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1、(10)申请公布号 CN 103411771 A (43)申请公布日 2013.11.27 CN 103411771 A *CN103411771A* (21)申请号 201310392100.9 (22)申请日 2013.09.02 G01M 13/00(2006.01) G01M 3/02(2006.01) (71)申请人 上海开维喜阀门集团有限公司 地址 201416 上海市奉贤区柘林镇北村路 199 号 (72)发明人 梁连金 卓育成 何伟华 李北明 梁世耿 吴建伟 (74)专利代理机构 上海东亚专利商标代理有限 公司 31208 代理人 刘莹 罗习群 (54) 发明名称 管线球阀试验。
2、用的大型环境模拟试验装置 (57) 摘要 本发明公开一种管线球阀试验用的大型外载 荷弯曲试验装置， 包括压力提供系统、 数据处理系 统、 环境模拟仓、 用于调整被测试管线球阀高度的 测试升降台架、 用于测量高低温的温度传感器及 扭矩测量装置。本发明的优点是压力提供系统最 高压力为 70Mpa ； 测试升降台架的单个双作用液 压油缸最大拉力为 250T， 最大行程为 2000mm， 可 满足 NPS2 NPS60 管线球阀高度调整要求 ； 环 境模拟仓 ； 满足 -50 +93温度要求， 箱体体 积为 210m3， 可满足 NPS2 NPS60， Class150 Class2500 管线球阀试。
3、验要求 ； 扭矩测量装置最 大量程为 600000Nm。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 5 页 附图 4 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 (10)申请公布号 CN 103411771 A CN 103411771 A *CN103411771A* 1/1 页 2 1. 一种管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置， 包括 ： 压力提供系统 ： 提供被测试管线球阀和管道进行壳体试验、 高压密封试验和低压密 封试验所需的试验压力 ； 数据处理系统 ： 接收环境模拟仓的控制系统和温度传感器的数据， 数据处理并显 。
4、示 ； 环境模拟仓 ： 模拟被测试管线球阀试验要求的环境 ； 测试升降台架 ： 被测试管线球阀安装于测试平台上， 用于调整被测试管线球阀的高 度 ； 温度传感器 ： 放置于被测试管线球阀的底部、 中部和上部， 用于测量被测试管线球阀 低温和高温的温度 ； 被测试管线球阀 ： 阀门两端焊接球形封头 ； 及 扭矩测量装置 ： 与被测试管线球阀连接， 用于测量阀门在常温、 低温和高温时的开关 扭矩。 2. 根据权利要求 1 所述的管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置， 其特征在于 ： 所 述压力提供系统包括操作按扭、 触摸屏数据记录系统、 控制阀、 保压时间报警、 压力表、 气源 接口和液压增压系统。
5、， 提供最高压力为 70Mpa。 3. 根据权利要求 1 所述的管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置， 其特征在于 ： 所 述数据处理系统包括 USB 接口电阻应变仪和笔记本电脑， USB 接口电阻应变仪将环境模拟 仓的控制系统和温度传感器的数据接收后， 通过 USB 接口将试验数据传给笔记本电脑， 处 理试验数据， 最终以图表的型式显示测试结果。 4. 根据权利要求 1 所述的管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置， 其特征在于 ： 所 述环境模拟仓包括空气调节装置、 箱体、 控制系统和导轨， 被测试管线球阀安装在测试平台 上通过导轨进出环境模拟仓。 5. 根据权利要求 4 所述的管线球阀试验。
6、用的大型环境模拟试验装置， 其特征在于 ： 所 述空气调节装置包括制冷系统、 加热器系统和离心送风机。 6. 根据权利要求 4 所述的管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置， 其特征在于 ： 所 述控制系统包括温度传感器和控制器， 控制器的控制方式为平衡调温方式。 7. 根据权利要求 1 所述的管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置， 其特征在于 ： 所 述测试升降台架包括液压系统、 液压软管、 底座、 双作用液压油缸、 测试平台和电动牵引装 置。 8. 根据权利要求 1 所述的管线球阀试验用的大型外载荷弯曲试验装置， 其特征在于 ： 所述扭矩测量装置的最大量程为 600000Nm。 权 利 要 。
7、求 书 CN 103411771 A 2 1/5 页 3 管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置 技术领域 0001 本发明涉及一种环境模拟试验装置， 特别涉及一种管线球阀试验用的大型环境模 拟试验装置。 背景技术 0002 在长输管线的建设中， 管线球阀所处的环境非常恶劣， 从北极圈至赤道， 从高山至 海底， 从高原到沙漠， 穿越地震带， 沼泽地， 江河， 湖泊， 山坡等。有架设的也有直埋地下的， 在野外远距离遥控操作， 维修困难， 30年服役期内可靠密封。 因此， 在管线球阀研制过程中， 尚有很多型式试验， 这些试验虽未列入产品标准 API 6D 中， 但对验证产品的可靠性， 稳定 性， 对。
8、长输管线使用工况的适用性十分重要。 1971年， 美国对机载电子设备全年的故障进行 剖析， 50% 以上的故障是由各种环境引起的， 温度 （高低温） 、 湿度、 振动三项环境造成电子设 备 43.58% 的故障率， 其中温度引起的故障占 22.2%， 可判断出环境温度对产品可靠性运行 影响最大。 管线球阀在服役过程中， 影响环境温度变化的因素有 ： 由地理位置引起的环境温 度变化， 由季节引起的环境温度变化和由日夜引起的环境温度变化。 目前， 管线球阀所处的 环境温度可从低温 -50到高温 85。因此， 需对管线球阀在高温和低温环境温度下的适 应性进行深入研究， 并建造环境模拟试验装置进行试验。
9、。 0003 试验的主要目的为 ： 在高温和低温环境温度的作用下， 验证管线球阀动作的可 靠性和密封性能。在高温和低温环境温度的作用下， 验证管线球阀的扭矩是否发生大的 变化。作为管线球阀型式试验项目之一， 探索是否作为管线球阀出厂验收项目。目前管 线球阀最大规格为 NPS60， 最高压力等级为 Class2500， 国内外还未见可试验上述管线球阀 参数的环境模拟试验装置。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是要提供了一种管线球阀试验用的大型环境模拟试 验装置， 可试验 NPS2 NPS60， Class150 Class2500 管线球阀， 试验温度为 -50 +93。 0005 。
10、为了解决以上的技术问题， 本发明提供了一种管线球阀试验用的大型环境模拟试 验装置， 包括 ： 压力提供系统 ： 提供被测试管线球阀和管道进行壳体试验、 高压密封试验和低压密 封试验所需的试验压力 ； 数据处理系统 ： 接收环境模拟仓的控制系统和温度传感器的数据， 数据处理并显 示 ； 环境模拟仓 ： 模拟被测试管线球阀试验要求的环境 ； 测试升降台架 ： 被测试管线球阀安装于测试平台上， 用于调整被测试管线球阀的高 度 ； 温度传感器 ： 放置于被测试管线球阀的底部、 中部和上部， 用于测量被测试管线球阀 说 明 书 CN 103411771 A 3 2/5 页 4 低温和高温的温度 ； 被测。
11、试管线球阀 ： 阀门两端焊接球形封头 ； 及 扭矩测量装置 ： 与被测试管线球阀连接， 用于测量阀门在常温、 低温和高温时的开关 扭矩。 0006 所述压力提供系统包括操作按扭、 触摸屏数据记录系统、 控制阀、 保压时间报警、 压力表、 气源接口和液压增压系统。主要为大型环境模拟试验装置提供试验压力， 可对管 线球阀和管道进行壳体试验、 高压密封试验和低压密封试验。压力提供系统最高压力为 70 MPa， 可对 Class150 Class2500 管线球阀进行试验。 0007 所述数据处理系统包括 USB 接口电阻应变仪和笔记本电脑， USB 接口电阻应变仪 将环境模拟仓的控制系统和温度传感器。
12、的数据接收后， 通过 USB 接口将试验数据传给笔记 本电脑， 处理试验数据， 最终以图表的型式显示测试结果。 0008 所述环境模拟仓包括空气调节装置、 箱体、 控制系统和导轨， 被测试管线球阀安装 在测试平台上通过导轨进出环境模拟仓。导轨可承重 60T。 0009 所述空气调节装置包括制冷系统、 加热器系统和离心送风机。满足 -50 +93 温度要求。箱体的体积为 210m3， 可满足 NPS2 NPS60， Class150 Class2500 管线球阀 试验要求。 0010 所述控制系统包括温度传感器和控制器， 控制器的控制方式为平衡调温方式。温 度设计范围为 -100 +300， 温。
13、度控制精度为 0.1， 时间控制精度为 0.1 分钟。 0011 所述测试升降台架包括液压系统、 液压软管、 底座、 双作用液压油缸、 测试平台和 电动牵引装置。双作用液压油缸用于调整测试阀门的高度， 单个双作用液压油缸最大拉力 为 250T， 最大行程为 2000mm， 可满足 NPS2 NPS60 管线球阀高度调整要求。 0012 试验阀门两端焊接球形封头， 保证试验的安全性。通过压力提供系统可对试验阀 门在常温、 高温和低温不同温度下进行密封性能测试和分析比较。 0013 扭矩测量装置用于试验阀门在常温、 高温和低温不同温度下的开关扭矩， 扭矩测 量装置可根据测试管线球阀规格不同进行配置。
14、， 最大量程为 600000N m， NPS60 管线球阀最 大扭矩为 450000 Nm, 因此可测试 NPS2 NPS60 管线球阀。 0014 本发明管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置的测试流程为 ： 1） 常温性能试验及扭矩测量 ； 2） 加温至 93 ； 3） 高温性能试验及扭矩测量 ； 4） 降至常温 ； 5） 常温第二次性能试验及扭矩测量 ； 6） 降温至 -50 ； 7） 低温性能试验及扭矩测量 ； 8） 升至常温 ； 9） 常温第三次性能试验及扭矩测量 ； 10） 数据分析。 0015 本发明的优越功效在于 ： 说 明 书 CN 103411771 A 4 3/5 页 5 。
15、1） 压力提供系统最高压力为 70 MPa， 可对 Class150 Class2500 管线球阀进行试验 ； 2） 测试升降台架的单个双作用液压油缸最大拉力为 250T， 最大行程为 2000mm， 可满足 NPS2 NPS60 管线球阀高度调整要求 ； 3）环境模拟仓空气调节装置主要由制冷系统、 加热器系统和离心送风机组成， 满 足 -50 +93温度要求。箱体的体积为 210m3， 可满足 NPS2 NPS60， Class150 Class2500 管线球阀试验要求 ； 4）扭矩测量装置可根据测试管线球阀规格不同进行配置， 最大量程为 600000N.m, NPS60 管线球阀最大扭矩。
16、为 450000N.m, 因此可测试 NPS2 NPS60 管线球阀。 附图说明 0016 图 1 为本发明的管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置示意图 ； 图 2 为本发明的压力提供系统示意图 ； 图 3 为本发明的数据处理统示意图 ； 图 4 为本发明的环境模拟仓示意图 ； 图 5 为本发明的测试升降台架示意图 图 6 为本发明的液压系统原理示意图 ； 图中标号说明 1压力提供系统 ； 1a操作按扭 ； 1b触摸屏数据记录系统 ； 1c控制阀 ； 1d保压时间报警 ； 1e压力表 ； 1f气源接口 ； 1g液压增压系统 ； 2数据处理系统 ； 2aUSB 接口电阻应变仪 ； 2b数据处理系。
17、统 ； 2c测试分析软件 ； 3环境模拟仓 ； 3a空气调节装置 ； 3b箱体 ； 3c控制系统 ； 3d导轨 ； 4测试升降台架 ； 4a液压系统 ； 4b液压软管 ； 4c底座 ； 4d双作用液压油缸 ； 4e测试平台 ； 4f电动牵引装置 ； 5温度传感器 ； 6被测试管线球阀 ； 7扭矩测量装置。 具体实施方式 0017 请参阅附图所示， 对本发明作进一步的描述。 0018 如图 1 所示， 本发明提供了一种 NPS2 NPS60， Class150 Class2500 管线球 阀， 试验温度为 -50 +93管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置， 包括压力提供系 统 1、 数据处理系。
18、统 2、 环境模拟仓 3、 测试升降台架 4、 温度传感器 5、 被测试管线球阀 6、 扭 矩测量装置 7。 0019 如图 2 所示， 压力提供系统 1 包括操作按扭 1a、 触摸屏数据记录系统 1b、 控制阀 说 明 书 CN 103411771 A 5 4/5 页 6 1c、 保压时间报警 1d、 压力表 1e、 气源接口 1f、 液压增压系统 1g， 主要为被测试管线球阀 6 提供试验压力， 可对管线球阀和管道进行壳体试验、 高压密封试验和低压密封试验。 操作按 扭 1a 用来控制液压增压系统 1g 的启动和停止。触摸屏数据记录系统 1b 主画面有 4 个按 扭， 包括单位名称设置、 。
19、工程参数设置、 查阅和关闭系统。进入系统前需要先进行工程单位 设置， 包括阀门规格、 阀门压力等级和试验压力单位。 “工程参数设置” 主要包括阀门产品 码、 检测日期、 阀门类型、 阀门型号、 阀门规格、 阀门压力等级、 检验标准、 试验项目、 试验保 压时间、 检验员编号和试验台编号等。全部设定完成后， 触摸 “保存” 按扭， 试验参数将保存 在数据库里， 方便以后操作调用， 设置完毕后触摸 “监控” 按扭进入试验工作。触摸 “查阅” 可进入历史试验数据查阅界面。控制阀 1c 用于控制提供压力或泄放压力。保压时间报警 1d 用于管线球阀保压时间达到后报警， 以便进行下一步工作。压力表 1e 。
20、用于显示压力大 小。气源接口 1f 用于低压空气的接入， 最高压力为 1.0MPa, 可进行低压密封试验。液压增 压系统1g用于提供壳体试验和高压密封试验的压力， 最高压力为70 MPa， 可对Class150 Class2500 管线球阀进行试验。 0020 如图 3 所示， 数据处理系统 2 包括 USB 接口电阻应变仪 2a、 笔记本电脑 2b 和测试 分析软件 2c。USB 接口电阻应变仪 2a 可将环境模拟仓 3 的控制系统 3c、 温度传感器 5、 数 据接收后， 通过USB接口将试验数据传给笔记本电脑2b。 用测试分析软件2c用来处理试验 数据， 最终以图表的型式显示测试结果。 。
21、0021 如图 4 所示， 环境模拟仓 3 包括空气调节装置 3a、 箱体 3b、 控制系统 3c 和导轨 3d。空气调节装置 3a 包括制冷系统、 加热器系统和离心送风机， 满足 -50 +93温度 要求。 制冷系统采用机械压缩复叠制冷， 高效散热片式蒸发器和水冷冷凝器， 制冷最低温度 为-55。 加热器系统采用翅片式加热器， 加热最高温度为100。 箱体3b的体积为210m3， 可满足NPS2NPS60， Class150Class2500管线球阀试验要求。 箱体3b外壳采用复塑钢 板， 内壁采用不锈钢板， 中间绝热材料为聚氨酯泡沫塑料， 底板用防滑不锈钢板。箱体 3b 的 门可以在试验室。
22、内打开， 防止操作人员被锁在试验室内， 门框上开竖长条形窄门， 以便试验 的管线球阀顶部凸起部位进入。 箱体3b正面设置观察窗， 有效视界 ： WXH=400mm500mm， 材 料采用导电膜加热防雾玻璃。箱体 3b 顶部采用外翻式长条窄形设计， 最里侧开弧形槽， 以 便试验的管线球阀顶部凸起部位进入， 接缝处采用硅胶迫紧密封设计。控制系统 3c 包括温 度传感器和控制器。控制器控制方式为平衡调温方式， 温度设计范围为 -100 +300， 温度控制精度为 0.1 , 时间控制精度为 0.1 分钟。控制器还具有故障报警及原因、 处理 提示功能 ； 断电保护功能 ； 上下限温度保护功能 ； 定时。
23、功能 （自动启动及自动停止） 等。导轨 3d 可承重 60T， 被测试管线球阀 6 安装在测试升降台架 4 通过导轨 3d 可方便进出环境模拟 仓 3。 0022 如图 5 所示， 测试升降台架 4 包括液压系统 4a、 液压软管 4b、 底座 4c、 双作用液压 油缸 4d、 测试平台 4e 和电动牵引装置 4f。液压原理示意图如图 6 所示， 液压系统 4a 包括 油泵、 油箱、 电磁阀、 泄压阀、 蓄能器、 数显压力表。测试时调节数显压力表选择需要的设定 压力， 启动油泵。按 “下拉” 按钮 ， 双作用液压油缸 4d 开始向下运动。当达到设定的拉力 时油泵自动卸荷， 压力由蓄能器系统进行。
24、保持。按 “上升” 按钮， 双作用液压油缸 4e 开始向 上运动， 并恢复原来状态。手动打开泄压阀， 系统泄压。液压系统 4a 额定工作压力 18MPa， 系统流量 ： 15L/min， 油箱容量 ： 500L。 液压软管4b用于输送液压系统4a所提供的液压油和 说 明 书 CN 103411771 A 6 5/5 页 7 动力。底座 4c 设置导轨并承受被测试管线球阀 6 及附件重量。双作用液压油缸 4d 用于调 整测试阀门的高度， 单个双作用液压油缸 4d 最大拉力为 250T， 最大行程为 2000mm， 可满足 NPS2 NPS60 管线球阀高度调整要求。测试平台 4e 用于固定被测试。
25、管线球阀 6。电动牵 引装置 4f 用于控制底座 4c 前进或后退。 0023 温度传感器5安装于被测试管线球阀6的底部、 中部和上部， 用于测量被测试管线 球阀 6 试验时低温和高温的温度， 测试结果通过数据处理系统 2 分析。 0024 被测试管线球阀 6 两端焊接球形封头， 保证试验的安全性。通过压力提供系统 1 可对被测试管线球阀 6 在常温、 高温和低温不同温度下进行密封性能测试和分析比较。 0025 扭矩测量装置 7 用于被测试管线球阀 6 在常温、 高温和低温不同温度下的开关 扭矩， 扭矩测量装置 7 可根据测试管线球阀规格不同进行配置， 最大量程为 600000 Nm， NPS。
26、60 管线球阀最大扭矩为 450000 Nm， 因此可测试 NPS2 NPS60 管线球阀。 0026 本发明管线球阀试验用的大型环境模拟试验装置的测试流程为 ： 1） 常温性能试验及扭矩测量 ； 2） 加温至 93 ； 3） 高温性能试验及扭矩测量 ； 4） 降至常温 ； 5） 常温第二次性能试验及扭矩测量 ； 6） 降温至 -50 ； 7） 低温性能试验及扭矩测量 ； 8） 升至常温 ； 9） 常温第三次性能试验及扭矩测量 ； 10） 数据分析。 说 明 书 CN 103411771 A 7 1/4 页 8 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 103411771 A 8 2/4 页 9 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103411771 A 9 3/4 页 10 图 5 说 明 书 附 图 CN 103411771 A 10 4/4 页 11 图 6 说 明 书 附 图 CN 103411771 A 11 。