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一种复式阻尼止回阀流体阻断试验系统及其试验方法

文献发布时间:2023-06-19 16:12:48



技术领域

本发明属于流体阻断试验技术领域,具体涉及一种复式阻尼止回阀流体阻断试验系统及其试验方法。

背景技术

高压管线中质量流量的快速变化会导致压力波动和压力超过管道材料允许的强度极限。因此,在高压管道发生破裂后,阻尼止回阀的关闭行为尤为重要。阻尼止回阀内部设有阻尼机构可根据用户使用要求定制关闭时间,以将来自压力波的流体动态载荷保持在限制范围内,消除给水管线中的高压瞬变,同时可以尽可能快地关闭,以将给水的损失降至最低。在现阶段,阻尼止回阀的关闭性能参数均需通过试验获得。CN104359695B及CN109029943A中所公开的止回阀流体阻断试验方法均是通过水泵和阀门的快速启闭切换来改变试验介质流向建立试验条件,该方法受快速切换阀关闭时间、水泵响应时间及被测阀门口径大小的限制无法真实模拟出甚至是毫秒级的管道破裂事故工况,且试验系统造价高昂,因此迫切需要一种贴合实际工况条件且经济效益高的止回阀流体阻断试验方式。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足,提供一种复式阻尼止回阀流体阻断试验系统,其能在同等工况下,同时实现对角式阻尼止回阀和直通式阻尼止回阀的在线试验效果,试验数据测算精确性更高,并能更为准确高效的验证两种阻尼止回阀在同工况下的使用差异性。

为实现上述目的,本发明采用了以下技术方案:

一种复式阻尼止回阀流体阻断试验系统,包括作为待测件的角式阻尼止回阀和直通式阻尼止回阀;其特征在于:该系统还包括第一爆管模拟组件和第二爆管模拟组件,其中:

第一爆管模拟组件的进口连通角式阻尼止回阀的阀体进口,角式阻尼止回阀的阀体出口经过开关阀SV6连通蓄能器的出口,蓄能器的进口分别布置气路支路和液路支路,气路支路经由调节阀CV1连通气源,液路支路经由开关阀SV4、水泵、开关阀SV3连通储水容器;第一爆管模拟组件的调压腔依序经由开关阀SV1及调节阀CV2连通气源;该系统还包括桥接水路,所述桥接水路的一端连通于开关阀SV1与调节阀CV2之间的一段管路上,桥接水路的另一端连通于水泵出口处,桥接水路上布置开关阀SV5;

第二爆管模拟组件的进口连通直通式阻尼止回阀的阀体进口,直通式阻尼止回阀的阀体出口经过开关阀SV7连通蓄能器的出口;第二爆管模拟组件的调压腔依序经开关阀SV2及调节阀CV2连通气源;

各阻尼止回阀的阀体进口及阀体出口均布置压力传感器,该系统还包括用于检测相应阻尼止回阀内阀瓣位移的位移传感器;

各爆管模拟组件均包括外管体以及位于外管体管腔内的压溃膜片,该爆管模拟组件还包括爆破片,所述爆破片与压溃膜片沿外管体管腔依序布置,从而在爆破片与压溃膜片之间的一段外管体管腔之间形成密闭的所述调压腔。

优选的,各爆管模拟组件的调节腔处均连通布置泄压支路及称重支路;第一爆管模拟组件的泄压支路上布置压力传感器P9及第一泄压阀,且称重支路上依序布置开关阀SV8及称重容器;第二爆管模拟组件的泄压支路上布置压力传感器P10及第二泄压阀,且称重支路上依序布置开关阀SV9及称重容器;称重容器处均相应设置用于监控称重容器重量的称重传感器。

优选的,角式阻尼止回阀的阀体进口依序布置压力传感器P3及压力传感器P4,角式阻尼止回阀的阀体出口依序布置压力传感器P2、压力传感器P1及温度传感器T1;直通式阻尼止回阀的阀体进口依序布置压力传感器P7及压力传感器P8,直通式阻尼止回阀的阀体出口依序布置压力传感器P6、压力传感器P5及温度传感器T2。

优选的,水泵出口设置单向阀,各气源出口处均布置超压泄放阀门。

优选的,以固定压溃膜片的一端为外管体底端,沿所述外管体的轴向由底端向首端依序同轴布置压溃膜片、膜片压环、碟簧、弹簧底座及膜片支承圈;弹簧底座固定在外管体内壁处,而膜片支承圈固定在弹簧底座上;膜片支承圈上同轴向下延伸有外延管,外延管内壁构成爆破流道,外延管外壁同轴套设膜片压环;碟簧的顶端抵紧在弹簧底座上,碟簧的底端与膜片支承圈之间彼此抵靠,从而将膜片支承圈弹性的下压在压溃膜片的上表面处。

优选的,所述碟簧为外开槽式构造;碟簧的环壁处径向凹设有T型槽,T型槽的两段槽深相等,且位于槽口处的外槽槽宽为位于槽底处的内槽槽宽的两倍,碟簧高度尺寸H与厚度尺寸h的比值H/h≥3,载荷位移曲线呈非线性负刚度特性。

优选的,所述外管体的底端设置内翻边状的收口,进口环盖由下而上的固定在该收口处,且进口环盖与该收口配合共同夹紧压溃膜片的外缘;膜片压环的外环面与收口之间存有配合缝隙,该配合缝隙处的压溃膜片上同轴凹设圆环状的槽口朝下的减弱环槽;当膜片压环的底部环面弹性的下压在压溃膜片上时,压溃膜片与进口环盖之间存有可供水或气体进入减弱环槽槽腔的预留通道。

优选的,所述膜片支承圈外形呈二段式的阶梯套筒状,膜片支承圈的大直径段构成与弹簧底座间螺纹配合的配合段,膜片支承圈的小直径段构成所述外延管;该大直径段的筒腔呈现上粗下细的喇叭孔状,而弹簧底座的喇叭孔状筒腔为两段式的变径孔,并包括位于上方的上喇叭段和与上喇叭段的底部孔径吻合的下喇叭段,以使得弹簧底座与膜片支承圈的筒腔彼此组合形成膨胀锥形流道结构;在外管体的轴向截面上,所述大直径段的筒腔与爆破流道中心线呈55°夹角,弹簧底座处小喇叭孔的孔壁与爆破流道中心线呈35°夹角,大喇叭孔的孔壁与爆破流道中心线呈°夹角。

优选的,外管体的顶端同轴设置出口环盖,出口环盖上同轴布置上压环从而将爆破片夹紧式的固定在出口环盖处。

优选的,一种应用所述的复式阻尼止回阀流体阻断试验系统的试验方法,其特征在于包括以下步骤:

1)当角式阻尼止回阀和直通式阻尼止回阀均逆向安装至相应管路处后,打开开关阀SV3及开关阀SV4,启动水泵,将储水容器中的水输送至蓄能器中,随后打开开关阀SV6和开关阀SV7,使储水容器中水分别流经两组阻尼止回阀,以判断两组阻尼止回阀均处于100%开度;之后,关闭步骤1)的所有阀门;

2)打开调节阀CV1向蓄能器中充入高压气体,并逐步缓增压至试验压力;之后,打开开关阀SV6和开关阀SV7,分别向两组阻尼止回阀所在管路中充入气体至试验压力,打开调节阀CV2、开关阀SV1和开关阀SV2,从而向两组爆管模拟组件的调压腔均充入高压气体,直至升压至阀门试验压力;关闭步骤2)的所有阀门,维持该试验压力值;

3)打开调节阀CV2、开关阀SV1和开关阀SV2,继续向两组爆管模拟组件的调压腔充入高压气体,待调压腔升压至1.2倍的试验压力即爆破片破裂压力时,爆破片破裂,调压腔压力泄放至大气压,压差作用下压溃膜片发生位移,减弱环槽处产生局部塑形变形,压溃膜片发生破裂,两组阻尼止回阀所在的管路在同工况下同步产生爆管现象;

4)数据采集系统采集记录分别记录角式阻尼止回阀和直通式阻尼止回阀的阀门进口及阀门出口处压力传感器输出数据,记录压力差、冲击压力以及峰值压力,同时位移传感器采集记录角式阻尼止回阀和直通式阻尼止回阀的阀瓣的位移及阀门关闭时间;至此,试验结束。

本发明的有益效果在于:

(1)、本发明实际工作时,各爆管模拟组件的进口连通相应阻尼止回阀的阀体进口,而相应阻尼止回阀的阀体出口连通蓄能器的出口,也即作为待测件的相应的阻尼止回阀必须反向安装。

通过上述方案,本发明另辟蹊径的通过特定的爆管模拟组件的设置来建立瞬间骤变的试验条件;而为了尽可能真实的模拟精确化的爆管压力及尽可能的缩短爆管时间,本发明的爆管模拟组件以爆破片作为主动破裂部,并以压溃膜片作为被动破裂部,从而实现了爆管可控效果;更为重要的是,通过设置调压腔也即调节腔,工作时通过向调压腔充入高压气体,待调压腔升压至所需的试验压力即爆破片破裂压力时,爆破片破裂,调压腔升压力瞬间泄放至大气压,压差作用下压溃膜片随之发生位移,减弱环处产生局部塑形变形,压溃膜片发生破裂,爆管工况即产生,操作极为方便可靠。

综上,本发明利用内置的特定的爆管模拟组件对管路中爆管压力及保管时间的准确控制,可在保证性价比的同时,同步确保两组阻尼止回阀试验数据的高精确性,也更利于两者横向比对同工况下的试验效果,成效显著。

(2)、在上述结构的基础上,各爆管模拟组件上均增设有碟簧,从而搭配前述的调节腔,进一步的实现了对爆管压力及毫秒级爆管时间等试验参数的精确控制目的。具体而言,由于碟簧的存在,一方面,在试验之前,碟簧可依靠本身的弹性力,确保了将膜片压环对压溃膜片的硬性抵压转变为相对柔性的弹性抵压,此时碟簧可实现整个膜片系统的力的自平衡效果,这为后续爆管数据的精确性提供了基础保证。另一方面,在试验时,压溃膜片产生形变并至最终破裂时,膜片压环受压上行,推动碟簧形变,使得碟簧由原本的抵压状态瞬间切换为失效状态,也即弹性力变为零;这能有效抛开因碟簧等的存在而对爆管试验的可能的影响性,从而更进一步的确保了后续爆管数据的精确性。

(3)、本发明所述的爆管模拟组件,可根据不同试验阀门种类及试验参数要求合理选择调压腔气体增压试验方法或液体增压试验方法,测试方法简单易行、灵活可变;同时组件所用的二级爆破片无固定结构形式要求及限制,可根据试验所需参数灵活调整选用。

(4)、本发明的碟簧采用了外开槽膜片式结构,其与传统膜片碟簧采取截然不同的设计理念和使用环境,传统膜片碟簧设计时重点考虑如何防屈曲自复位以及使用寿命等特性,其高度H与厚度h的比值H/h通常小于2,其载荷位移曲线的使用范围也与本发明有所不同。本发明所设计的外开槽膜片式碟簧在使用过程中重点利用其过载失效不可恢复产生负刚度的载荷特性,其H/h≥3,其载荷位移曲线的使用范围进一步前移,且在进行一次试验弹簧失效后即进行更换,使用方便快捷。

(5)、本发明的弹簧底座与膜片支承圈彼此筒腔配合构成二段式的膨胀锥形流道结构,可适用于饱和水和过冷水试验介质下闪蒸喷射流的爆管试验,减缓爆管产生的反向流体推力,可避免对整个试验管路造成破坏。

附图说明

图1为本发明的试验管路布置图;

图2为本发明的第一爆管模拟组件第二爆管模拟组件的初始状态示意图;

图3为本发明的第一爆管模拟组件第二爆管模拟组件爆管后的状态示意图;

图4为膨胀锥形流道结构的结构示意图;

图5为碟簧的剖视图;

图6为碟簧的俯视图;

图7为碟簧的载荷位移曲线图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下:

10-外管体 11-收口

20-压溃膜片 21-减弱环槽

30-爆破片 40-膜片压环 50-碟簧 51-T型槽

60-弹簧底座 70-膜片支承圈 71-外延管

80-进口环盖 90-出口环盖 91-上压环

101-角式阻尼止回阀 102-直通式阻尼止回阀

110-蓄能器 120-储水容器

130-称重容器 140-水泵

具体实施方式

为便于理解,此处结合图1-7,对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述:

当需同时试验直通式阻尼止回阀102和角式阻尼止回阀101,以便比对两者在同等条件下的工作差异时,本发明的实施例结构如图1所示,整体系统包括:两台高压氮气组所构成的气源、储水容器120、水泵140、蓄能器110、待测件也即直通式阻尼止回阀102和角式阻尼止回阀101、两组爆管模拟组件、各传感器、数据采集处理系统等。

气源由两组容积不同的高压氮气组构成,其中一组高压氮气组为蓄能器110提供流体阻断试验所需压力,也即:蓄能器110经由调节阀CV1连通气源,可为蓄能器110中充入试验所需的压力,并依靠一组超压泄放阀门来作为安全阀门使用。另一组高压氮气组为两组爆管模拟组件的调压腔提供压力,也即:气源一方面经由调节阀CV2及开关阀SV1连通第一爆管模拟组件的调压腔,另一方面经由调节阀CV2和开关阀SV2连通第二爆管模拟组件的调压腔。

储水容器120可为水箱、储水罐等形式,储水容器120与蓄能器110之间依次设有开关阀SV3、水泵140、单向阀、开关阀SV4,单向阀与开关阀SV4之间设有桥接水路,桥接水路上设有开关阀SV5,桥接水路可将储水容器120中液体输送至相应爆管模拟组件的调压腔中。

蓄能器110出口分别连通图1中的角式阻尼止回阀101和直通式阻尼止回阀102所在管路。实际设置时,角式阻尼止回阀101所在管路上依次设有开关阀SV6、温度传感器T1、压力传感器P1、压力传感器P2、角式阻尼止回阀101、压力传感器P3、压力传感器P4,该管路末端与第一爆管模拟组件的进口环盖80相连接。同理,直通式阻尼止回阀102所在管路上依次设有开关阀SV7、温度传感器T2、压力传感器P5、压力传感器P6、直通式阻尼止回阀102、压力传感器P7、压力传感器P8,该管路末端与第二爆管模拟组件的进口环盖80相连接。

安装各阻尼止回阀时均需注意,应当如图1所示的将相应的阻尼止回阀与管路介质流动方向呈反向安装;同时,两组阻尼止回阀均应设有位移传感器,以监控相应阻尼止回阀内阀瓣的位移动作。

此外,两组爆管模拟组件的调节腔处均连通布置泄压支路及称重支路;第一爆管模拟组件的泄压支路上布置压力传感器P9及第一泄压阀,称重支路上依序布置开关阀SV8及称重容器130;第二爆管模拟组件的泄压支路上布置压力传感器P10及第二泄压阀,称重支路上依序布置开关阀SV9及称重容器130。称重容器130处均设置用于监控称重容器130重量的称重传感器。

当上述管路布置完毕后,将数据采集处理系统与压力传感器、位移传感器、称重传感器等相连接,可实时监测并采集试验数据。

在上述结构的基础上,本发明还提出一种爆管模拟组件,可作为图1中的第一爆管模拟组件和第二爆管模拟组件使用。爆管模拟组件的具体构造参照2-6所示,而安装位置参照图1所示,其中:

爆管模拟组件以外管体10为载体,外管体10底端面布置收口11从而整体形成柱塞缸状,并在外管体10筒腔内如图2所示的由下向上依序布置进口环盖80、压溃膜片20、膜片压环40、碟簧50、带有外延管71的膜片支承圈70、弹簧底座60、上压环91、爆破片30及出口环盖90。当然,爆破片30作为标准件,可以根据试验参数合理选用现有成熟爆破片30产品,并不局限于特定的结构形式。其中:

实际装配时,进口环盖80处可设有法兰螺栓孔,并与主管路通过螺栓相互连接,并通过金属密封圈形成密封。进口环盖80内端面设有定位环面,以便于外管体的收口11处的定位环槽接触后,通过螺栓进行连接;定位环面处设有密封圈,用于保证进口环盖80与收口11间的密封。

如图2-3所示,弹簧底座60与外管体10之间、膜片支承圈70与弹簧底座60之间均采用螺纹连接,弹簧底座60与膜片支承圈70安装构成膨胀锥形流道结构,可适用于饱和水和过冷水试验介质下闪蒸喷射流的破管试验。其中,参照图4所示,膜片支承圈70处的L1段也即大直径段与爆管流道中心线的夹角α=55°,弹簧底座60处的L2段也即下喇叭段与爆管流道中心线的夹角β=35°,L3段也即大喇叭孔与爆管流道中心线的夹角γ=10°。上述夹角设计,可有效减缓爆管产生的反向流体推力,最大化的避免对整个试验管路造成破坏。

对于碟簧50而言,其外形参照图5-6所示,外环面设有均布的异形槽或者说是T型槽51,异形槽外部长度与内部长度相等,外部宽度为内部宽度的两倍,碟簧50高度尺寸H与厚度尺寸h的比值H/h≥3,其载荷位移曲线呈非线性负刚度特性。至此,传统膜片碟簧设计时重点考虑如何防屈曲自复位以及使用寿命等特性,其高度H与厚度h的比值H/h通常小于2,其载荷位移曲线的使用范围通常在图7所示的AB段;而本发明所设计的碟簧50在使用过程中重点利用其过载失效不可恢复产生负刚度的载荷特性,其H/h≥3,其载荷位移曲线的使用范围在图7所示的BC段,在进行一次试验弹簧失效后即进行更换。图6中的异型槽为16个,当然也可以视情况酌情增删数目。

爆管模拟组件实际安装时,其顺序通常为:先将压溃膜片20焊固在收口11处后,再在外管体10内部依次装入膜片压环40、碟簧50、膜片支承圈70、弹簧底座60;随后,将出口环盖90、爆破片30、上压环91单独安装连接后,再整体与外管体10通过螺栓连接,最后将进口环盖80与外管体10进行连接,以便起到进一步夹持和固定压溃膜片20的效果。压溃膜片20在设计时,为如图2所示的双弧形结构,第一弧形位于中心区域,同时被套在外延管71管腔内,第二弧形根部设有减弱环槽21,以便在收到冲击时产生如图3所示的形变。

爆管模拟组件的使用方法包括以下步骤:

令爆管模拟组件的进口压力为P1、调压腔压力为P2、出口压力为P3、碟簧预紧力为F、压溃膜片20破裂压力为P、爆破片30爆破压力为P′,其中P=P′;

试验初期,调压腔内压力P2=(70%~80%)P,此时作用在爆破片30上的压强P2-P3=(70%~80%)P,而作用在压溃膜片20的压强为P1-P2=P-(70%~80%)P=(20%~30%)P;压溃膜片20与爆破片30均保持在稳定状态;

调节调压腔压力至P2>P=P′,爆破片30发生爆破,P2=P3=0,作用在压溃膜片20的压强为P1-P2=P,压溃膜片20轴向推动膜片压环40动作,带动碟簧50产生屈曲变形,直至碟簧50动作至失效位置,此时弹簧力瞬间降为0,同时减弱环槽21移动至膜片支承圈70位置并产生局部塑形变形,压溃膜片20即发生破裂。

同时,本发明的试验方法包括以下步骤:

1)当角式阻尼止回阀101和直通式阻尼止回阀102均逆向安装至相应管路处后,打开开关阀SV3及开关阀SV4,启动水泵,将储水容器中的水输送至蓄能器中,随后打开开关阀SV6和开关阀SV7,使储水容器120中水分别流经两组阻尼止回阀,以判断两组阻尼止回阀均处于100%开度;之后,关闭步骤1)的所有阀门;

2)打开调节阀CV1向蓄能器110中充入高压气体,并逐步缓增压至试验压力;之后,打开开关阀SV6和开关阀SV7,分别向两组阻尼止回阀所在管路中充入气体至试验压力,打开调节阀CV2、开关阀SV1和开关阀SV2,从而向两组爆管模拟组件的调压腔均充入高压气体,直至升压至阀门试验压力;关闭步骤2)的所有阀门,维持该试验压力值;

3)打开调节阀CV2、开关阀SV1和开关阀SV2,继续向两组爆管模拟组件的调压腔充入高压气体,待调压腔升压至1.2倍的试验压力即爆破片破裂压力时,爆破片破裂,调压腔压力泄放至大气压,压差作用下压溃膜片发生位移,减弱环槽处产生局部塑形变形,压溃膜片发生破裂,两组阻尼止回阀所在的管路在同工况下同步产生爆管现象;

4)数据采集系统采集记录分别记录角式阻尼止回阀101和直通式阻尼止回阀102的阀门进口及阀门出口处压力传感器输出数据,记录压力差、冲击压力以及峰值压力,同时位移传感器采集记录角式阻尼止回阀101和直通式阻尼止回阀102的阀瓣的位移及阀门关闭时间;至此,试验结束。

当然,对于本领域技术人员而言,本发明不限于上述示范性实施例的细节,而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现的相同或类似结构。因此,无论从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

相关技术
  • 一种复式阻尼止回阀流体阻断试验系统及其试验方法
  • 一种单阻尼止回阀流体阻断试验系统及其试验方法
技术分类

06120114740353