开口朝向待测阀门的孔或喷淋喷嘴。本发明的试验环境单元包括氦气瓶组，氦气瓶组依次通过高压管道和氦气增压与 回收装置与设置在低温试验槽中的待测阀门的一端相连，待测阀门的另一端通过阀门和计 量装置与大气连通。所述的计量装置包括互相串联的酒精计泡器和流量计。所述的氦气增压与回收装置包括气动增压泵，气动增压泵上分设有两个增压腔， 每个增压腔上均设置有一个单向阀组；所述的两个单向阀组的进口端均通过第一增压阀与 氦气瓶组相连，且两个单向阀组的进口端还均通过第一回收阀与待测阀门相连；所述的两 个单向阀组的出口端均通过第二增压阀与待测阀门相连，且两个单向阀组的进口端还均通 过第二回收阀与氦气瓶组相连；所述的待测阀门与氦气增压与回收装置相连的一端还设置 有开口朝向大气的泄压阀。所述的每个单向阀组均包括两个依次相连且流向相同的单向阀，且两个单向阀分 设在增压腔的两侧。
所述的第一增压阀和第二增压阀通过增压电磁阀与驱动气源相连，第一回收阀和 第二回收阀通过回收电磁阀与驱动气源相连，泄压阀通过泄压电磁阀与驱动气源相连，气 体增压泵通过驱泵电磁阀与驱动气源相连；所述的增压电磁阀、回收电磁阀、泄压电磁阀以 及驱泵电磁阀并联后与驱动气源相连；所述的增压电磁阀、回收电磁阀、泄压电磁阀以及驱 泵电磁阀均与过程监控单元电连接。本发明的过程监控单元包括与过程监控设备电连接以互相传输信号的控制器，所 述的控制器的输入端通过输入控制电路与输入执行机构电连接，控制器的输出端通过输出 控制电路与输出执行机构电连接；所述的过程监控设备的输入端与智能仪表组群的输出端 相连，智能仪表组群的输入端分别与温度传感器、压力传感器和流量计电连接；
所述的温度传感器为PTioo组群，PT100组群采集环境温度、冷媒温度以及待测阀门的 阀体温度、阀内温度、阀盖温度、阀杆温度、填料温度、密封件温度后生成温度信号组群；所 述的压力传感器包括采集氦气瓶组压力的气瓶压力变送器和采集待测阀门压力的试验压 力变送器，压力传感器采集相应压力后生成压力信号组群；所述的流量计采集泄漏氦气流 量并生成流量信号。本发明的有益效果在于
(1)、本发明中的由低温储罐、低温试验槽、低温连接管道互相连接而成的低温环境单 元在保存、输送液氮过程中绝热效果好，液氮蒸发量少，从而降低了整个系统的试验成本；
(2)、本发明在低温试验槽内部设置了喷淋装置，所述喷淋装置在进行低温试验时使液 氮敷覆在阀门表面以形成一层液膜，通过调节液氮的喷淋量和喷淋时间来控制试件温度， 从而进一步降低了液氮的消耗量，也相应的进一步降低了系统的试验成本；
(3)、现有的阀门低温试验系统通常采用液氮作为冷媒介质来营造深冷环境，并且通过 加入一定比例的酒精来获得0 _196°C时的温度位。因此在阀门低温试验过程中需要消耗 大量的液氮和酒精，而且由于酒精是易燃易爆的挥发性液体，因此对试验环境和测控系统 就提出了防爆的要求，也就增加了整个系统的制造成本；而本发明中的喷淋装置则避免了 在低温试验时酒精的使用，从而相应的降低了系统的试验成本，同时保护了试验人员的人 身安全。(4)、阀门低温试验使用氦气作为试验介质，而氦气是稀缺性资源。在大口径阀门 低温试验的过程中，氦气的消耗量巨大；本发明中的氦气增压与回收装置集氦气的增压与 回收功能为一体，增压、回收速度快、氦气回收率高，降低了试验成本且节省了宝贵的氦气 资源；
(5)、本发明通过PT100、压力变送器、流量计的精确测量和控制器(PLC)的精确控制， 可以实现高效、精确、自动的阀门低温试验过程，通过监控软件还可以实现局域网和因特网 的远程监控，从而保证了试验人员的人身安全。


图1是本发明的低温环境单元的结构示意图； 图2是本发明的试验原理示意图3是本发明的试验环境单元的结构示意图； 图4是气体增压泵的结构示意5图5是本发明的控制系统原理示意图。1-低温储罐，2-放液阀，3-低温连接管道，4-低温电磁阀，5-大气，6-安全阀， 7-连接低温试验槽N的支管，8-连接低温试验槽2的支管，9-浸渍进液阀，10-低温试验槽 1，11-喷淋喷管，12-喷淋喷嘴，13-喷淋进液阀，14大气，15-排液阀，16-氦气瓶组，17-汇 流排，18-高压软管，19气瓶压力变送器，20-氦气增压与回收装置，201-气体增压泵，201A、 201B-气体增压泵增压腔，2011、2012、2013、2014_单向阀，202-第一增压阀，203-第二增 压阀，204-第一回收阀，205-第二回收阀，206-增压电磁阀，207-回收电磁阀，208-泄压电 磁阀，209-驱泵电磁阀，21-驱动气源，22-泄压阀，23-试验压力变送器，24-蛇形管，25-待 测阀门，26-PT100组群，27-针型阀，28-酒精计泡器，29-流量计，30-大气，31-输出执行机 构，32-输出控制电路，33-控制器PLC，34-输入控制电路，35-输入执行机构，36-智能仪表 组群，37-温度信号组群，38-压力信号组群，39-流量信号，40-过程监控设备，41-远程监控 组态及数据库，42-现场监控组态。
具体实施例方式下面结合附图对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于本领域 技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。工作温度低于-100°C的低温阀门零部件都需要在精加工前进行深冷处理，使零部 件的金属相变和变形充分发生。经深冷处理过的零部件装配为成品的阀门还需要进行低温 环境下的低温试验，以测试整机的密封及操作性能。因此本发明以低温阀门的零部件深冷 处理和低温试验作为实施案例进行阐述。参照图1，本发明中的低温环境单元，其低温储罐1配置有放液阀2，放液阀2与低 温试验槽10通过低温连接管道3连接，管道中配置低温电磁阀4、安全阀6、排液阀15，安全 阀6末端连接大气5，排液阀15末端连接大气14，低温连接管道3连接低温试验槽10时分 为两条支路，一路配置浸渍进液阀9，另一路配置喷淋进液阀13与设置在低温储罐1中的喷 淋喷管11相连，喷淋喷管11延低温试验槽10内壁四周布置，喷淋喷管11上布置喷淋喷嘴 12。所述的低温储罐1用于对低温冷媒如液氮进行较长时间的存储和维持一定压力 的输送。本发明所述的低温试验槽10为双层敞口金属结构，并配有保温上盖，低温试验槽 10的内、外壁之间的夹层填充高保温聚合物发泡材料，以保证良好的保温效果，低温试验槽 10的内胆底部设置固定结构，以防止试验中阀门的整体转动。本发明所述的低温连接管道3采用真空绝热管，用奥氏体不锈钢作为真空杜瓦管 的内、外胆材料，采用多层绝热工艺。本发明所述的喷淋装置由喷淋喷管11和喷淋喷嘴构成，喷淋装置根据低温试验 槽10的空间大小、待处理的零件尺寸及热容量，安排喷嘴数量、喷射压力、喷射位置。参照图2，本发明中的试验环境单元，氦气由氦气瓶组16经汇流排17进入氦气增 压与回收装置20，通过氦气增压与回收装置20增压后经过蛇形管24进入待测阀门25，泄 漏氦气由待测阀门25出口经过酒精计泡器28和流量计29排出大气30。参照图3、4，所述的氦气增压与回收装置20包括气动增压泵201，气体增压泵201上分设有两个增压腔，每个增压腔上均设置有一个单向阀组；所述的两个单向阀组的进口 端均通过第一增压阀202与氦气瓶组16相连，且两个单向阀组的进口端还均通过第一回收 阀204与待测阀门25相连；所述的两个单向阀组的出口端均通过第二增压阀203与待测阀 门25相连，且两个单向阀组的进口端还均通过第二回收阀205与氦气瓶组16相连；所述的 待测阀门25与氦气增压与回收装置20相连的一端还设置有开口朝向大气的泄压阀22。进一步参照图4，所述的气体增压泵201上分设有两个增压腔201A、201B，每个增 压腔上均设置有一个单向阀组，所述的每个单向阀组均包括两个依次相连且流向相同的单 向阀，且两个单向阀分设在增压腔的两侧，如增压腔20IA的两侧分设有单向阀2011、2012， 增压腔201B的两侧分设有单向阀2013、2014。参照图3，所述的第一增压阀202和第二增压阀203通过增压电磁阀206与驱动 气源21相连，第一回收阀204和第二回收阀205通过回收电磁阀207与驱动气源21相连， 泄压阀22通过泄压电磁阀208与驱动气源21相连，气体增压泵201通过驱泵电磁阀209 与驱动气源21相连；所述的增压电磁阀206、回收电磁阀207、泄压电磁阀208以及驱泵电 磁阀209并联后与驱动气源21相连；所述的增压电磁阀206、回收电磁阀207、泄压电磁阀 208以及驱泵电磁阀209均与过程监控单元电连接。参照图2、图5，本发明中的过程监控单元，由PT100组群26采集环境温度、冷媒温 度以及待测阀门的阀体温度、阀内温度、阀盖温度、阀杆温度、填料温度、密封件温度后生成 温度信号组群37 ；由气瓶压力变送器19采集氦气瓶组16的压力和试验压力变送器23采 集待测阀门25的压力生成压力信号组群38，由流量计29采集泄漏氦气流量生成流量信号 39，这三种信号进入智能仪表组群36，并分别显示各个物理量数值。智能仪表组群36同时 将各个物理量数值传送至过程监控设备40中的远程监控组态及数据库41和现场监控组态 42。输入执行机构35通过输入控制电路4将输入开关量信号送入控制器PLC33中，控制器 PLC33根据内部程序以及远程监控组态及数据库41和现场监控组态42的程序通过输出控 制电路32驱动输出执行机构31。下面具体描述本发明实施案例的过程 阀门零部件深冷处理过程
将阀门零部件置于低温试验槽10内，在高于阀门零部件处的不同位置放置PTlOO组群 11，关闭排液阀15，打开放液阀2、浸渍进液阀9，通过远程温控按钮或监控组态41或42中 的温控按钮打开低温电磁阀4，开始输送液氮，当温度显示达到-196°C时，系统自动关闭低 温电磁阀4，停止输送液氮，保温1至2小时，取出阀门零部件自然恢复到常温，重复循环2 次。阀门低温试验控制过程以低温密封试验为例
1、将待测阀门25置于低温试验槽10内固定，并将PT100组群11根据试验要求固定在 相应位置，将试验管路按图2方式接好。2、在现场监控组态11中设置好试验相关选项。3、关闭排液阀15，打开放液阀2、喷淋进液阀13，通过远程温控按钮或远程监控组 态及数据库41或现场监控组态42中的温控按钮打开低温电磁阀4，开始输送液氮，当温度 达到试验温度时，系统自动关闭低温电磁阀4。处于自动温控状态时，系统自动根据当前温 度开关低温电磁阀4以保持当前温度与试验温度一致。
4、通过远程增压按钮或远程监控组态及数据库41或现场监控组态42中的增压按 钮开始氦气增压，将氦气从氦气瓶组16输送至待测阀门25。此过程分为氦气充气和氦气增 压两个子过程。当气瓶压力变送器19压力值远大于试验压力变送器23压力值时，系统通 过单向阀自动开启氦气增压与回收装置20，但不开启氦气增压与回收装置20中的气体增 压泵201，通过氦气瓶组16和待测阀门25的压力差实现氦气充气子过程；当气瓶压力变送 器19压力值略等于试验压力变送器23压力值时，系统自动开启氦气增压与回收装置20中 的气体增压泵，以实现氦气增压子过程。5、当试验压力变送器23压力值等于试验规定压力时，系统自动关闭整个氦气增 压与回收装置20，通过远程保压按钮或远程监控组态及数据库41或现场监控组态42中的 保压按钮，开始纪录试验数据，系统自动生成压力、泄漏量-时间曲线，如果压力和泄漏量 都在规定范围内，经过规定的保压时间后，系统自动判定合格，否则当即停止保压过程，判 定不合格。6、试验数据纪录完成后，通过远程回收按钮或远程监控组态及数据库41或现场 监控组态42中的回收按钮开始氦气回收，将氦气从待测阀门25输送至氦气瓶组16。此过 程分为氦气充气回收和氦气增压回收两个子过程。当试验压力变送器23压力值远大于气 瓶压力变送器19压力值时，系统通过单向阀自动开启氦气增压与回收装置20，但不开启氦 气增压与回收装置20中的气体增压泵201，通过待测阀门25和氦气瓶组16的压力差实现 氦气充气回收子过程；当试验压力变送器23压力值略等于气瓶压力变送器19压力值时，系 统自动开启氦气增压与回收装置20中的气体增压泵201，以实现氦气增压回收子过程。7、氦气回收后管道内还有部分残留氦气，通过远程监控组态及数据库41或现场 监控组态42中的泄压按钮开始泄压，管道内残留氦气通过泄压阀22排入大气。同时参照图1，所述的低温连接管道3上还是有互相并联的支管7和支管8，支管8 用以连接低温试验槽2，支管7用以连接低温试验槽N，则由此本发明可以同时对多个低温 试验槽进行深冷处理，从而极大地提高了试验效率。以上所述仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，不经过创造性劳动进行的变化或替 换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的 保护范围为准。
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权利要求
一种节约型阀门低温试验系统，其特征在于本试验系统包括对待测阀门(25)进行深冷处理的低温环境单元和向待测阀门(25)提供试验气体的试验环境单元，本试验系统还包括监控试验过程的过程监控单元。
2.根据权利要求1所述的节约型阀门低温试验系统，其特征在于所述的低温环境单 元包括存储液氮的低温储罐(1)，低温储罐(1)通过低温连接管道(3 )与低温试验槽(10 )相 连，低温连接管道(3)与低温试验槽(10)相连的一端并联设置有浸渍进液阀(9)和喷淋进 液阀(13)，所述的喷淋进液阀(13)与设置在低温试验槽(10)内部的喷淋喷管(11)相连通。
3.根据权利要求2所述的节约型阀门低温试验系统，其特征在于所述的低温连接管 道(3 )上还设置有分别通过安全阀(6 )和排液阀(15 )与大气相连通的支管。
4.根据权利要求3所述的节约型阀门低温试验系统，其特征在于所述的喷淋喷管 (11)布置在低温试验槽(10)的上部，且喷淋喷管(11)沿低温试验槽(10)中的待测阀门 (25)的周向设置，喷淋喷管(11)上设置有开口朝向待测阀门(25)的孔或喷淋喷嘴(12)。
5.根据权利要求2或3或4所述的节约型阀门低温试验系统，其特征在于所述的试 验环境单元包括氦气瓶组(16)，氦气瓶组(16)依次通过高压管道和氦气增压与回收装置 (20)与设置在低温试验槽(10)中的待测阀门(25)的一端相连，待测阀门(25)的另一端通 过阀门(27)和计量装置与大气连通。
6.根据权利要求5所述的节约型阀门低温试验系统，其特征在于所述的计量装置包 括互相串联的酒精计泡器(28 )和流量计(29 )。
7.根据权利要求5所述的节约型阀门低温试验系统，其特征在于所述的氦气增压与 回收装置(20)包括气动增压泵(201)，气体增压泵(201)上分设有两个增压腔，每个增压腔 上均设置有一个单向阀组；所述的两个单向阀组的进口端均通过第一增压阀(202)与氦气瓶组(16)相连，且两个 单向阀组的进口端还均通过第一回收阀(204)与待测阀门(25)相连；所述的两个单向阀组的出口端均通过第二增压阀(203)与待测阀门(25)相连，且两个 单向阀组的进口端还均通过第二回收阀(205)与氦气瓶组(16)相连；所述的待测阀门(25)与氦气增压与回收装置(20)相连的一端还设置有开口朝向大气 的泄压阀(22)。
8.根据权利要求7所述的用于阀门低温试验的氦气增压与回收系统，其特征在于所 述的每个单向阀组均包括两个依次相连且流向相同的单向阀，且两个单向阀分设在增压腔 的两侧。
9.根据权利要求8所述的节约型阀门低温试验系统，其特征在于所述的第一增压阀 (202)和第二增压阀(203)通过增压电磁阀(206)与驱动气源(21)相连，第一回收阀(204) 和第二回收阀(205)通过回收电磁阀(207)与驱动气源(21)相连，泄压阀(22)通过泄压电 磁阀(208)与驱动气源(21)相连，气体增压泵(201)通过驱泵电磁阀(209)与驱动气源(21) 相连；所述的增压电磁阀(206 )、回收电磁阀(207 )、泄压电磁阀(208 )以及驱泵电磁阀(209 ) 并联后与驱动气源(21)相连；所述的增压电磁阀(206 )、回收电磁阀(207 )、泄压电磁阀(208 )以及驱泵电磁阀(209 ) 均与过程监控单元电连接。
10.根据权利要求6或7或8或9所述的节约型阀门低温试验系统，其特征在于所述 的过程监控单元包括与过程监控设备(40)电连接以互相传输信号的控制器(33)，所述的 控制器(33 )的输入端通过输入控制电路(34 )与输入执行机构(35 )电连接，控制器(33 )的 输出端通过输出控制电路(32)与输出执行机构(31)电连接；所述的过程监控设备(40)的 输入端与智能仪表组群(36)的输出端相连，智能仪表组群(36)的输入端分别与温度传感 器、压力传感器和流量计(29)电连接；所述的温度传感器为PT100组群(26)，PT100组群(26)采集环境温度、冷媒温度以及 待测阀门(25)的阀体温度、阀内温度、阀盖温度、阀杆温度、填料温度、密封件温度后生成温 度信号组群(37);所述的压力传感器包括采集氦气瓶组(16)压力的气瓶压力变送器(19)和采集待测阀 门(25)压力的试验压力变送器(23)，压力传感器采集相应压力后生成压力信号组群(38)； 所述的流量计(29 )采集泄漏氦气流量并生成流量信号(39 )。
全文摘要
本发明涉及一种阀门低温试验系统，尤其涉及一种既能进行零部件深冷处理，又能进行阀门低温试验的节约型阀门低温试验系统。本试验系统包括对待测阀门进行深冷处理的低温环境单元和向待测阀门提供试验气体的试验环境单元，本试验系统还包括监控试验过程的过程监控单元。本节约型阀门低温试验系统既能够进行零部件深冷处理，又能够进行阀门低温试验的系统，而且本系统减少了液氮、氦气的损耗量，降低了试验人员的事故风险，还大大降低了系统的制造和试验成本。
文档编号G01M3/26GK101957294SQ201010511998
公开日2011年1月26日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者吴怀昆, 朱绍源, 郭怀舟 申请人:合肥通用机械研究院