一种气动调节阀弹簧预紧力设定装置与方法

摘要

本发明提供了一种气动调节阀弹簧预紧力设定装置，包括气源、进气隔离阀、减压阀、调压阀、压力传感器、数据采集器和行程传感器。进气隔离阀依次和减压阀、调压阀、气动调节阀、行程传感器连接。压力传感器设置在调压阀和气动调节阀之间。行程传感器以及压力传感器分别实时测量气动调节阀动作过程中的阀门开度行程A以及对应的供气压力值P。本发明还提供了一种使用上述气动调节阀弹簧预紧力设定装置的气动调节阀弹簧预紧力设定方法。本发明提高了阀门弹簧预紧力调整精确度，确保阀门达到设计的密封效果，同时阀门开关时间满足要求。

说明书

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体涉及一种气动调节阀弹簧预紧力设定装置与方法。

背景技术

在核电以及其他工业领域的大修及日常检修工作中往往涉及大量的气动调节阀检修工作，其中绝大部分气动调节阀对弹簧预紧力(Benchset值)都有着设计标准，才能确保阀门的密封性能满足要求以及开关时间要求，因此气动调节阀检修完成后需对其弹簧预紧力进行检查、调整，否则弹簧预紧力小于要求的最小弹簧预紧力(即最小Benchset值)，阀门密封效果无法满足要求；或者弹簧预紧力大于要求的最大弹簧预紧力(即最大Benchset值)，则阀门开关时间无法满足要求。而如何精确调整气动调节阀的弹簧预紧力一直是检修工作的技术难点，目前大多数现场采用如下两种方法：

方法一：检修前对阀门弹簧调节部件做好标识，检修完成后根据标识进行回装调整；

方法二：给阀门供气，同时人为观察阀门动作情况，当阀门刚开始动作时读取供气压力表上的当前供气压力为阀门的弹簧预紧力。

以上两种现有的方法分别存在以下缺点：

方法一：

由于检修完成装配时气动执行机构与阀本体连接后的尺寸偏差以及原调节部件上的标识精准度较差，均无法有效保障检修后的阀门预紧力恢复至设计标准值。

方法二：

1.：人为目视或通过接触感受阀门最初始的微小动作，存在较大的主观性，能够识别出阀门开始时的微小动作程度，因人而异，不具备客观性；

2.：从判定阀门开始动作到读取当下的供气压力数值，依据人员的反应程度，存在一定的滞后性，无法精准读取正确的供气压力值，则无法精准的确定弹簧预紧力；

3.：现有的工具使用时，阀门供气压力的读取位置距离气动执行机构仍有一定距离，管线造成的流阻以及滞后性，无法准确判定输入至气动执行机构的气压值。

因此，针对以上不足及缺点，亟需设计一种气动调节阀弹簧预紧力精确调整装置，以解决气动调节阀弹簧预紧力调整不准确的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种气动调节阀弹簧预紧力设定装置与方法，保证阀门的弹簧预紧力所提供的密封力准确满足设计要求，确保阀门达到设计的密封效果，同时阀门开关时间满足要求。

本发明所采取的技术方案为：

一种气动调节阀弹簧预紧力设定装置，用于设定气动调节阀的弹簧预紧力，包括气源、进气隔离阀、减压阀、调压阀、压力传感器和行程传感器。进气隔离阀依次和减压阀、调压阀、气动调节阀、行程传感器连接。压力传感器设置在调压阀和气动调节阀之间。

行程传感器以及压力传感器分别实时测量气动调节阀动作过程中的阀门开度行程A以及对应的供气压力值P。

气源位于进气隔离阀的上游。

气动调节阀设置有相互连接的螺杆和弹簧，通过旋转螺杆调整弹簧预紧力。

所述气动调节阀弹簧预紧力设定装置还设置有数据采集器；压力传感器和行程传感器分别连接数据采集器。

所述气动调节阀弹簧预紧力设定装置还设置有计算机，数据采集器与计算机进行连接通讯。

本发明还提供了一种使用上述气动调节阀弹簧预紧力设定装置的气动调节阀弹簧预紧力设定方法，包括以下步骤：

步骤一：安装所述气动调节阀弹簧预紧力设定装置；

步骤二：关闭调压阀与排气阀，打开进气隔离阀，调整好减压阀至需求的供气压力，打开并调整好调压阀至合适的升压速率，使气动调节阀均匀开阀；

步骤三：数据采集器采集压力传感器测量的供气压力值P以及行程传感器测量的阀门开度行程A，并传送给计算机；

步骤四：在计算机上对步骤三中测量得到的阀门开度行程A以及对应的供气压力值P两者数据进行线性拟合，得到拟合斜率X＝P/A；

步骤五：在计算机上计算弹簧的弹性系数K＝S*X，其中S为气动调节阀的气动执行机构的膜片面积；

步骤六：在计算机上计算需旋转调整部件的圈数n＝(BSmin-P1)/r/X，n的数值正为紧，n的数值负为松；其中BSmin为气动调节阀对应的标准最小弹簧预紧力；P1为步骤三测量得到的最小弹簧预紧力；r为气动调节阀螺杆的螺纹螺距；

步骤七：根据步骤六计算得到的n，旋转螺杆改变弹簧预紧力后重新进行测试，直至弹簧预紧力满足设计标准。

本发明的技术效果在于：

1、提高了阀门弹簧预紧力调整精确度，确保阀门达到设计的密封效果，同时阀门开关时间满足要求。

2、以行程传感器与压力传感器实时测量代替人工测量，避免了人工测量的主观性与滞后性；

3、大大减小了供气压力读取的滞后，更加精准地测量了驱动阀门动作的实时气压；

4、计算机进行数据整理、分析，提高工作效率；

5、对检修后通过检修前在调整部件上所做的标识进行弹簧预紧力初调，再通过该装置进行弹簧预紧力检查、调整，可以使阀门弹簧预紧力准确地恢复至设计标准值，避免仅仅根据标识回装而造成的弹簧预紧力偏离设计标准的可能。

附图说明

图1为气动调节阀弹簧预紧力设定装置结构示意图；

其中：1为进气隔离阀，2为减压阀，3为调压阀，4为排气阀，5为压力传感器，6为行程传感器，7为数据采集器，8为计算机，9为气动调节阀，10为气动调节阀的气动执行机构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，本发明提供了一种气动调节阀弹簧预紧力设定装置，用于设定气动调节阀9的弹簧预紧力，包括气源、进气隔离阀1、减压阀2、调压阀3、压力传感器5和行程传感器6。进气隔离阀1依次和减压阀2、调压阀3、气动调节阀9、行程传感器6连接。压力传感器5设置在调压阀3和气动调节阀9之间。

行程传感器6以及压力传感器5分别实时测量气动调节阀9动作过程中的阀门开度行程A以及对应的供气压力值P。

气源位于进气隔离阀1的上游。

气动调节阀9设置有相互连接的螺杆和弹簧，通过旋转螺杆调整弹簧预紧力。

所述气动调节阀弹簧预紧力设定装置还设置有数据采集器7；压力传感器5和行程传感器6分别连接数据采集器7。

所述气动调节阀弹簧预紧力设定装置还设置有计算机，数据采集器7与计算机8进行连接通讯。数据采集器7将压力传感器5和行程传感器6的电压信号、电流信号转换成二进制数值量，并输送至计算机8。

本发明还提供了一种使用上述气动调节阀弹簧预紧力设定装置的气动调节

阀弹簧预紧力设定方法，原理如下：

根据虎克定律

得

其中K为弹簧的弹性系数；P为供气压力；S为气动执行机构膜片面积；

A为阀门的开度行程。

在一定条件下，测量拟合而成的A-P图像的斜率X为定值，等于弹簧的弹性系数K与气动执行机构膜片面积S之比。已知气动执行机构膜片面积S，则可计算得该弹簧的弹性系数K，即K＝S*X。

假设此时最小弹簧预紧力为P1，标准最小弹簧预紧力为BSmin，则需旋转调整部件的圈数n为：

r为调整部件螺纹螺距；

n为调整部件需旋转的圈数，数值正为紧，数值负为松；

△h为弹簧需压缩量。

基于上述原理，弹簧预紧力设定方法包括以下步骤：

步骤一：安装所述气动调节阀弹簧预紧力设定装置；

步骤二：关闭调压阀3与排气阀4，打开进气隔离阀1，调整好减压阀2至需求的供气压力，打开并调整好调压阀3至合适的升压速率，使气动调节阀9均匀开阀；

步骤三：数据采集器采集压力传感器5测量的供气压力P以及行程传感器6测量的阀门开度行程A，并传送给计算机8；

步骤四：在计算机8上对步骤三中测量得到的阀门开度行程A以及对应的供气压力值P两者数据进行线性拟合，得到拟合斜率X＝P/A；

步骤五：在计算机8上计算弹簧的弹性系数K＝S*X，其中S为气动调节阀9的气动执行机构10膜片面积；

步骤六：在计算机8上计算需旋转调整部件的圈数n＝(BSmin-P1)/r/X，n的数值正为紧，n的数值负为松；其中BSmin为气动调节阀9对应的标准最小弹簧预紧力；P1为步骤三测量得到的最小弹簧预紧力；r为气动调节阀9螺杆的螺纹螺距；

步骤七：根据步骤六计算得到的n，旋转螺杆改变弹簧预紧力后重新进行测试，直至弹簧预紧力满足设计标准。

本发明的技术效果在于：

1、提高了阀门弹簧预紧力调整精确度，确保阀门达到设计的密封效果，同时阀门开关时间满足要求。

2、以行程传感器与压力传感器实时测量代替人工测量，避免了人工测量的主观性与滞后性；

3、大大减小了供气压力读取的滞后，更加精准地测量了驱动阀门动作的实时气压；

4、计算机进行数据整理、分析，提高工作效率；

5、对检修后通过检修前在调整部件上所做的标识进行弹簧预紧力初调，再通过该装置进行弹簧预紧力检查、调整，可以使阀门弹簧预紧力准确地恢复至设计标准值，避免仅仅根据标识回装而造成的弹簧预紧力偏离设计标准的可能。