安全阀型式试验自动控制系统论文和设计-孙琦

全文摘要

本实用新型公开了一种安全阀型式试验自动控制系统，包括控制单元、试验容器、第一储存容器、进气升压管路、至少一条补气稳压管路以及第一压力检测单元；进气升压管路连接在第一储存容器和试验容器之间；补气稳压管路连接在第一储存容器和试验容器之间；第一压力检测单元安装在试验容器上；控制单元与进气升压管路、补气稳压管路以及第一压力检测单元通讯连接，控制进气升压管路启闭，并控制补气稳压管路启闭。本实用新型通过设置控制单元实现安全阀型式试验自动控制系统的自动化控制、测量；增设补气稳压管路为试验容器补气，满足安全阀开启后需大量补气的要求，维持试验容器的压力稳定，提高安全阀型式试验的准确性。

主设计要求

1.一种安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，包括控制单元（10）、用于连接被试安全阀（1）的试验容器（20）、第一储存容器（31）、进气升压管路（40）、至少一条补气稳压管路（50）以及第一压力检测单元（61）；所述进气升压管路（40）连接在所述第一储存容器（31）和试验容器（20）之间，将所述第一储存容器（31）储存的试验介质供给所述试验容器（20）；所述补气稳压管路（50）连接在所述第一储存容器（31）和试验容器（20）之间，为所述试验容器（20）补气稳压；所述第一压力检测单元（61）安装在所述试验容器（20）上，检测所述试验容器（20）的压力变化并将检测到的第一压力变化信号发送至所述控制单元（10）；所述控制单元（10）与所述进气升压管路（40）、补气稳压管路（50）以及第一压力检测单元（61）通讯连接，控制所述进气升压管路（40）启闭，并根据所述第一压力变化信号控制所述补气稳压管路（50）启闭。

设计方案

1.一种安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，包括控制单元（10）、用于连接被试安全阀（1）的试验容器（20）、第一储存容器（31）、进气升压管路（40）、至少一条补气稳压管路（50）以及第一压力检测单元（61）；

所述进气升压管路（40）连接在所述第一储存容器（31）和试验容器（20）之间，将所述第一储存容器（31）储存的试验介质供给所述试验容器（20）；所述补气稳压管路（50）连接在所述第一储存容器（31）和试验容器（20）之间，为所述试验容器（20）补气稳压；

所述第一压力检测单元（61）安装在所述试验容器（20）上，检测所述试验容器（20）的压力变化并将检测到的第一压力变化信号发送至所述控制单元（10）；

所述控制单元（10）与所述进气升压管路（40）、补气稳压管路（50）以及第一压力检测单元（61）通讯连接，控制所述进气升压管路（40）启闭，并根据所述第一压力变化信号控制所述补气稳压管路（50）启闭。

2.根据权利要求1所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述进气升压管路（40）包括连接在所述第一储存容器（31）和试验容器（20）之间的第一管道（41）、设置在所述第一管道（41）上的第一调节阀（42）和第一差压流量计（43）；所述控制单元（10）与所述第一调节阀（42）通讯连接，控制所述第一调节阀（42）的开度及启闭。

3.根据权利要求2所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述第一差压流量计（43）包括多路第一差压变送器（431）。

4.根据权利要求1所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述补气稳压管路（50）包括连接在所述第一储存容器（31）和试验容器（20）之间的第二管道（51）、设置在所述第二管道（51）上的第二调节阀（52）和第二差压流量计（53）；所述控制单元（10）与所述第二调节阀（52）通讯连接，控制所述第二调节阀（52）的开度及启闭。

5.根据权利要求4所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述第二差压流量计（53）包括多路第二差压变送器（531）。

6.根据权利要求1所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述安全阀型式试验自动控制系统还包括第二储存容器（32）、连接在所述第二储存容器（32）和第一储存容器（31）之间的补气管路（70）、安装在所述第一储存容器（31）上以检测所述第一储存容器（31）的压力变化的第二压力检测单元（62）；

所述第二压力检测单元（62）与所述控制单元（10）通讯连接，将检测到的第二压力变化信号发送至所述控制单元（10）；

所述控制单元（10）与所述补气管路（70）通讯连接，根据接收到的第二压力变化信号控制所述补气管路（70）启闭。

7.根据权利要求6所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述补气管路（70）包括连接在所述第二储存容器（32）和第一储存容器（31）之间的第三管道（71）、设置在所述第三管道（71）上的第三调节阀（72）；

所述控制单元（10）与所述第三调节阀（72）通讯连接，控制所述第三调节阀（72）的开度及启闭。

8.根据权利要求6所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述第二储存容器（32）的压力高于所述第一储存容器（31）的压力，且所述第二储存容器（32）和所述第一储存容器（31）之间的压力比≤4。

9.根据权利要求1-8任一项所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述安全阀型式试验自动控制系统还包括动力发生器（80）、连接在所述动力发生器（80）和第二储存容器（32）之间的第四管道（81）、设置在所述第四管道（81）上的截止阀（82）。

10.根据权利要求1-8任一项所述的安全阀型式试验自动控制系统，其特征在于，所述安全阀型式试验自动控制系统还包括连接被试安全阀（1）并检测被试安全阀（1）的阀杆开启高度的开高测试仪（90）；所述控制单元（10）与所述开高测试仪（90）通讯连接，接收所述开高测试仪（90）发送的开高信号。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及安全阀技术领域，尤其涉及一种安全阀型式试验自动控制系统。

背景技术

安全阀为特种设备的安全附件，根据国家特种设备安全技术规范的要求：安全阀制造厂在生产制造安全阀前应进行“安全阀型式试验”，型式试验合格后方能生产、投入市场。

安全阀型式试验的过程一般为：产生动力装置—动力源储存装置(储存容器)—测量控制装置—型式试验试验容器。

安全阀型式试验的试验过程的特点是：试验测试开始前，为满足试验测量精度的要求，规定型式试验的试验容器升压速度缓慢(国家标准规定升压速度不能超过0.01MPa\/s)，进气量小；安全阀达到整定压力，安全阀开启，安全阀大量排气，为确保安全阀排放时稳定在一定的排放压力下，需要大量补气，以确保测试系统完成各种参数的测试，尤其是安全阀排放量的测试。

安全阀排放量的测试条件要求：排放压力稳定、安全阀阀杆开启高度稳定、安全阀排放流量稳定。为满足这一个测试条件，我们需要在安全阀开启时，系统能迅速、大量的补充试验介质，确保安全阀排放过程实现稳定的排放，以确保测试准确。

安全阀从开启前到开启排放过程需要补充大量的试验介质，以确保安全阀稳定的排放。但是，由于现有装备技术的性能，型式试验装置的关键设备之一“调节阀”很难实现一步、一次实现调节补气量满足安全阀排放的要求。因此，需要多次连续不断调节，同时还需具备足够丰富的经验才能满足试验的需要。

安全阀排放过程的特点总结如下：安全阀开启前系统流量小、开启排放后流量大，试验过程的安全阀开启阶段需要迅速(小于1秒内)补充大量的试验介质才能满足要求。

目前，由于系统装备技术特点及局限性，现有装置的操作都是人为手动操作，人为影响因素较大，造成测试结果不够客观，自动化程度不高，不能实现自动控制，原因如下：

参考图1，在被试安全阀未开启时，流经调节阀介质的流量很小，如开度2％左右。在被试安全阀开启后，需大量补气，调节阀需要从较小的开度开大到较大的开度，开度的大小视被试安全阀排气能力的大小而定。由于调节阀很难准确匹配被试安全阀的排量，试验容器因进气量与排气量的不匹配，会造成试验容器的压力波动，很难实现压力平稳。同时，由于调节阀的补气，试验介质不停的从储存容器流向试验容器，而且试验介质流向试验容器的流量较大，造成储存容器压力急剧降低，这样，调节阀的调节开度不仅要考虑试验容器压力的下降，还要考虑储存容器的压力急剧降低，也就是一方面要保证被试安全阀的排放排气量，另一方面还要考虑因储存容器压力降低需要增加调节阀的开度以保证调节阀流量稳定。试验容器、储存容器压力都急剧下降，然而，被试安全阀的排气量(调节阀的供气量)不变。这样，调节阀供气能力与被试安全阀排放的匹配就尤为困难。另外，由于气体介质的可压缩性，当被试安全阀排放的气体介质与经调节阀进入试验容器的气体介质之间在数量上不均衡时，系统显示的压力指标有一定的滞后性，为精确调整带来一定的困难。

基于上述原因，目前人为手动操作的安全阀型式试验不能实现自动化控制，且人为影响因素会使得测试结果不够客观，测试结果的再现性较差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种实现安全阀型式试验自动化操作控制的安全阀型式试验自动控制系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种安全阀型式试验自动控制系统，包括控制单元、用于连接被试安全阀的试验容器、第一储存容器、进气升压管路、至少一条补气稳压管路以及第一压力检测单元；

所述进气升压管路连接在所述第一储存容器和试验容器之间，将所述第一储存容器储存的试验介质供给所述试验容器；所述补气稳压管路连接在所述第一储存容器和试验容器之间，为所述试验容器补气稳压；

所述第一压力检测单元安装在所述试验容器上，检测所述试验容器的压力变化并将检测到的第一压力变化信号发送至所述控制单元；

所述控制单元与所述进气升压管路、补气稳压管路以及第一压力检测单元通讯连接，控制所述进气升压管路启闭，并根据所述第一压力变化信号控制所述补气稳压管路启闭。

优选地，所述进气升压管路包括连接在所述第一储存容器和试验容器之间的第一管道、设置在所述第一管道上的第一调节阀和第一差压流量计；所述控制单元与所述第一调节阀通讯连接，控制所述第一调节阀的开度及启闭。

优选地，所述第一差压流量计包括多路第一差压变送器。

优选地，所述补气稳压管路包括连接在所述第一储存容器和试验容器之间的第二管道、设置在所述第二管道上的第二调节阀和第二差压流量计；所述控制单元与所述第二调节阀通讯连接，控制所述第二调节阀的开度及启闭。

优选地，所述第二差压流量计包括多路第二差压变送器。

优选地，所述安全阀型式试验自动控制系统还包括第二储存容器、连接在所述第二储存容器和第一储存容器之间的补气管路、安装在所述第一储存容器上以检测所述第一储存容器的压力变化的第二压力检测单元；

所述第二压力检测单元与所述控制单元通讯连接，将检测到的第二压力变化信号发送至所述控制单元；

所述控制单元与所述补气管路通讯连接，根据接收到的第二压力变化信号控制所述补气管路启闭。

优选地，所述补气管路包括连接在所述第二储存容器和第一储存容器之间的第三管道、设置在所述第三管道上的第三调节阀；

所述控制单元与所述第三调节阀通讯连接，控制所述第三调节阀的开度及启闭。

优选地，所述第二储存容器的压力高于所述第一储存容器的压力，且所述第二储存容器和所述第一储存容器之间的压力比≤4。

优选地，所述安全阀型式试验自动控制系统还包括动力发生器、连接在所述动力发生器和第二储存容器之间的第三管道、设置在所述第四管道上的截止阀。

优选地，所述安全阀型式试验自动控制系统还包括连接被试安全阀并检测被试安全阀的阀杆开启高度的开高测试仪；所述控制单元与所述开高测试仪通讯连接，接收所述开高测试仪发送的开高信号。

本实用新型的有益效果：通过设置控制单元实现安全阀型式试验自动控制系统的自动化控制、测量；增设了补气稳压管路为试验容器补气，满足安全阀开启后需大量补气的要求，同时维持试验容器的压力稳定，提高安全阀型式试验的准确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术中安全阀型式试验流程框图；

图2是本实用新型一实施例的安全阀型式试验自动控制系统的连接框图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图2所示，本实用新型一实施例的安全阀型式试验自动控制系统，可包括控制单元10、试验容器20、第一储存容器31、进气升压管路40、至少一条补气稳压管路50以及第一压力检测单元61。

试验容器20用于连接被试安全阀1，供气给被试安全阀1以进行型式试验；被试安全阀1可直接安装在试验容器20上。进气升压管路40连接在第一储存容器31和试验容器20之间，将第一储存容器31储存的试验介质(一般为气体)供给试验容器20。补气稳压管路50连接在第一储存容器31和试验容器20之间，为试验容器20补气，使其压力相对稳定。第一压力检测单元61安装在试验容器20上，检测试验容器20的压力变化并将检测到的第一压力变化信号发送至控制单元10。控制单元10与进气升压管路40、补气稳压管路50以及第一压力检测单元61通讯连接，控制进气升压管路40启闭，并根据第一压力变化信号控制补气稳压管路50启闭。

其中，进气升压管路40用于小量供气给试验容器20，满足被试安全阀1开启前试验容器20的缓慢升压(不超过国家标准规定的0.01MPa\/s)。进气升压管路40相对补气稳压管路50为小管路。该进气升压管路40可包括第一管道41、设置在第一管道41上的第一调节阀42以及第一差压流量计43。第一管道41连接在第一储存容器31和试验容器20之间，用于输送试验介质(气体)。第一调节阀42用于控制第一管道41的通断及流量大小，其与控制单元10通讯连接，从而控制单元10可控制第一调节阀42的开度及启闭。通过调节第一调节阀42的开度大小，控制流向试验容器20的试验介质的流量。第一差压流量计43在第一管道41上位于第一调节阀42和试验容器20之间，用于测量第一管道41的流量，从而可获得流向试验容器20的试验介质的流量值。

补气稳压管路50用于大量补气给试验容器20，满足被试安全阀1试验时大量排气稳定在一定排放压力下的要求，其可以设置一路或一路以上。补气稳压管路50可包括第二管道51、设置在第二管道51上的第二调节阀52以及第二差压流量计53。第二管道51连接在第一储存容器31和试验容器20之间，用于输送试验介质(气体)。第二调节阀52用于控制第二管道51的通断及流量大小，其与控制单元10通讯连接，从而控制单元10可控制第二调节阀52的开度及启闭。通过调节第二调节阀52的开度大小，控制流向试验容器20的试验介质的流量。第二差压流量计53在第二管道51上位于第二调节阀52和试验容器20之间，用于测量第二管道51的流量，从而可获得流向试验容器20的试验介质的流量值。

根据流量测量需要，第一储存容器31的压力高于试验容器20的压力，两者的压力比优选3:1。

优选地，为了提高流量测量的准确性，满足不同规格型号的安全阀的型式试验，第一差压流量计43包括多路第一差压变送器431，满足不同压差要求，从而第一差压流量计43可测量大小不同的差压信号，采用对应的第一差压变送器431来接受并换算，以满足测量精度的要求。同理，第二差压流量计53包括多路第二差压变送器531，满足不同压差要求。

第一压力检测单元61可采用压力传感器。

进一步地，本实用新型的安全阀型式试验自动控制系统还包括第二储存容器32、连接在第二储存容器32和第一储存容器31之间的补气管路70、安装在第一储存容器31上以检测第一储存容器31的压力变化的第二压力检测单元62。

第二储存容器32通过补气管路70为第一储存容器31补充试验介质，维持第一储存容器31的压力相对稳定，便于补气稳压管路50的气压调节。第二压力检测单元62和补气管路70均与控制单元10通讯连接，第二压力检测单元62将检测到的第二压力变化信号发送至控制单元10，控制单元10根据接收到的第二压力变化信号，发出相应的指令控制补气管路启闭。

具体地，补气管路70可包括连接在第二储存容器32和第一储存容器31之间的第三管道71、设置在第三管道71上的第三调节阀72。第三调节阀72用于控制第三管道71的通断及流量大小，其与控制单元10通讯连接，从而控制单元10可控制第三调节阀72的开度及启闭。

第二压力检测单元62可为压力传感器。

为维持第一储存容器31和试验容器20之间的压力比值，第二储存容器32的压力也高于第一储存容器31的压力，可不断向第一储存容器31供气，两者的压力比尽量高，优选第二储存容器32和第一储存容器31之间的压力比≤4。

进一步地，本实用新型的安全阀型式试验自动控制系统还包括动力发生器80、连接在动力发生器80和第二储存容器32之间的第三管道81、设置在第四管道81上的截止阀82。动力发生器80用于产生动力吸取空气储存到第二储存容器32中，作为试验介质。

本实用新型的安全阀型式试验自动控制系统还包括开高测试仪90，其连接被试安全阀1并检测被试安全阀1阀杆的开启高度。控制单元10与开高测试仪90通讯连接，接收开高测试仪90发送的开高信号。

可以理解地，开高测试仪90可不包括在本实用新型的系统中，只需要在进行安全阀型式试验时安装连接使用即可。

参考图2，采用本实用新型的安全阀型式试验自动控制系统对安全阀进行型式试验的安全阀型式试验自动控制方法可包括以下步骤：

S1、控制单元10发出指令开启进气升压管路40，使第一储存容器31的试验介质流至试验容器20内，并控制试验容器20的升压速度不超过0.01MPa\/s。

S2、试验容器20压力升高至整定压力后，被试安全阀1开启以预设的排放压力进行排气。

开高测试仪90与被试安全阀1连接，用于检测被试安全阀1的阀杆开启高度，将检测到的开高信号发送给控制单元10。

S3、控制单元10发出指令开启补气稳压管路50，使第一储存容器31的试验介质通过补气稳压管路50补充至试验容器20，维持试验容器20压力的相对稳定，使被试安全阀1的排气量和进气量平衡。

该步骤S3中，控制单元10根据接收到的开高信号控制补气稳压管路50的启闭。结合上述步骤S2，控制单元10接收到被试安全阀1开启的开高信号后，发出开启指令开启补气稳压管路50，为试验容器20补气。

在被试安全阀1的排气量和进气量处于平衡时，第一压力检测单元61检测到的压力值处于平稳状态，此时的第一差压流量计43和第二差压流量计53检测到的流量有效。当第一压力检测单元61检测到的压力值在升高时，说明被试安全阀1的进气量大于排气量，控制单元10调小对应调节阀的开度，具体如下：

1)、如果第一压力检测单元61检测到的压力小于设定压力5％以下，控制单元10发送指令关小第一调节阀42的开度，调幅可为5％；

2)、如果第一压力检测单元61检测到的压力大于设定压力5％小于10％，控制单元10发送指令关小第二调节阀52的开度，调幅5％；

3)、如果第一压力检测单元61检测到的压力大于设定压力10％且小于20％，控制单元10发送指令关小第二调节阀52的开度，调幅10％；

4)、如果第一压力检测单元61检测到的压力大于设定压力20％以上，控制单元10发送指令关小第二调节阀52的开度，调幅20％。

反之，当第一压力检测单元61检测到的压力值在降低时，说明被试安全阀1的进气量小于排气量，控制单元10调大对应调节阀的开度，开大幅度可参考上述各情况。

此外，控制单元10根据第一储存容器31上的第二压力检测单元62检测到的第一压力变化信号(如压力下降信号)，发出指令开启补气管路70，使第二储存容器32为第一储存容器31补气，维持第一储存容器31压力的相对稳定。

S4、在试验容器20的压力稳定在预设的排放压力，被试安全阀1阀杆的开启高度稳定在设定值时，控制单元10获取试验容器20上第一压力检测单元61检测到的压力值、被试安全阀1阀杆的开启高度值以及进气升压管路40的流量值，完成被试安全阀1的型式试验。

下面以具体的安全阀的型式试验对本实用新型作进一步说明。被试安全阀型号：A48Y-16C DN50PN40，整定压力(开启压力)1.0MPa，排放压力1.1MPa，开高(阀杆开启高度)12.5mm。

试验前，通过相关标准的规定，计算出被试安全阀1在排放压力1.1MPa下的理论排量；得到理论排量后，再根据进气升压管路40上第一调节阀42的技术特性，推算出第一调节阀42的开度大小，并把推算出的开度值输入控制单元10(如CPU)，同时还将排放压力1.1MPa指标输入控制单元10。

试验时，控制单元10发出指令开启第一调节阀42，试验介质从第一储存容器31流向试验容器20，控制试验容器20升压速度不超过0.01MPa\/s。当试验容器20压力升高到整定压力1.0MPa(左右)，开启被试安全阀1，开高测试仪90检测到被试安全阀1阀杆的开高，并把检测到的开高信号传输到控制单元10，控制单元10发出指令，开启补气稳压管路50上第二调节阀52。第二调节阀52开启后，第一储存容器31的试验介质大量补充给试验容器20，试验容器20压力会一定的波动，控制单元10根据预设的压力判断值及第一压力检测单元61测试到的压力信号作比对，适时调整第二调节阀52的开度，以满足试验容器20的压力稳定。

在试验过程中，第一储存容器31不断向试验容器20补充气体，第一储存容器31压力会下降。为保证第一储存容器31压力相对稳定，在第二压力检测单元62检测到的第一储存容器31压力下降的信号时，把信号传输到控制单元10，控制单元10通过比较、判定后发出指令，开启补气管路70上的第三调节阀72，由第二储存容器32向第一储存容器31补气，以维持第一储存容器31的压力相对稳定，且便于第二调节阀52的气压调节。

当试验容器20上的第一压力检测单元61检测到的压力稳定在排放压力1.1MPa、被试安全阀1的阀杆开高稳定在12.5mm附近某一个值时，控制单元10读取第一压力检测单元61的测试压力、开高测试仪90测量的开高、第一差压流量计43和第二差压流量计53测量到的流量(通过差压变送器换算)，完成被试安全阀1的型式试验。

完成试验后，依次关闭第三调节阀72、第二调节阀52和第一调节阀42，结束试验。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

设计图

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