一种测定往复泵泵阀阀盘位移的装置

摘要

一种测定往复泵泵阀阀盘运动位移的装置。本发明装置由阀座1、阀盘2、弹簧3、上导杆4、外螺母5、电感调频式位移传感器电源线6、电感调频式位移传感器信号线7、“O”型密封圈8、螺栓9、缸盖10、内螺母11、液缸12、电感调频式位移传感器13、电感调频式位移传感器导杆14、电感调频式传感器直流电源17、往复泵流量信号18、往复泵压力信号19、数据采集器20、计算机及阀盘位移测试分析系统21等组成。电感调频式位移传感器13输出的阀盘位移信号及往复泵流量信号18、往复泵压力信号19经数据采集器20传入计算机21后，通过自主开发的阀盘位移测试分析系统处理，得到在不同流量和压力下泵阀阀盘位移的变化规律。

说明书

技术领域

本发明提供一种测定往复泵泵阀阀盘位移的装置，装置将位移传感器安装在往复泵泵阀 阀盘上，可以直接测得往复泵泵阀阀盘在开启和关闭过程中的位移变化情况，用以研究往复 泵泵阀阀盘的实际运动规律，验证各种泵阀无冲击理论，为泵阀设计提供依据。装置配有电 感调频式位移传感器，该传感器具有防水，抗高压的特点，泵阀缸盖上配有能让传感器通过 而保证泵不泄漏的密封装置，并配备有自行开发的专用的往复泵泵阀阀盘位移测试分析系统。

背景技术

泵阀是往复泵中最重要的部件之一，泵阀阀盘的运动规律是往复泵设计计算的重要依据。 长期以来，往复泵泵阀的设计一直依据的是水力学中的稳定流原理导出的相关结果进行的，其 中阀盘的运动规律(阀盘的升距h、阀盘的举升速度v_v、阀盘的举升速度a_v)均是根据液体 为稳定流动即在阀隙中以不变的速度流动，流经阀隙的液体量等于液缸内活塞的排出或吸入 的液体量而得到的。但是实际上由于在推导和计算中未考虑阀盘质量和弹簧力的影响，没有 考虑阀盘运动的惯性力，没有考虑阀盘关闭与开启和活塞运动到死点位置的不同步对应的因 素，而且流经阀隙的液体量不一定等于液缸内活塞的排出或吸入的液体量。由于阀盘是在密 闭且有压力的泵缸中运动，无法轻易地观察测试其运动规律，长期以来的研究者一直忽视了 这个问题，很少有人开展过关于泵阀运动规律的试验工作，即使进行了部分研究工作，但也 未将研究结果上升到泵阀运动规律的总结与描述，所以往复泵的设计、应用一直沿用着以前 的计算理论和方法。

德国学者阿道尔夫(U.Adolph)由阀盘受力的平衡条件推导出了关于阀盘运动的非线性二 价微分方程式并认为，在泵阀关闭的一瞬间，阀盘由运动状态突然停止，阀盘的动能变为冲 击能。这种冲击能使得阀盘与阀座的接触面磨损很快，导致漏失加剧，甚至破坏泵的正常工 作。因此在设计和使用往复泵时，因保证阀盘落到阀座上的冲击不超过允许范围，即保证所 谓的无冲击条件，即在不考虑滞后现象和惯性力的情况下，阀盘下落时的速度与曲柄角速度 的平方成正比，其动能则与曲柄角速度的四次方成正比。所以在泵的设计和使用时，为了减 少冲击，一般要控制曲柄角速度ω(或泵的冲数n)，使之不能太高。

实际上，阀盘的滞后现象对泵阀寿命的影响较大，滞后越严重，滞后高度越大，阀盘上 下压力差的作用也越大，因而降落速度越大。推导得知，滞后高度h₀∝ω²。据此，前苏联学 者库可列夫斯基(И.И.УКЛEBCКИЙ)以稳定流条件下阀盘的最大降落速度v_vmax为临界值， 推出阀盘的最大升距hmax与冲数n的关系，即所谓的泵阀无冲击条件为：nh_max＝10v_vmax。

通过以上的阐述，可以清晰地看出，阀盘的位移(升距)、速度、加速度等运动参数随曲 柄、活塞运动参数变动的规律对于保证实现泵阀的无冲击条件是必不可少的，但由于测试工 作的困难，尚未看到有关测定往复泵泵阀阀盘位移的试验工作的报道，目前的设计或计算缺 乏阀盘位移的实际数据，也未系统地进行试验验证，由于忽略了多项因数，因此所进行的理 论分析和计算是否与实际相符，是值得研究的。

综上所述，目前泵阀的设计基本上是沿袭上世纪60～70年代国外学者提供的理论计算公 式，其基本依据是无冲击理论。由于缺乏阀盘运动位移规律的实际测试与完整描述，现在常 用的一些往复泵泵阀设计理论缺乏试验的验证。因此如能实时准确地测定往复泵泵阀阀盘位 移的运动情况，将其与理论分析结果进行分析比较，建立起符合实际的阀盘运动规律，就可 在此基础上研究确定阀盘的损伤机理，考核无冲击理论的合理性和正确性，进而为科学设计 往复泵泵阀结构提供科学依据，这就是本发明所提供的往复泵泵阀阀盘的位移测试装置的背 景和意义所在。

发明内容

本发明的目的提供一种能够直接测取往复泵泵阀阀盘运动位移的装置。该装置具有使用 方便、成本低、测量精确的特点，可根据试验测得的阀盘位移信号，结合流量和压力信号， 研究泵阀阀盘在泵不同流量和不同压力时的运动位移规律，在此基础上研究泵阀的损伤机理， 验证无冲击理论的合理性和正确性，可为科学设计往复泵泵阀结构、改善其工作性能，提高 其使用寿命提供科学依据。

本发明是为了对往复泵泵阀阀盘的位移测定专门设计开发的，发明所提供的测定装置利 用电感调频式位移传感器测试往复泵工作时泵阀阀盘的位移变化情况，该传感器具有防水， 抗高压、灵敏度高的特性，泵阀缸盖上配有能让电感调频式位移传感器通过而保证泵不泄漏 的密封装置，运用自主开发的泵阀阀盘位移测试分析系统分析处理所得信号。

本发明主要有以下显著特点：

(1)目前往复泵泵阀阀盘的位移运动规律及无冲击理论等方面的研究大都基于各种假设 基础上的理论分析及软件模拟仿真，本发明将电感调频式位移传感器直接安装在往复泵内部 阀盘上，能够准确实时地测得泵阀阀盘开启和关闭过程中的位移变化；

(2)选取的电感调频式位移传感器具有质量轻、防水、抗高压、灵敏度高的特点，不会 影响往复泵泵阀的正常运动；

(3)泵阀缸盖上配有能让电感调频式传感器通过且保证泵不泄漏的密封装置，并配备有 自行开发的泵阀阀盘位移测试分析系统对测得的信号进行及时的分析处理；

(4)软件部分的特征在于利用NI公司提供的频率信号采集模块，使用Labwindows/CVI 语言自行开发的一套对往复泵泵阀阀盘位移信号进行测试和分析的软件系统。试验中阀盘的 运动位移由电感调频式传感器测得，由直流电源对电感调频式位移传感器提供直流电压，当 阀盘做上下往复运动时，电感调频式传感器产生频率信号，通过数据采集器将电感调频式位 移传感器信号及位移传感器附近的安装在泵上的流量计和压力计的流量和压力信号同时输入 计算机的测试分析系统，即可得到阀盘开启和关闭过程中的实际位移，进而可研究在往复泵 不同压力和流量时的阀盘位移变化规律。

附图说明

图1本发明所提出的往复泵泵阀阀盘位移感器装置安装简图；

图2本发明所提出的往复泵泵阀泵阀位移传感器引出端密封装置简图；

图3本发明所提出的往复泵泵阀阀盘位移信号采集分析系统简图。

具体实施方式

下面将结合附图进一步对这套装置进行描述。

1.测定装置结构

由图1可见，测定装置只要由阀座1、阀盘2、弹簧3、上导杆4、外螺母5、电感调频 式位移传感器电源线6、电感调频式位移传感器信号线7、“O”型密封圈8、螺栓9、缸盖10、 内螺母11、液缸12、电感调频式位移传感器13、电感调频式位移传感器导杆14等部件组成， 其中阀盘2的工作锥面与阀座1的相应锥面配合(当阀关闭时)；防水抗压的电感调频式位移 传感器13通过螺纹固定在缸盖10上；缸盖10上采用“O”型密封圈8，并用外螺母5和内 螺母11进行紧固，防止泵泄漏；阀盘上导杆4在弹簧3的内孔面中上下滑动；阀盘在流体作 用下在泵液缸腔内做上下往复运动。

2.电感调频式位移传感器引出端密封装置

由于泵阀内部的介质为水，泵阀运行时内部压力达到2MPa，所以要对电感调频式位移传 感器13引出端进行可靠的密封。由图2可见，电感调频式位移传感器13通过螺纹固定在缸 盖10上；缸盖10上配有“O”型密封圈8和密封槽15，并用垫片16和外螺母5进行预紧， 使得电感调频式位移传感器13引出端能够得到良好密封。

3.数据采集系统

由图3可见，装置的数据采集系统由电感调频式位移传感器13，电感调频式传感器直流 电源17，数据采集器20，计算机及阀盘位移测试分析系统21等组成，图中显示了电感调频 式位移传感器13的安装位置，以及与电感调频式传感器电源17、数据采集器20及计算机21 的联结路径。电感调频式位移流传感器13用于测量泵阀阀盘运动过程中的位移信号，将电感 调频式位移传感器电源线6接电感调频式传感器直流电源17，给电感调频式位移传感器13 提供直流电源，然后将电感调频式位移传感器信号线7接数据采集器20，往复泵流量信号18 与往复泵压力信号19也同时输入数据采集器20，信号通过数据采集器数据线传入计算机21 后，由自主开发的阀盘位移测试分析系统对位移信号进行处理分析。

4.工作原理

将电感调频式位移传感器13以及测量装置安装在指定位置后，在工作介质为水的条件 下，启动往复泵，测试往复泵工作时泵阀阀盘位移的变化情况。泵阀阀盘运动过程中的位移 信号通过电感调频式位移传感器13测得，同时将所测得位移信号及往复泵流量信号18、往 复泵压力信号19通过数据采集器20传入计算机21，运用Labwindows/CVI语言自行开发的 阀盘位移测试分析系统对信号进行分析处理。依据试验得到的泵阀阀盘开启和关闭过程中的 不同流量和压力时的位移变化规律，可对现有的往复泵泵阀阀盘位移运动理论计算公式进行 验证和完善，以得出真实的往复泵泵阀阀盘位移运动规律，进而为完善往复泵泵阀设计理论、 改善泵阀的结构和工作性能提供科学依据。