CN116124442A - 一种往复式液体泵的阀门动态特性试验*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种往复式液体泵的阀门动态特性试验***，往复式液体泵的入口端和出口端分别可拆卸的固定有入口阀模块和出口阀模块；入口阀模块包含待测试的入口阀以及用于测量入口阀阀芯位移的第一电涡流位移传感器，出口阀模块包含待测试的出口阀以及用于测量出口阀阀芯位移的第二电涡流位移传感器；入口阀的阀前、出口阀的阀后、往复式液体泵的泵缸均设有一个压力表；三个压力表监测的压力数据、两个电涡流位移传感器的位移数据发送给显示仪表进行实时显示和监测，并传递给控制平台。本发明利用无接触的电涡流位移传感器和可拆卸的阀门模块，可实现低温高压的恶劣工况下往复式液体泵的阀进排液阀动态特性测试以及阀门组件的快速替换。

Description

一种往复式液体泵的阀门动态特性试验***

技术领域

本发明属于泵阀特性试验技术领域，尤其是涉及一种往复式液体泵的阀门动态特性试验***。

背景技术

入口阀和出口阀是往复式液体泵的关键零件，其作用是借助阀门前后压力变化实现往复式液体泵入口和出口的开闭，防止被压工质逆向流动。

如公开号为CN114673656A的中国专利文献公开了一种具有液封功能的柱塞式往复泵，包括泵体、缸套和设置在缸套内的柱塞，所述柱塞沿缸套长度方向滑动，所述泵体内设有泵腔，所述泵体两端分别设有进液单向阀和排液单向阀。公开号为CN110017256A的中国专利文献公开了一种柱塞式往复泵。

然而，往复式液体泵的往复活塞运动使阀门工作在高速交变流动环境中，阀芯运动受较多参数的影响，难以通过理论计算得到准确的动态特性。在实际工程中一般通过测量往复式液体泵的性能特性来反推阀芯参数设计是否合理，具有成本高、优化精度差的缺点，难以得到最优化的阀门动态特性。

由于往复式液体泵的运行频率较高，阀门的行程和移动时间都很短，而且阀门可能需要在不同的温度、压力工况下工作，对其动态特性的实验测试十分困难。目前常采用的接触式位移传感器对恶劣环境的适应性较差，而激光位移传感器的测量会受到流体流动的影响。

对于往复式液体泵的阀门动态特性试验而言，需要能够快速便捷地对阀门参数进行修改并进行实验，以获得阀门在不同条件下的动态特性并进一步开展泵阀优化工作。工作在低温高压等恶劣工况下的往复式液体泵一般拥有更为复杂的耐压或绝热结构，而通常集成在泵体上的入口阀与出口阀也包裹在往复式液体泵的复杂结构内，难以快速便捷地对阀门结构进行修改替换。

发明内容

本发明提供了一种往复式液体泵的阀门动态特性试验***，可利用无接触的电涡流位移传感器实现低温高压的恶劣工况下往复式液体泵的阀进排液阀动态特性测试，并采用与泵体分离的便于拆卸的进排液阀模块，以实现阀门组件的快速替换。

一种往复式液体泵的阀门动态特性试验***，包括前高压储液罐、循环槽、往复式液体泵、后高压储液罐；

所述往复式液体泵的入口端和出口端分别可拆卸的固定有入口阀模块和出口阀模块；所述的入口阀模块包含待测试的入口阀以及用于测量入口阀阀芯位移的第一电涡流位移传感器，所述的出口阀模块包含待测试的出口阀以及用于测量出口阀阀芯位移的第二电涡流位移传感器；

所述前高压储液罐的出口连接至循环槽，所述循环槽的出液口通过管路与入口阀连接，所述的出口阀通过管路连接至后高压储液罐；

入口阀的阀前、出口阀的阀后、往复式液体泵的泵缸均设有一个压力表；三个压力表监测的压力数据、第一电涡流位移传感器和第二电涡流位移传感器的位移数据发送给显示仪表进行实时显示和监测，并传递给控制平台，所述的控制平台用于记录监测的数据并控制往复式液体泵的电机运行。

本发明的技术方案中，便于拆卸的入口阀模块和出口阀模块可以实现阀门组件的快速更换，从而调节阀芯结构、弹簧刚度、最大开度等参数。电涡流传感器可实现低温高压环境下阀芯位移的非接触测量。通过调节往复式液体泵的电机运行参数，可以输出所需的往复式液体泵的特性曲线和往复频率。通过改变往复式液体泵前后储液罐的压力，可以调节入口阀的阀前压力与出口阀的阀后压力。

进一步地，所述往复式液体泵的外部依次设有泵容器和真空夹层。

循环槽中的低温液体经总阀，进入由真空夹层隔热的泵容器中，泵容器中的低温液体在入口阀模块中经入口阀进入往复式液体泵的泵缸中；由电机驱动的往复式液体泵对低温液体进行加压，之后经出口阀模块中的出口阀和其后的调节阀进入后高压储液罐。

泵容器中，由漏热导致的蒸发气由入口阀模块上部回液口回到循环槽统一排空。

所述的入口阀模块中，入口阀通过螺纹安装在往复式液体泵上，所述的第一电涡流位移传感器通过法兰压紧固定在入口阀的上部，所述入口阀模块的壳体通过法兰连接在泵容器和真空夹层上。

所述的出口阀模块中，出口阀模块的壳体通过螺纹安装在往复式液体泵的出口管道上，所述的出口阀和第二电涡流位移传感器通过法兰压紧固定在出口阀模块的壳体内部。

在阀门动态特性试验前，根据测试需求将待测试的入口阀和出口阀调整为特定的结构性能参数，然后将入口阀模块和出口阀模块安装到往复式液体泵的入口端和出口端；所述的结构特性参数包含阀芯结构、弹簧刚度、最大开度。

在阀门动态特性试验过程中，通过电涡流传感器实现低温高压环境下入口阀和出口阀的阀芯位移的非接触测量；通过调节往复式液体泵的电机运行参数，输出所需的往复式液体泵的特性曲线和往复频率；通过改变前高压储液罐和后高压储液罐的压力，调节入口阀的阀前压力与出口阀的阀后压力。

可选择地，所述的往复式液体泵的工质为常温或低温流体，往复式液体泵的结构形式为活塞泵、柱塞泵或隔膜泵。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、提出了一种可兼顾低温绝热、高压密封和方便更换调试的模块化结构，将原本深埋于低温泵的进排液阀延伸到单独的阀门模块中，一方面是实现了原本狭小局促的泵结构中无法实现的位移测量，另一方面是方便对阀门结构进行快速更换调试。

2、本发明提出的往复式液体泵的阀门动态特性试验***可以测量不同泵前泵后压力、泵特性曲线、泵运行频率下往复式液体泵的入口阀与出口阀的动态特性，采用可拆卸的阀门模块从而快速更换被测入口阀与出口阀组件，实现低温高压往复式液体泵进排液阀的测试与优化。

附图说明

图1为本发明一种往复式液体泵的阀门动态特性试验***的整体结构示意图；

图2为本发明中往复式液体泵及阀门模块装配的结构示意图；

图3为本发明中入口阀模块的结构示意图；

图4为本发明中出口阀模块的结构示意图；

图5为本发明实施例中不同弹簧刚度下入口阀的运动曲线；

图6为本发明实施例中不同弹簧刚度下出口阀的运动曲线；

图7为本发明实施例中不同阀门最大开度下入口阀的运动曲线；

图8为本发明实施例中不同阀门最大开度下出口阀的运动曲线；

图9为本发明实施例中不同活塞频率下的入口阀的运动情况；

图10为本发明实施例中不同活塞频率下的出口阀的运动情况。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

如图1和图2所示，一种往复式液体泵的阀门动态特性试验***，包括：前高压储液罐1、调节阀2、储液罐压力表3、循环槽4、总阀5、泵容器6、入口阀7、第一电涡流位移传感器8、泵缸压力表9、往复式液体泵10、真空夹层11、电机12、出口阀13、第二电涡流位移传感器14、安全阀15、储液罐压力表16、调节阀17、后高压储液罐18、显示仪表19、控制平台20、活塞21、入口阀模块22和出口阀模块23。

前高压储液罐1用于供给循环槽4并保持其液位高度；往复式液体泵10一端连接入口阀模块22并从循环槽4内吸入液体，另一端连接出口阀模块23并向另一个后高压储液罐18排液；第一电涡流位移传感器8安装在入口阀模块22中，第二电涡流位移传感器14安装在出口阀模块23中，用于在低温高压工况下无接触地测量阀芯位移；压力传感器用于测量两个储液罐的压力状态以及往复式液体泵10的缸内压力；控制平台负责记录测量数据并控制往复式液体泵10的电机12运行。

在阀门动态特性试验中，循环槽4中的低温液体经总阀5，进入由真空夹层11隔热的泵容器6中。泵容器6的上部连接入口阀模块22，下部连接出口阀模块23。由漏热导致的蒸发气由入口阀模块22上部回液口回到循环槽4统一排空。泵容器6中的低温液体在入口阀模块22中经入口阀7进入往复式液体泵10的泵缸中。由电机12驱动的往复式液体泵10对低温液体进行加压，之后经出口阀模块23中的出口阀13和其后的调节阀17进入后高压储液罐18。入口阀7与出口阀13的阀芯位移情况由第一电涡流位移传感器8和第二电涡流位移传感器14分别测量。入口阀7的阀前压力由储液罐压力表3测量，入口阀7的阀后和出口阀13的阀前压力由泵缸压力表9测量，出口阀13的阀后压力由储液罐压力表16测量。所测量的数据经过显示仪表19输入到控制平台20进行处理记录。

为了方便对不同结构性能参数的入口阀7与出口阀13进行实验，采用了便于拆卸的模块化进排液阀结构。入口阀模块22的结构如图3所示，包括通过螺纹安装在往复式液体泵10上的入口阀7、通过法兰压紧固定在入口阀7上部的第一电涡流位移传感器8，以及通过法兰连接在泵容器6和真空夹层11外的壳体。出口阀模块23结构如图4所示，包括通过螺纹安装在往复式液体泵10出口管道上的耐压壳体、通过法兰压紧固定在耐压壳体内部的出口阀13和第二电涡流位移传感器14。

本发明在实际应用过程中，往复式液体泵10的工质为常温或低温流体，其结构形式可以采用活塞泵、柱塞泵或隔膜泵。

往复式液体泵为活塞泵时，包括压缩缸、入口阀、出口阀和活塞，依靠活塞往复运动使泵腔容积周期变化，实现液体的加压输送。

往复式液体泵为柱塞泵时，包括压缩缸、入口阀、出口阀和柱塞，依靠柱塞往复运动使泵腔容积周期变化，实现液体的加压输送。

往复式液体泵为隔膜泵时，包括压缩缸、入口阀、出口阀、活塞、液压油和隔膜，通过液压流体将压力从活塞传递到隔膜，再传递到被压液体，实现液体的加压输送。

为验证本发明的效果，进行往复式液体活塞泵的阀门动态特性试验的典型测量结果展示分析。图5和图6分别为不同弹簧刚度下入口阀和出口阀的运动曲线，弹簧刚度过小会导致阀门关闭延迟，阀后液体倒流；弹簧刚度过大会导致阀门提前关闭并在阀座反弹，增大阀门振荡与阀门碰撞磨损。图7和图8分别为不同阀门最大开度下入口阀和出口阀的运动曲线，阀门开度过小会增大阀门阻力，阀门开度过大会导致关闭不及时和液体倒流，以及更大的碰撞速度。图9和图10分别为不同活塞频率下的入口阀和出口阀的运动情况，对于工作频率为2Hz的往复式液体泵，当其工作频率降低，入口阀和出口阀的运动曲线都会出现振荡，长期运行在低频工作条件会导致运行不稳定，阀门碰撞磨损增加。

因此，对于不同的工作频率、流体工质性质、阀前阀后压力等往复式液体泵运行工况，需要进行阀门参数的优化配置，匹配阀门参数与实际工况需求，增强阀门运动稳定性，减少阀门阻力、振荡和磨损。此外，在相同运行工况下，阀门结构的不同也会导致运动曲线和阀门性能的差异，便于拆卸的模块化进排液阀结构有助于快速进行阀门参数的调试和阀门结构的更换、提高泵阀性能并辅助泵阀设计。

以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种往复式液体泵的阀门动态特性试验***，其特征在于，包括前高压储液罐(1)、循环槽(4)、往复式液体泵(10)、后高压储液罐(18)；

所述往复式液体泵(10)的入口端和出口端分别可拆卸的固定有入口阀模块(22)和出口阀模块(23)；所述的入口阀模块(22)包含待测试的入口阀(7)以及用于测量入口阀(7)阀芯位移的第一电涡流位移传感器(8)，所述的出口阀模块(23)包含待测试的出口阀(13)以及用于测量出口阀(13)阀芯位移的第二电涡流位移传感器(14)；

所述前高压储液罐(1)的出口连接至循环槽(4)，所述循环槽(4)的出液口通过管路与入口阀(7)连接，所述的出口阀(13)通过管路连接至后高压储液罐(18)；

入口阀(7)的阀前、出口阀(13)的阀后、往复式液体泵(10)的泵缸均设有一个压力表；三个压力表监测的压力数据、第一电涡流位移传感器(8)和第二电涡流位移传感器(14)的位移数据发送给显示仪表(19)进行实时显示和监测，并传递给控制平台(20)，所述的控制平台(20)用于记录监测的数据并控制往复式液体泵(10)的电机运行。

2.根据权利要求1所述的往复式液体泵的阀门动态特性试验***，其特征在于，所述往复式液体泵(10)的外部依次设有泵容器(6)和真空夹层(11)；

循环槽(4)中的低温液体经总阀(5)，进入由真空夹层(11)隔热的泵容器(6)中，泵容器(6)中的低温液体在入口阀模块(22)中经入口阀(7)进入往复式液体泵(10)的泵缸中；由电机(12)驱动的往复式液体泵(10)对低温液体进行加压，之后经出口阀模块(23)中的出口阀(13)和其后的调节阀(17)进入后高压储液罐(18)。

3.根据权利要求1所述的往复式液体泵的阀门动态特性试验***，其特征在于，泵容器(6)中，由漏热导致的蒸发气由入口阀模块(22)上部回液口回到循环槽(4)统一排空。

4.根据权利要求2所述的往复式液体泵的阀门动态特性试验***，其特征在于，所述的入口阀模块(22)中，入口阀(7)通过螺纹安装在往复式液体泵(10)上，所述的第一电涡流位移传感器(8)通过法兰压紧固定在入口阀(7)的上部，所述入口阀模块(22)的壳体通过法兰连接在泵容器(6)和真空夹层(11)上。

5.根据权利要求2所述的往复式液体泵的阀门动态特性试验***，其特征在于，所述的出口阀模块(23)中，出口阀模块(23)的壳体通过螺纹安装在往复式液体泵(10)的出口管道上，所述的出口阀(13)和第二电涡流位移传感器(14)通过法兰压紧固定在出口阀模块(23)的壳体内部。

6.根据权利要求1所述的往复式液体泵的阀门动态特性试验***，其特征在于，在阀门动态特性试验前，根据测试需求将待测试的入口阀(7)和出口阀(13)调整为特定的结构性能参数，然后将入口阀模块(22)和出口阀模块(23)安装到往复式液体泵(10)的入口端和出口端；所述的结构特性参数包含阀芯结构、弹簧刚度、最大开度。

7.根据权利要求6所述的往复式液体泵的阀门动态特性试验***，其特征在于，在阀门动态特性试验过程中，通过电涡流传感器实现低温高压环境下入口阀(7)和出口阀(13)的阀芯位移的非接触测量；通过调节往复式液体泵(10)的电机运行参数，输出所需的往复式液体泵(10)的特性曲线和往复频率；通过改变前高压储液罐(1)和后高压储液罐(18)的压力，调节入口阀(7)的阀前压力与出口阀(13)的阀后压力。

8.根据权利要求1所述的往复式液体泵的阀门动态特性试验***，其特征在于，所述的往复式液体泵(10)的工质为常温或低温流体，往复式液体泵(10)的结构形式为活塞泵、柱塞泵或隔膜泵。

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