專利名稱：一種測定往復泵泵閥閥盤位移的裝置的制作方法
技術領域：
本發明提供一種測定往復泵泵閥閥盤位移的裝置，裝置將位移傳感器安裝在往復泵泵閥閥盤上，可以直接測得往復泵泵閥閥盤在開啟和關閉過程中的位移變化情況，用以研究往復泵泵閥閥盤的實際運動規律，驗證各種泵閥無沖擊理論，為泵閥設計提供依據。裝置配有電感調頻式位移傳感器，該傳感器具有防水，抗高壓的特點，泵閥缸蓋上配有能讓傳感器通過而保證泵不泄漏的密封裝置，并配備有自行開發的專用的往復泵泵閥閥盤位移測試分析系統。
背景技術：
泵閥是往復泵中最重要的部件之一，泵閥閥盤的運動規律是往復泵設計計算的重要依據。長期以來，往復泵泵閥的設計一直依據的是水力學中的穩定流原理導出的相關結果進行的，其中閥盤的運動規律(閥盤的升距h、閥盤的舉升速度Vv、閥盤的舉升速度av)均是根據液體為穩定流動即在閥隙中以不變的速度流動，流經閥隙的液體量等于液缸內活塞的排出或吸入的液體量而得到的。但是實際上由于在推導和計算中未考慮閥盤質量和彈簧力的影響，沒有考慮閥盤運動的慣性力，沒有考慮閥盤關閉與開啟和活塞運動到死點位置的不同步對應的因素，而且流經閥隙的液體量不一定等于液缸內活塞的排出或吸入的液體量。由于閥盤是在密閉且有壓力的泵缸中運動，無法輕易地觀察測試其運動規律，長期以來的研究者一直忽視了這個問題，很少有人開展過關于泵閥運動規律的試驗工作，即使進行了部分研究工作，但也未將研究結果上升到泵閥運動規律的總結與描述，所以往復泵的設計、應用一直沿用著以前的計算理論和方法。德國學者阿道爾夫(U.Adolph)由閥盤受力的平衡條件推導出了關于閥盤運動的非線性二價微分方程式并認為，在泵閥關閉的一瞬間，閥盤由運動狀態突然停止，閥盤的動能變為沖擊能。這種沖擊能使得閥盤與閥座的接觸面磨損很快，導致漏失加劇，甚至破壞泵的正常工作。因此在設計和使用往復泵時，因保證閥盤落到閥座上的沖擊不超過允許范圍，即保證所謂的無沖擊條件，即在不考慮滯后現象和慣性力的情況下，閥盤下落時的速度與曲柄角速度的平方成正比，其動能則與曲柄角速度的四次方成正比。所以在泵的設計和使用時，為了減少沖擊，一般要控制曲柄角速度ω (或泵的沖數n)，使之不能太高。實際上，閥盤的滯后現象對泵閥壽命的影響較大，滯后越嚴重，滯后高度越大，閥盤上下壓力差的作用也越大，因而降落速度越大。推導得知，滯后高度hoc ω2。據此，前蘇聯學者庫可列夫斯基(Μ. H. y K JlEBCK HK)以穩定流條件下閥盤的最大降落速度Vvmax為臨界值，推出閥盤的最大升距hmax與沖數η的關系，即所謂的泵閥無沖擊條件為nhmax =
lOVymax °通過以上的闡述，可以清晰地看出，閥盤的位移(升距)、速度、加速度等運動參數隨曲柄、活塞運動參數變動的規律對于保證實現泵閥的無沖擊條件是必不可少的，但由于測試工作的困難，尚未看到有關測定往復泵泵閥閥盤位移的試驗工作的報道，目前的設計或計算缺乏閥盤位移的實際數據，也未系統地進行試驗驗證，由于忽略了多項因數，因此所進行的理論分析和計算是否與實際相符，是值得研究的。綜上所述，目前泵閥的設計基本上是沿襲上世紀60 70年代國外學者提供的理論計算公式，其基本依據是無沖擊理論。由于缺乏閥盤運動位移規律的實際測試與完整描述，現在常用的一些往復泵泵閥設計理論缺乏試驗的驗證。因此如能實時準確地測定往復泵泵閥閥盤位移的運動情況，將其與理論分析結果進行分析比較，建立起符合實際的閥盤運動規律，就可在此基礎上研究確定閥盤的損傷機理，考核無沖擊理論的合理性和正確性，進而為科學設計往復泵泵閥結構提供科學依據，這就是本發明所提供的往復泵泵閥閥盤的位移測試裝置的背景和意義所在。
發明內容
本發明的目的提供一種能夠直接測取往復泵泵閥閥盤運動位移的裝置。該裝置具有使用方便、成本低、測量精確的特點，可根據試驗測得的閥盤位移信號，結合流量和壓力信號，研究泵閥閥盤在泵不同流量和不同壓力時的運動位移規律，在此基礎上研究泵閥的損傷機理，驗證無沖擊理論的合理性和正確性，可為科學設計往復泵泵閥結構、改善其工作性能，提高其使用壽命提供科學依據。本發明是為了對往復泵泵閥閥盤的位移測定專門設計開發的，發明所提供的測定裝置利用電感調頻式位移傳感器測試往復泵工作時泵閥閥盤的位移變化情況，該傳感器具有防水，抗高壓、靈敏度高的特性，泵閥缸蓋上配有能讓電感調頻式位移傳感器通過而保證泵不泄漏的密封裝置，運用自主開發的泵閥閥盤位移測試分析系統分析處理所得信號。本發明主要有以下顯著特點(I)目前往復泵泵閥閥盤的位移運動規律及無沖擊理論等方面的研究大都基于各種假設基礎上的理論分析及軟件模擬仿真，本發明將電感調頻式位移傳感器直接安裝在往復泵內部閥盤上，能夠準確實時地測得泵閥閥盤開啟和關閉過程中的位移變化；(2)選取的電感調頻式位移傳感器具有質量輕、防水、抗高壓、靈敏度高的特點，不會影響往復泵泵閥的正常運動；(3)泵閥缸蓋上配有能讓電感調頻式傳感器通過且保證泵不泄漏的密封裝置，并配備有自行開發的泵閥閥盤位移測試分析系統對測得的信號進行及時的分析處理；(4)軟件部分的特征在于利用NI公司提供的頻率信號采集模塊，使用Labwindows/CVI語言自行開發的一套對往復泵泵閥閥盤位移信號進行測試和分析的軟件系統。試驗中閥盤的運動位移由電感調頻式傳感器測得，由直流電源對電感調頻式位移傳感器提供直流電壓，當閥盤做上下往復運動時，電感調頻式傳感器產生頻率信號，通過數據采集器將電感調頻式位移傳感器信號及位移傳感器附近的安裝在泵上的流量計和壓力計的流量和壓力信號同時輸入計算機的測試分析系統，即可得到閥盤開啟和關閉過程中的實際位移，進而可研究在往復泵不同壓力和流量時的閥盤位移變化規律。
圖I本發明所提出的往復泵泵閥閥盤位移感器裝置安裝簡圖；圖2本發明所提出的往復泵泵閥泵閥位移傳感器引出端密封裝置簡圖；圖3本發明所提出的往復泵泵閥閥盤位移信號采集分析系統簡圖。
具體實施例方式下面將結合附圖進一步對這套裝置進行描述。I.測定裝置結構由圖I可見，測定裝置只要由閥座I、閥盤2、彈簧3、上導桿4、外螺母5、電感調頻式位移傳感器電源線6、電感調頻式位移傳感器信號線7、“0”型密封圈8、螺栓9、缸蓋10、內螺母11、液缸12、電感調頻式位移傳感器13、電感調頻式位移傳感器導桿14等部件組成，其中閥盤2的工作錐面與閥座I的相應錐面配合(當閥關閉時)；防水抗壓的電感調頻式位移傳感器13通過螺紋固定在缸蓋10上；缸蓋10上采用“O”型密封圈8，并用外螺母5和內螺母11進行緊固，防止泵泄漏；閥盤上導桿4在彈簧3的內孔面中上下滑動；閥盤在流體作用下在泵液缸腔內做上下往復運動。2.電感調頻式位移傳感器引出端密封裝置由于泵閥內部的介質為水，泵閥運行時內部壓力達到2MPa，所以要對電感調頻式位移傳感器13引出端進行可靠的密封。由圖2可見，電感調頻式位移傳感器13通過螺紋 固定在缸蓋10上；缸蓋10上配有“O”型密封圈8和密封槽15，并用墊片16和外螺母5進行預緊，使得電感調頻式位移傳感器13引出端能夠得到良好密封。3.數據采集系統由圖3可見，裝置的數據采集系統由電感調頻式位移傳感器13，電感調頻式傳感器直流電源17，數據采集器20，計算機及閥盤位移測試分析系統21等組成，圖中顯示了電感調頻式位移傳感器13的安裝位置，以及與電感調頻式傳感器電源17、數據采集器20及計算機21的聯結路徑。電感調頻式位移流傳感器13用于測量泵閥閥盤運動過程中的位移信號,將電感調頻式位移傳感器電源線6接電感調頻式傳感器直流電源17，給電感調頻式位移傳感器13提供直流電源，然后將電感調頻式位移傳感器信號線7接數據采集器20，往復泵流量信號18與往復泵壓力信號19也同時輸入數據采集器20，信號通過數據采集器數據線傳入計算機21后，由自主開發的閥盤位移測試分析系統對位移信號進行處理分析。4.工作原理將電感調頻式位移傳感器13以及測量裝置安裝在指定位置后，在工作介質為水的條件下，啟動往復泵，測試往復泵工作時泵閥閥盤位移的變化情況。泵閥閥盤運動過程中的位移信號通過電感調頻式位移傳感器13測得，同時將所測得位移信號及往復泵流量信號18、往復泵壓力信號19通過數據采集器20傳入計算機21，運用Labwindows/CVI語言自行開發的閥盤位移測試分析系統對信號進行分析處理。依據試驗得到的泵閥閥盤開啟和關閉過程中的不同流量和壓力時的位移變化規律，可對現有的往復泵泵閥閥盤位移運動理論計算公式進行驗證和完善，以得出真實的往復泵泵閥閥盤位移運動規律，進而為完善往復泵泵閥設計理論、改善泵閥的結構和工作性能提供科學依據。
權利要求
1.一種測定往復泵泵閥閥盤位移的裝置，其特征在于包括閥座I、閥盤2、彈簧3、上導桿4、外螺母5、電感調頻式位移傳感器電源線6、電感調頻式位移傳感器信號線7、“0”型密封圈8、螺栓9、缸蓋10、內螺母11、液缸12、電感調頻式位移傳感器13、電感調頻式位移傳感器導桿14、密封槽15、墊片16、電感調頻式傳感器直流電源17、往復泵流量信號18、往復泵壓力信號19、數據采集器20、計算機21 (安裝有閥盤位移測試分析系統)。
2.根據權利I所述的測定裝置，其特征在于電感調頻式位移傳感器14通過螺紋固定在往復泵泵閥缸蓋10上，在工況為水下、高壓的往復泵內部測取試驗數據。
3.根據權利I所述的測定裝置，其特征在于缸蓋10上采用“0”型密封圈8進行密封，并用外螺母5和內螺母11進行緊固，保證泵不泄漏，使電感調頻式位移傳感器13能穩定測量閥盤的位移信號。
4.根據權利I所述的測定裝置，其特征在于電感調頻式位移傳感器導桿14前端應該接觸閥盤2，當閥盤2做上下往復運動時，電感調頻式位移傳感器導桿14隨著閥盤2上下移動，從而產生位移信號。
5.根據權利I或2所述的測定裝置，其特征在于將電感調頻式位移傳感器13測得的信號及往復泵流量信號18、往復泵壓力信號19通過數據采集器20輸入計算機21內，由自主開發的泵閥閥盤位移測試分析系統進行處理，得出往復泵在不同流量、不同壓力下泵閥閥盤開啟和關閉過程中的位移變化規律，進而為完善往復泵泵閥設計理論、改善泵閥的結構和工作性能提供科學依據。
全文摘要
一種測定往復泵泵閥閥盤運動位移的裝置。本發明裝置由閥座1、閥盤2、彈簧3、上導桿4、外螺母5、電感調頻式位移傳感器電源線6、電感調頻式位移傳感器信號線7、“O”型密封圈8、螺栓9、缸蓋10、內螺母11、液缸12、電感調頻式位移傳感器13、電感調頻式位移傳感器導桿14、電感調頻式傳感器直流電源17、往復泵流量信號18、往復泵壓力信號19、數據采集器20、計算機及閥盤位移測試分析系統21等組成。電感調頻式位移傳感器13輸出的閥盤位移信號及往復泵流量信號18、往復泵壓力信號19經數據采集器20傳入計算機21后，通過自主開發的閥盤位移測試分析系統處理，得到在不同流量和壓力下泵閥閥盤位移的變化規律。
文檔編號G01B7/02GK102768009SQ20121025544
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月24日 優先權日2012年7月24日
發明者畢昆磊, 沈科君, 裴峻峰, 賀超 申請人:常州大學