閥門泄漏量計(jì)算方法的探索及檢測(cè)平臺(tái)的研制

董 建 華，陳 立 云

(1.江蘇省鹽城市南海消防安裝工程有限公司，江蘇鹽城 224007;2.江蘇省鹽城市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇鹽城 224005)

閥門是液體和氣體輸送系統(tǒng)以及設(shè)備和設(shè)施上使用最多的部件，它是管道輸送系統(tǒng)中不可缺少而又易損的部件［1］，其質(zhì)量的好壞直接影響到生產(chǎn)和安全。閥門應(yīng)具備較好的密封性能、強(qiáng)度性能、調(diào)節(jié)性能、動(dòng)作性能和流通性能［2］。產(chǎn)品質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)在評(píng)定閥門質(zhì)量時(shí)，殼體試驗(yàn)和密封試驗(yàn)是兩項(xiàng)主要的考核指標(biāo)［3］，殼體試驗(yàn)可用壓力傳感器或壓力表直接指示壓力值。但對(duì)于密封試驗(yàn)，精確的判定其泄漏量還存在一定的困難。壓力試驗(yàn)是閥門最基本的試驗(yàn)，試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有 GB/T 13927、MSS SP61、ISO 5208等數(shù)十個(gè)。目前國(guó)內(nèi)外尚處在用觀察壓力表指針的變動(dòng)或閥門出口是否有水滲出等非物理量的檢驗(yàn)方法進(jìn)行主觀判定的階段。由于管路或水壓泵等泄漏也會(huì)造成壓力表指針下降，而且測(cè)計(jì)數(shù)檢驗(yàn)缺乏科學(xué)的依據(jù)和準(zhǔn)確的檢測(cè)數(shù)據(jù)，且可能造成誤判，因此檢測(cè)的可靠性仍有待提高。在GB/T 13927－2008《工業(yè)閥門壓力試驗(yàn)》中提出密封試驗(yàn)的泄漏量有兩種衡量方法。一種是單位時(shí)間內(nèi)的液體體積，另一種是單位時(shí)間內(nèi)液滴(氣泡)數(shù)。用體積衡量泄漏量比較科學(xué)，但具體操作時(shí)不直觀。用液滴衡量泄漏量比較方便，但液滴(氣泡)有大有小，表達(dá)不嚴(yán)密。尤其是成批量的生產(chǎn)，不可能有充足的檢測(cè)時(shí)間，給閥門的生產(chǎn)和使用帶來嚴(yán)重的隱患。

1 理論基礎(chǔ)

參考國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)［4］，通常將閥門浸泡于水中來進(jìn)行氣壓密封試驗(yàn)，觀察試驗(yàn)過程中每分鐘產(chǎn)生的氣泡數(shù)量，并考核其密封性能是否達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求［5］。因此，通過理論計(jì)算出水中氣泡的體積，即可得出閥門的泄漏量。液體中氣泡表面氣/液界面處的表面層不涉及化學(xué)作用，且滲透過程氣泡膨脹速度緩慢。

氣液界面處，兩側(cè)的壓力差與張力及曲率之間的關(guān)系:

得出:

計(jì)算氣泡大小的方程組:

2 技術(shù)路線

模擬工況條件下，通過分別對(duì)閥門進(jìn)行水壓試驗(yàn)和氣密性試驗(yàn)，得出閥門泄漏量的試驗(yàn)結(jié)果，然后運(yùn)用Matlab軟件比較實(shí)測(cè)泄漏量與理論計(jì)算值，探索理論計(jì)算公式的適用范圍。試驗(yàn)系統(tǒng)見圖1。

圖1 試驗(yàn)系統(tǒng)

該試驗(yàn)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)閥門的壓力試驗(yàn)，包括水壓試驗(yàn)和氣壓試驗(yàn)。所有試驗(yàn)數(shù)據(jù)都采用數(shù)據(jù)采集儀讀取。

2.1 水壓試驗(yàn)

將選定型號(hào)的液位傳感器探頭(固定長(zhǎng)度、外徑)插入玻璃管容器中，通過測(cè)量液位的高度，計(jì)算出閥門泄漏量。對(duì)于大通徑閥門，需加大玻璃管容器內(nèi)徑，修改計(jì)算機(jī)常數(shù)，將閥門安裝在測(cè)試機(jī)上，開啟閥門，用水泵向進(jìn)口端注水，直至溢流閥門出水。先關(guān)閉被測(cè)閥門，后關(guān)閉溢流閥門，再由水泵增壓至試驗(yàn)壓力，保壓一定時(shí)間。若閥門有泄漏，玻璃管容器水位就會(huì)上升，玻璃管容器上端通大氣，液位傳感器發(fā)出訊號(hào)(4～20mA，計(jì)算精度0.5級(jí))由計(jì)算機(jī)處理后得出結(jié)果。

2.2 氣壓試驗(yàn)

采用空壓站供氣，經(jīng)穩(wěn)壓罐穩(wěn)壓后，通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)至試驗(yàn)壓力送入關(guān)閉的被測(cè)閥門(閥門兩端加盲板)，另一端接通浮子流量計(jì)，直接讀數(shù)即為該閥門的泄漏量。也可把浮子流量計(jì)接在被測(cè)閥門的前面，閥門一端加盲板，通過浮子流量計(jì)補(bǔ)充的氣量即為該閥門的泄漏量。對(duì)于微小泄漏量的閥門進(jìn)行測(cè)量，采用鹵素檢漏儀(氦質(zhì)譜檢漏儀)進(jìn)行檢測(cè)。

3 數(shù)據(jù)比較

通過實(shí)際測(cè)量閥門泄漏量并與理論計(jì)算值比較，發(fā)現(xiàn)在17～25℃區(qū)間內(nèi)，理論計(jì)算公式的計(jì)算數(shù)據(jù)域?qū)嶋H測(cè)量值比較接近，而在其他溫度區(qū)間內(nèi)的差值較大，但也在接受范圍內(nèi)。兩種測(cè)量方式的比較曲線見圖2。

圖2 閥門泄漏量的實(shí)測(cè)值與理論值比較曲線

計(jì)算實(shí)測(cè)值與理論值的比較因子α=實(shí)測(cè)泄漏量/理論計(jì)算值，在17～25℃區(qū)間內(nèi)α的值比較接近1，表明在這一區(qū)間內(nèi)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果比較接近，可以使用理論計(jì)算結(jié)果代替實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，比較因子α與溫度變化的關(guān)系見圖3。

4 結(jié)論

對(duì)于閥門密封試驗(yàn)，精確的判定其泄漏量還存在一定的困難，但還是可以通過理論分析及試驗(yàn)研究，應(yīng)用閥門泄漏測(cè)試臺(tái)定量分析閥門泄漏量，通過對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論分析的結(jié)果相比較，發(fā)現(xiàn)在17～25℃區(qū)間內(nèi)實(shí)測(cè)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果比較接近，可以使用理論計(jì)算結(jié)果代替實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得出閥門的實(shí)際泄漏量。

圖3 比較因子與溫度關(guān)系曲線

［1］趙天志，黃貽弘.變壓吸附裝置均壓閥密封片易損原因分析及解決辦法［J］.天然氣化工，2012(5):49－51.

［2］張百麟.閥門泄漏的原因分析及其設(shè)計(jì)選型的優(yōu)化［J］.石油化工環(huán)境保護(hù)，2003(2):58 －61.

［3］MSS SP－82－1992閥門壓力試驗(yàn)方法［J］.尹玉杰，譯.閥門，1998(4):26 －28.

［4］苗雨才.國(guó)內(nèi)外閥門壓力試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的比較與分析［J］.閥門，2002(6):28 －33.

［5］楊林濤，呂建強(qiáng)，孫粵紅，等.滲漏過程中氣泡大小的理論分析研究［J］.中國(guó)制造業(yè)信息化，2010(3):78－79.