CN205426490U - 一种调节阀粘滞特性分析实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种调节阀粘滞特性分析实验装置，主要由调节阀、摩擦力模拟部件、控制器、过程对象、变量传感器和数据采集器组成。摩擦力模拟部件可调节产生不同大小的摩擦力运动特性，其所包含的动摩擦块通过一刚性连接件和调节阀的阀杆连接，相当于一外部摩擦力叠加与阀杆之上，从而模拟调节阀的粘滞特性。本实用新型中的控制器输出信号、阀门位置信号、过程变量值以及动摩擦块所受正压力值都由数据采集器进行采集并存储，基于这些数据可研究调节阀粘滞特性的检测方法和控制补偿方法。

Description

一种调节阀粘滞特性分析实验装置

技术领域

本实用新型涉及一种过程控制设备特性分析实验平台，具体而言涉及一种调节阀粘滞特性分析实验装置。

背景技术

调节阀是工业过程中最为常用的一种执行器，使用中经常会出现死区、粘滞、回滞、饱和等故障。死区和饱和特性易于检测，实际中只要选型合理其出现的概率不高。粘滞特性最为常见，对控制回路的影响程度有大有小，其检测手段复杂。在调节阀的使用初期，阀杆和密封部件之间的摩擦力在合理范围之内，因而输入给阀门的控制信号和阀门实际位置之间保持一种线性关系。但随着时间推移，密封部件的润滑衰减，再加上外部环境的侵蚀可能造成阀杆表面摩擦力增大，这些现象导致阀门出现粘滞特性。存在粘滞特性的调节阀会使其所在控制回路性能下降，导致过程变量振荡，最终影响整个生产线的产品质量、增加产品不合格率以及能源的消耗。在现代化工厂中，通常有成百上千个调节阀在运行，依靠人力去对每一个调节阀进行检测和维护是一件非常繁重的工作。因而，利用可得过程数据，基于数据驱动方法研究阀门粘滞特性的检测和补偿一直是过程控制界的一个重要内容。研究粘滞特性对控制回路影响的前提是获取粘滞状态下控制回路的各种工作数据。目前，获取数据的一种方法是采集实际工业现场的数据，其不足是所得数据不可控且多数需要进一步处理。第二种方法是通过改变调节阀密封件的安装扭矩使其处于粘滞状态，但这种方法会对阀门造成损害，并且也不能可控的输出不同大小粘滞状态下的工作数据。

实用新型内容

本实用新型提供一种调节阀粘滞特性分析实验装置，通过在调节阀上安装一外置摩擦力模拟部件，模拟阀杆受到的摩擦力特性，以产生不同的阀门粘滞状态。该装置可连续调节粘滞等级，且不改变阀门本体结构。该装置还包括控制器和数据采集***，可产生对阀门的控制信号，并可对阀门输入信号、位置信号、摩擦力大小以及各种过程变量进行采集记录。以该装置作为实验平台可进行调节阀粘滞特性诊断和控制补偿等方面研究。

为了解决上述问题，本实用新型采用如下方案：

一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：所述装置包括动调节阀、摩擦力模拟部件、控制器、过程对象、变量传感器和数据采集器，摩擦力模拟部件通过一个刚性连接件和阀门的阀杆连接，刚性连接件又和动摩擦块相连，动摩擦块受到静摩擦块对其施加的正压力，不同的压力产出不同的摩擦力，从而使阀杆上产生不同的摩擦力特性，以模拟调节阀的不同粘滞状态，控制器连接调节阀，其输出信号作为调节阀的输入信号，调节阀又连接过程对象，不同的调节阀输出，使过程对象的过程变量产生不同的值，变量传感器检测过程变量值的大小，并同时送给控制器和数据采集器，数据采集器还同时采集控制器的输出信号、阀门位置信号和动摩擦块上的正压力值。

作为上述方案的进一步改进：

所述摩擦力模拟部件由动摩擦块移动部分和静摩擦块压力调节部分组成，动摩擦块上固定有刚性连接件，刚性连接件的另一端耦接于调节阀的阀杆之上，阀杆运动使动摩擦块同向运动，静摩擦块对动摩擦块的正压力可调，该力施加于动摩擦块的侧面上，也就是说静摩擦块的重力不施加在动摩擦块之上。

摩擦力模拟部件中的动摩擦块移动部分由动摩擦块、刚性连接件、耦接件、同轴连接器、滑动轴、轴承、测试接头、牵引线、滑轮和重力补偿件构成。

摩擦力模拟部件中的静摩擦块压力调节部分由调节旋钮、精密丝杆、精密螺母、防位移固定件、支架、上压力件、弹性元件、压力传感器、静摩擦块固定件、夹紧螺丝以及静摩擦块构成。

重力补偿件通过滑轮和测试接头连接，可抵消动摩擦块竖直安装时其本身以及其相关连接件的重力。

刚性连接件连接后的调节阀阀杆和动摩擦块同步运动，互相平行，且两者之间不存在死区和形变。

摩擦力模拟部件中的静摩擦块压力调节部分将旋转运动转变为直线运行，再通过一弹性元件将力传导到动摩擦块上面。

精密丝杆和精密螺母的丝纹很细，且非常均匀，弹性元件的弹力范围完全在实验所需的调节阀阀杆所受摩擦力的对应范围之内。静摩擦块安装好后不会在动摩擦块的运动方向上产生位移。

本实用新型的技术效果在于：

一种调节阀粘滞特性分析实验装置在使用时要将动摩擦块和调节阀阀杆平行安装，通过一耦接件连接阀门的连接件和动摩擦块上的刚性连接件，当调节阀的阀杆运动时，动摩擦块也随之做相同的运动。当调节旋钮在一定的位置时，静摩擦块施加在动摩擦块的正压力可由压力传感器检测得到，再根据动摩擦块和静摩擦块的材质特性，可获知其滑动摩擦系数和最大静摩擦系数(也可通过摩擦力测试仪测得)，因此动摩擦块的摩擦力运动特性已知。根据力的叠加定理，这一摩擦力特性同样施加在调节阀的阀杆上，因而可模拟阀门粘滞时的运动特性。

附图说明

图1是本实用新型主体结构示意图。

图2是本实用新型的摩擦力模拟部件结构图。

图中：1、推杆；2、连接件；3、阀杆；4、压盖；5、调节螺丝；6、密封件；7、阀芯；8、动摩擦块；9、静摩擦块；10、同轴连接器；11、轴承；12、滑动轴；13、固定螺丝；14、刚性连接件；15、压力传感器；16、弹性元件；17、精密丝杆；18、调节旋钮；19、防位移紧固件；20、静摩擦块固定件；21、固定杆；22、滑轮；23、牵引线；24、重力补偿件；25、精密螺母；26、支架；27、上压力件；28、夹紧螺丝；29、耦接件；30、测试接头；102、调节阀；101、控制器；103、过程对象；104、摩擦力模拟部件；105、数据采集器；106、变量传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。

如图1、图2所示，本实施例的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，所述装置包括动调节阀102、摩擦力模拟部件104、控制器101、过程对象103、变量传感器106和数据采集器105，摩擦力模拟部件104通过一个刚性连接件14和阀门的阀杆3连接，刚性连接件14又和动摩擦块8相连，动摩擦块8受到静摩擦块9对其施加的正压力，不同的压力产出不同的摩擦力，从而使阀杆3上产生不同的摩擦力特性，以模拟调节阀102的不同粘滞状态，控制器101连接调节阀102，其输出信号作为调节阀102的输入信号，调节阀102又连接过程对象103，不同的调节阀102输出，使过程对象103的过程变量产生不同的值，变量传感器106检测过程变量值的大小，并同时送给控制器101和数据采集器105，数据采集器105还同时采集控制器的输出信号、阀门位置信号和动摩擦块8上的正压力值。

本实用新型中，如图2所示，摩擦力模拟部件104由动摩擦块8移动部分和静摩擦块9压力调节部分组成，动摩擦块8上固定有刚性连接件14，刚性连接件14的另一端耦接于调节阀102的阀杆3之上，阀杆3的下端带有阀芯7，其上端安装推杆1；阀杆3运动使动摩擦块8同向运动，静摩擦块9对动摩擦块8的正压力可调，该力施加于动摩擦块8的侧面上，也就是说静摩擦块9的重力不施加在动摩擦块8之上。

本实用新型中，如图2所示，摩擦力模拟部件104中的动摩擦块8移动部分由动摩擦块8、刚性连接件14、耦接件29、同轴连接器、滑动轴12、轴承11、测试接头30、牵引线23、滑轮22和重力补偿件24构成。

本实用新型中，如图2所示，摩擦力模拟部件104中的静摩擦块9压力调节部分由调节旋钮18、精密丝杆17、精密螺母25、防位移固定件、支架26、上压力件27、弹性元件16、压力传感器15、静摩擦块9固定件、夹紧螺丝28以及静摩擦块9构成。重力补偿件24通过滑轮22和测试接头30连接，可抵消动摩擦块8竖直安装时其本身以及其相关连接件2的重力。刚性连接件14连接后的调节阀阀杆3和动摩擦块8同步运动，互相平行，且两者之间不存在死区和形变。摩擦力模拟部件104中的静摩擦块9压力调节部分将旋转运动转变为直线运行，再通过一弹性元件16将力传导到动摩擦块8上面。精密丝杆17和精密螺母25的丝纹很细，且非常均匀，弹性元件16的弹力范围完全在实验所需的调节阀阀杆3所受摩擦力的对应范围之内。静摩擦块9安装好后不会在动摩擦块8的运动方向上产生位移。

如图2所示，摩擦力模拟部件104中的静摩擦块9和动摩擦块8的表面均有一定等级的粗糙度，可通过更换不同粗糙度等级的摩擦块模拟产生不同的摩擦力动态特性，在本实用新型的一示例实施方式中，静摩擦块9可选择和阀门密封件6相同的表面材质，动摩擦块8可选择和阀杆3相同的表面材质。

本实用新型中，轴承11可选直线轴承，滑动轴12和轴承11间的滑动摩擦力很小，其相对于动摩擦块8和静摩擦块9间摩擦力可忽略，此力也可通过微调重力补偿件24的质量进行补偿。

本实用新型中，摩擦力模拟部件104可作为一个整体安装于调节阀102的支架26，此时应仔细调节安装位置以保证动摩擦块8和阀杆3在运行时严格平行。

本实用新型中，调节阀102的压盖4在调节螺丝5的合适调节下，可认为阀杆3和密封件6的摩擦力特性稳定；对于新出厂的调节阀，默认为阀门输入信号和阀门位移保持线性关系；对于已使用过的旧调节阀，在安装好摩擦力模拟部件104后，调节静摩擦块9对动摩擦块8的正压力为零，再在测试接头30上外接摩擦力测试仪，以测量调节阀的初始粘滞状态。

工作时，动摩擦块8和静摩擦块9紧密接触，静摩擦块9对动摩擦块8的正压力可由压力传感器15检测；动摩擦块8两端分别通过同轴连接器10和滑动轴12连接，滑动轴12两端设置有测试接头30；两个滑动轴12分别安装在轴承11上，滑动轴12在轴承11中滑动时的摩擦力很小；动摩擦块8还通过固定螺丝13和刚性连接件14连接，刚性连接件14的另一端连接耦接件29，耦接件29安装在调节阀的连接件2之上，连接件2又和阀杆3连接，阀杆3运动时带动动摩擦块8运动，动摩擦块8所受的摩擦力也同样施加于阀杆3之上；动摩擦块8的安装方向要和阀杆3平行，其可以是竖直方向或水平方向，竖直方向时，动摩擦块8、同轴连接器10、滑动轴12、固定螺丝13、刚性连接件14以及耦接件29的重力通过重力补偿件24予以抵消，重力补偿件24是通过牵引线23以及滑轮22连接在测试接头30上的；动摩擦块8水平安装时，牵引线23和重力补偿件24不用安装。

本实用新型中，如图2所示，静摩擦块9施加在动摩擦块8上正压力通过调节旋钮18进行调节，调节旋钮18连接精密丝杆17，精密丝杆17安装于固定在支架26上的精密螺母25中，转动调节旋钮18，精密丝杆17的旋转运动转化为直线运动，从而推动上压力件27运动，上压力件27另一侧连接弹性元件16，弹性元件16的另一侧连接压力传感器15，上压力件27直线运动使弹性元件16发生形变，从而产生弹力，此力同样施加于压力传感器15之上；调节旋钮18调整到位后可用防位移紧固件19进一步固定，以防止精密丝杆17发生波动；压力传感器15又和静摩擦块固定件20连接，静摩擦块固定件20又和静摩擦块9连接，弹性元件16所产生的弹力最终施加于静摩擦块9之上，再传到产生对动摩擦块8的正压力；静摩擦块9是通过夹紧螺丝28牢固固定在静摩擦块固定件20之中的，它不会在动摩擦块8运动时发生位移；静摩擦块固定件20还通过固定杆21和支架26连接，固定杆21可在支架26的安装孔中滑动，不同方向转动调节旋钮18可使静摩擦块固定件20靠近或远离动摩擦块8，从而增大或减少静摩擦块9对动摩擦块8的正压力。

以上所举实施例为本实用新型的较佳实施方式，仅用来方便说明本实用新型，并非对本实用新型作任何形式上的限制，任何所属技术领域中具有通常知识者，若在不脱离本实用新型所提技术特征的范围内，利用本实用新型所揭示技术内容所作出局部改动或修饰的等效实施例，并且未脱离本实用新型的技术特征内容，均仍属于本实用新型技术特征的范围内。

Claims (9)

1.一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：所述装置包括动调节阀、摩擦力模拟部件、控制器、过程对象、变量传感器和数据采集器，摩擦力模拟部件通过一个刚性连接件和阀门的阀杆连接，刚性连接件又和动摩擦块相连，动摩擦块受到静摩擦块对其施加的正压力，不同的压力产出不同的摩擦力，从而使阀杆上产生不同的摩擦力特性，以模拟调节阀的不同粘滞状态，控制器连接调节阀，其输出信号作为调节阀的输入信号，调节阀又连接过程对象，不同的调节阀输出，使过程对象的过程变量产生不同的值，变量传感器检测过程变量值的大小，并同时送给控制器和数据采集器，数据采集器还同时采集控制器的输出信号、阀门位置信号和动摩擦块上的正压力值。

2.如权利要求1所述的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：所述摩擦力模拟部件由动摩擦块移动部分和静摩擦块压力调节部分组成，动摩擦块上固定有刚性连接件，刚性连接件的另一端耦接于调节阀的阀杆之上，阀杆运动使动摩擦块同向运动，静摩擦块对动摩擦块的正压力可调，该力施加于动摩擦块的侧面上，也就是说静摩擦块的重力不施加在动摩擦块之上。

3.如权利要求1所述的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：摩擦力模拟部件中的动摩擦块移动部分由动摩擦块、刚性连接件、耦接件、同轴连接器、滑动轴、轴承、测试接头、牵引线、滑轮和重力补偿件构成。

4.如权利要求1所述的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：摩擦力模拟部件中的静摩擦块压力调节部分由调节旋钮、精密丝杆、精密螺母、防位移固定件、支架、上压力件、弹性元件、压力传感器、静摩擦块固定件、夹紧螺丝以及静摩擦块构成。

5.如权利要求1所述的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：重力补偿件通过滑轮和测试接头连接，可抵消动摩擦块竖直安装时其本身以及其相关连接件的重力。

6.如权利要求1所述的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：刚性连接件连接后的调节阀阀杆和动摩擦块同步运动，互相平行，且两者之间不存在死区和形变。

7.如权利要求1所述的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：摩擦力模拟部件中的静摩擦块压力调节部分将旋转运动转变为直线运行，再通过一弹性元件将力传导到动摩擦块上面。

8.如权利要求1所述的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：弹性元件的弹力范围完全在实验所需的调节阀阀杆所受摩擦力的对应范围之内。

9.如权利要求1所述的一种调节阀粘滞特性分析实验装置，其特征在于：静摩擦块安装好后不会在动摩擦块的运动方向上产生位移。