基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置及方法

1.本发明涉及阀门技术领域，尤其涉及的是一种基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置及方法。


背景技术：

2.在日常的生活环境以及工程实际中存在着各种各样的泄漏，有些泄漏造成的影响较轻，比如造成物料的浪费；但有些泄漏却相当严重，比如一些易燃易爆和有毒物质的泄漏会危害到人身安全。此外，由于漏孔的存在，空气，水分和粉尘等很容易进入设备，污染工作介质，影响产品的质量，并降低机器的寿命。
3.阀门是在流体系统中用来控制流体方向、压力、流量的装置。其作用是使管道或设备内的介质流动或停止并能控制其流量。阀门的密封性能是指阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力，是阀门最重要的技术性能指标之一。近年来，阀门泄露事故频频发生，造成了很大的损失，阀门泄露已经成为流体系统中主要的泄露源之一，尤其对于气体系统而言，并且针对阀门泄漏量国家已经规定了其泄露等级，其使用规范需要达到相对应的标准，如果使用泄漏量不在规定标准之内的产品，不仅会影响产品的性能，在严重的情况下产生不可预估的后果，如会导致火灾，爆炸和有害气体泄漏等。因此需要对其进行泄漏量检测，判断其泄漏量是否达到国家规定使用的标准等级。
4.传统的气体泄漏量测量方法通常是在密封件泄漏侧安装质量流量计，比如热式质量流量计和科氏力质量流量计等进行泄漏量测量，但这种方法仅适用于泄漏量较大的场合，当泄露量较小时，此种方法不再适用，精度达不到要求。并且大多使用的是差压测量方法，利用一个基准物与被测物之间的压力差值得到实际的泄漏量，但是这种通过测量压力的装置本身就有一定的测量误差，导致精度不是很高。另一种方法是通过一定的腔体来收集泄露出来的气体，进而得到泄漏量，但是腔体体积不好测量。某些测量方法中，利用恒压的思想，将控制系统与压力装置统一起来，当腔体内压力下降时，供气装置通过传来的压力信号进而向腔体内充气，使之达到之前的压力，最后经过一定时间得到泄漏量，但是这种方法有一定的局限性。它的整个系统较为庞大，设计到的部件较多，累积误差较大，同时充气过程有一定的误差，不太适用于微量泄露的场合。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置及方法。
6.本发明的技术方案如下：
7.一种基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置，包括被测阀(1)、储气罐(2)、质量块工作管道(9)、质量块(10)、截止阀(15)、气体压缩机(16)；被测阀(1)的气流入口与储气罐(2)通过气体输送管道连接；气体压缩机(16)与储气罐(2)通过气体输送管道连接；储气罐(2)的另一个气流出口与气体输送管道(12)的气流入口连接，并用螺栓固定，气体输
送管道(12)的气流出口连接到质量块工作管道(9)，质量块(10)与质量块工作管道(9)之间气密连接，质量块(10)可以根据质量块工作管道(9)中的气体压力大小在质量块工作管道(9)中自由运动；待测阀的泄漏量通过质量块(10)在时间t内的位移δh＝h
1-h2进行计算得到。
8.所述的基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置，质量块(10)的表面凹槽与质量块工作管道(9)之间使用cop密封圈(10-2)进行连接；硅油(10-3)注入到质量块(10)中间表面与质量块工作管道(9)形成的凹槽中。
9.所述的基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置，还包括导向柱(11)，导向柱(11)与质量块(10)组合连接，为质量块的运动提供导向作用。
10.所述的基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置，气体输送管道(12)上安装有压力表(14)；储气罐(2)罐体上安装压力表(18)。
11.所述的基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置，在质量块(10)的下部连接有滑轮组机构，滑轮组中包括小质量块(8-6)，通过滑轮组力的放大作用将小质量块(8-6)的重量放大后施加在质量块(10)，以减轻质量块(10)的重量。
12.所述的基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置，所述滑轮组机构中，第一根绳子的两端分别与质量块(10)的下部连接，第一根绳子对折以后形成两股绳子，该两股绳子分别绕过固定在质量块(10)的下部的定滑轮(8-1)和定滑轮(8-2)，对质量块(10)施加向下的压力，两根绳子以质量块(10)的轴线为中轴对称；该两股绳子的中部绕过动滑轮(8-3)，动滑轮(8-3)与第二根绳子固定以后，该第二根绳子穿过定滑轮(8-4)后与滑轮组(8-5)下端固定连接；滑轮组(8-5)上端与小质量块(8-6)用绳子组合连接。
13.所述的基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置，在储气罐(2)和质量块工作管道(9)之间的气体输送管道(12)管道上添加一个和气体输送管道(12)平行并列的增压机构(5)，即增压机构的两端和原始的气体输送管道(12)并列设置，在增压机构(5)的两端的气体输送管道(12)上增设截止阀(13)，同时在增压机构(5)的两端的管道上增加截止阀(3)与截止阀(7)，增压机构(5)能够根据需要实现增压功能和退出增压功能。
14.所述的基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置，增压机构(5)利用两个截面积不同的活塞达到活塞两边的压力不同，使靠近质量块(10)一边的活塞面积大于靠近储气罐(2)一边的活塞面积；当测试的标准压力较大时，关闭截止阀(13)，打开截止阀(3)与截止阀(7)，使增压机构(5)开始工作，将增压机构(5)中活塞左边储气罐里面较大的压力转换为活塞右边较小的压力。
15.根据任一所述装置的阀泄漏量测量方法，气体压缩机(16)向储气罐(2)中提供气体，将储气罐(2)中的压力提高到的标准压力，停止供气，利用测量尺记录此时质量块(10)位置，记作h1；当被测阀(1)有微量泄露时，储气罐(2)中的压力减小，此时质量块(10)自身的重力大于气体作用在质量块(10)表面的压力，质量块(10)因自身重力下降；随着被测阀(1)的不断泄露，储气罐(2)中的压力不断减小，质量块(10)不断下降，整个系统又不断达到新的平衡；直到经过测量时间t后，利用测量尺记录此时质量块(10)位置，记作h2；待测阀的泄漏量通过质量块(10)在时间t内的位移δh＝h
1-h2进行计算得到。
16.所述的阀泄漏量测量方法，当测试的标准压力较大时，使增压机构(5)开始工作，将增压机构(5)中活塞左边储气罐里面较大的压力转换为活塞右边较小的压力，这样不用
更换大的质量块(10)就可以测出较大测试压力的阀的泄漏量。
17.所述的阀泄漏量测量方法，当测试的标准压力较大时，通过滑轮组力的放大作用将小质量块(8-6)的重量放大后施加在质量块(10)上，以减轻质量块(10)的重量。
18.本发明提出了一种基于恒压实验的压力平衡阀阀内泄漏量检测装置及方法，通过所发明的装置以及相应的设置与操作，将阀的微小泄漏量转化为质量块的位移变化，进而实现在较高精度下阀微小泄漏量的检测。在阀泄漏量检测工作的过程中，通过对滑轮组机构内不同滑轮组合数量改变不同的质量比，同时添加增压机构，可以测量不同标准测量压力下阀的泄漏量，并且可进一步减小质量块自身重量，且解决了阀内微量泄露时的检测问题，解决了泄漏量测量精度不高的问题，适应范围广。
附图说明
19.图1为基于恒压实验的压力平衡阀阀泄漏量检测装置原理图：
20.图2为压力平衡阀阀泄漏量检测装置中滑轮组位置示意图
21.图3为质量块在管道中移动密封原理图：
22.1——被测阀，2——储气罐，3——截止阀，4——气体输送管道，5——增压机构，6——气体输送管道，7——截止阀，8——滑轮组，8-1——定滑轮，8-2——定滑轮，8-3——定滑轮，8-4——定滑轮，8-5——滑轮组，8-6——小质量块，9——质量块工作管道，10——质量块，10-2——硅油，10-3——cop密封圈，11——导向柱，12——气体输送管道，13——截止阀，14——压力表，15——截止阀，16——气体压缩机，17——气体输送管道，18——压力表，19——气体输送管道；
具体实施方式
23.以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
24.一种基于恒压实验的压力平衡阀阀泄露量检测装置，包括被测阀1、储气罐2、质量块工作管道9、质量块10、截止阀15、气体压缩机16。被测阀1的气流入口使用法兰与气体输送管道19的气流出口连接，并用螺栓固定。储气罐2的气流出口使用法兰与气体输送管道19的气流入口连接，并用螺栓固定。气体压缩机16与气体输送管道17之间用法兰安装截止阀15，并用螺栓固定。同时储气罐2的另一个气流出口使用法兰与气体输送管道12的气流入口连接，并用螺栓固定，气体输送管道12的气流出口连接到质量块工作管道9。压力表14安装在气体输送管道12上用螺纹连接。气体压缩机16的气流出口与气体输送管道17的气流入口连接。气体输送管道17的气流出口使用法兰与储气罐2的气流入口连接，并用螺栓固定。压力表18安装在储气罐2罐体上用螺纹连接。质量块10的表面凹槽与质量块工作管道9之间使用cop密封圈10-2进行连接。硅油10-3注入到质量块10中间表面与质量块工作管道9形成的凹槽中。还包括导向柱11，导向柱11与质量块10组合连接，为质量块的运动提供导向作用。
25.所述压力平衡阀泄漏量检测装置的测量方法，原理在于，气体压缩机16向储气罐2中提供气体，针对于某种测试阀而言，测量泄漏量时气体压力需要达到标准的测试压力，故当储气罐2中的气体越来越多时，储气罐2中的压力也越来越大，直到压力表14和压力表18上的示数正好是测试所需要的标准压力时，停止供气，利用测量尺记录此时质量块10位置，记作h1。当被测阀1有微量泄露时，储气罐2中的压力减小，此时质量块10自身的重力大于气
体作用在质量块10表面的压力，质量块10因自身重力下降，导致整个腔体的体积减小，储气罐2的压力又慢慢增大，直到又达到一个平衡位置。随着被测阀1的不断泄露，储气罐2中的压力不断减小，质量块10不断下降，整个系统又不断达到新的平衡。直到经过测量时间t后，利用测量尺记录此时质量块10位置，记作h2。在该系统中，由于质量块10自身的质量不变，且被测阀1泄露过程可以看作是一个缓慢的过程，质量块10所受的表面摩擦力可看作是一个定值，且摩擦力相较于质量块10自身重力来说可以忽略。故整个腔体内的压力也保持不变，即为恒压，可以使被测阀1一直处于标准压力之下，提高了测量的精度。同时在对质量块10与质量块工作管道9之间利用cop密封圈10-2进行密封，cop密封圈具有启动阻力小、摩擦力小与密封能力强等特点，同时质量块10之间添加硅油10-3，液体对气体的密封性较强，增加了整个密封装置的气密性，提高了整个装置的测量精度。同时为了提高质量块10的导向精度，安装导向柱11。
26.根据上述方案，在测量的标准压力过大情况下，需要较大重量的质量块10才能平衡标准压力，这对系统会造成较大负担，因此，本发明进一步在质量块10上端添加了滑轮组机构。通过滑轮组8自身的省力性质可以改变绳子股数进而改变左右两端的压力，通过合适的绳子股数，可以使质量块自身重量不至于过大，便于检测。如图1、2所示，第一根绳子的两端分别与质量块10的下部连接，第一根绳子对折以后形成两股绳子，该两股绳子分别绕过固定在质量块10的下部的定滑轮8-1和定滑轮8-2，对质量块10施加向下的压力，两根绳子以质量块10的轴线为中轴对称。该两股绳子的中部绕过动滑轮8-3，动滑轮8-3与第二根绳子固定以后，该第二根绳子穿过定滑轮8-4后与滑轮组8-5下端固定连接。滑轮组8-5上端与小质量块8-6用绳子组合连接。
27.定、动滑轮组装成滑轮组时，可以通过增加绕过动滑轮的绳子股数，以使受力分担到更多股的绳子上，实现采用较小的小质量块8-6即可平衡较大的标准压力，如图2所示，其中滑轮组8-5的绳子为3股，可以让小质量块8-6自身重量3倍的力作用在质量块10上，从而使质量块10自身重量不是很大。当改变绳子的绕绳股数时，可以得到不同的比例的质量块重量，当测试压力增大时，便可使绳子股数增大以达到减小质量块重量的目的。
28.进一步的，本发明在储气罐2和质量块工作管道9之间的气体输送管道12管道上添加一个和气体输送管道12平行并列的增压机构5即增压机构的两端和原始的气体输送管道12并列设置，在增压机构5的两端的气体输送管道12上增设截止阀13，同时在增压机构5的两端的管道上增加截止阀3与7，方便实现增压机构5能够根据需要实现增压功能和退出增压功能，增压机构5利用两个截面积不同的活塞达到活塞两边的压力不同，使靠近质量块10一边的活塞面积a2大一些，靠近储气罐2一边的活塞面积a1小一些，当整个腔体里面压力达到恒压时，根据a1*p1＝a2*p2，面积大的一边压力小，即靠近质量块的一边压力小，p2《p1，而p2*a2需要与质量块自身重量达到平衡。当测试的标准压力较大时，关闭截止阀13，打开截止阀3与截止阀7，使增压机构5开始工作，将增压机构5中活塞左边储气罐里面较大的压力转换为活塞右边较小的压力，这样不用更换大的质量块10就可以测出较大测试压力的阀的泄漏量，也可以减小压力进而可以减小质量块10自身的重量，进而满足此测试压力的要求。
29.阀的泄漏量是通过质量块10在时间t内的位移δh＝h
1-h2进行计算得到的。具体计算如下：
30.根据理想气体状态方程，
31.pv＝nrt
32.经过泄露时间t后，泄露出去的气体为，
[0033][0034]
转换得到泄漏量为
[0035][0036]
其中r和t0＝273k都为常数,仅δh为测量值，根据以上即可得到泄漏量；
[0037]
根据所述压力平衡阀泄漏量检测装置包括机械结构部分、质量块密封部分和减压机构部分的具体形式与工作原理，其组装方法的实施要点如下：
[0038]
被测阀1的气流入口使用法兰与气体输送管道19的气流出口连接，并用螺栓固定。气体输送管道12与气体输送管道4之间用法兰安装截止阀3，并用螺栓固定。气体输送管道4与气体输送管道6之间用法兰安装增压机构5，并用螺栓固定。储气罐2的气流出口使用法兰与气体输送管道19的气流入口连接，并用螺栓固定。
[0039]
气体输送管道12与气体输送管道6之间用法兰安装截止阀7，并用螺栓固定。截止阀13用法兰安装在气体输送管道12之间，并用螺栓固定。气体压缩机16与气体输送管道17之间用法兰安装截止阀15，并用螺栓固定。同时储气罐2的另一个气流出口使用法兰与气体输送管道12的气流入口连接，并用螺栓固定。
[0040]
压力表14安装在气体输送管道12上用螺纹连接。
[0041]
气体压缩机16的气流出口与气体输送管道16的气流入口连接。气体输送管道17的气流出口使用法兰与储气罐2的气流入口连接，并用螺栓4固定。
[0042]
压力表18安装在储气罐2罐体上用螺纹连接。
[0043]
质量块10的表面凹槽与质量块工作管道9之间使用cop密封圈10-2进行连接。硅油10-3注入到质量块10中间表面与质量块工作管道9形成的凹槽中。导向柱11与质量块10组合连接。
[0044]
按照上述的组装方法所实现的压力平衡阀泄漏量检测测量装置，其测试方法如下：
[0045]
气体压缩机16向储气罐2中提供气体，针对于某种测试阀而言，测量泄漏量时气体压力需要达到标准的测试压力，故当储气罐2中的气体越来越多时，储气罐2中的压力也越来越大，直到压力表14和压力表18上的示数正好是测试所需要的标准压力时，停止供气。
[0046]
利用测量尺记录此时质量块10位置，记作h1。
[0047]
当被测阀1有微量泄露时，储气罐2中的压力减小，此时质量块10的重力大于气体作用在质量块10表面的压力，质量块10因自身重力下降，导致整个腔体的体积减小，储气罐2的压力又慢慢增大，直到又达到一个平衡位置。随着被测阀1的不断泄露，储气罐2中的压力不断减小，质量块10不断下降，整个系统又不断达到新的平衡。
[0048]
直到经过测量时间t后，利用测量尺记录此时质量块10位置，记作h2。
[0049]
在该系统中，由于质量块10自身的质量不变，且被测阀1泄露过程可以看作是一个缓慢的过程，质量块10所受的表面摩擦力可看做是一个定值，且摩擦力相较于质量块10自
身重力来说可以忽略。故整个腔体内的压力也保持不变，即为恒压，可以使被测阀1一直处于标准压力之下，提高了测量的精度。
[0050]
同时在对质量块10与质量块工作管道9之间利用cop密封圈10-2进行密封，cop密封圈具有启动阻力小、摩擦力小与密封能力强等特点，同时质量块10之间添加硅油10-3，液体对气体的密封性较强，增加了整个密封装置的气密性，提高了整个装置的测量精度。同时为了提高质量块10的导向精度，安装导向柱11。
[0051]
为了不让质量块10自身重量因为测量的标准压力过大，在质量块10上端添加了滑轮组机构，并在管道前面添加了增压机构5。其具体原理是通过滑轮组8自身的省力性质可以改变绳子股数进而改变左右两端的压力，通过合适的绳子股数，可以使质量块自身重量不至于过大，便于检测。同时当被测阀测试压力改变时，增压机构5也可以减小压力进而可以减小质量块10自身的重量，进而满足此测试压力的要求。同时可将滑轮组8根据不同的被测阀1的标准测量压力制作不同的绳子股数，适用于不同泄露量测试标准压力的场合。
[0052]
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。