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2018/4/11
一、設(shè)計(jì)原理
彈簧安全閥的開啟、關(guān)閉動(dòng)作是依靠其進(jìn)口端的介質(zhì)壓力變化和彈簧預(yù)緊力來使閥芯自動(dòng)開啟及關(guān)閉。當(dāng)介質(zhì)壓力（內(nèi)壓）升高到提升力比彈簧預(yù)緊力大時(shí)，閥芯克服彈簧預(yù)緊力自動(dòng)開啟，泄放多余的介質(zhì)，使內(nèi)壓下降，又由于彈簧力的作用，當(dāng)內(nèi)壓降至安全值時(shí)，閥芯自動(dòng)關(guān)閉，泄放停止。
根據(jù)這個(gè)原理，可以設(shè)想，在線（又稱熱態(tài)）測量或調(diào)整安全閥時(shí)，如果由外部提供一個(gè)向上的附加力，則當(dāng)介質(zhì)壓力與這個(gè)附加力的總和剛剛克服彈簧預(yù)緊力時(shí)，閥芯同樣也會(huì)開啟，甚至在沒有介質(zhì)作用的離線（又稱冷態(tài)）條件下，單獨(dú)由外部附加力克服彈簧預(yù)緊力時(shí)，閥芯也可開啟，圖一清楚地表示了這種力的平衡關(guān)系。
很明顯，我們可以看出，閥芯開啟的條件為：FT＝FW＋PＬ×S
其中： FT——彈簧預(yù)緊力
FW——外部附加力
PL—— 介質(zhì)作用壓力
S——安全閥密封面面積
則整定壓力Ｐ為：P＝PL＋FW／S
當(dāng)冷態(tài)時(shí)，Ｐ＝FW／Ｓ
顯然，如果能夠準(zhǔn)確地測定附加外力FW，就可以根據(jù)已知的閥芯面積S和系統(tǒng)工作壓力，很容易地求得安全閥的整定壓力P。這即為安全閥在線測試技術(shù)的設(shè)計(jì)依據(jù)和原理。
二、技術(shù)依據(jù)
根據(jù)對(duì)彈簧安全閥開啟動(dòng)作特性的分析，可以得出：在外加力FW的作用下，一個(gè)安全閥從關(guān)閉到開啟，再由開啟到關(guān)閉的全過程中，外附加力FW的變化規(guī)律：
為熱態(tài)（在線）測試時(shí)的過程曲線，當(dāng)附加力從零逐步增加，與內(nèi)壓力PL×S之和正好為彈簧預(yù)緊力時(shí)，閥門微啟，增大了介質(zhì)作用面積Ｓ，使得用來克服彈簧預(yù)緊力的內(nèi)壓作用力急劇增大，其結(jié)果在瞬間減小了外附加力。從而出現(xiàn)第一個(gè)特征峰Ａ。當(dāng)外附加力逐漸減小而達(dá)到關(guān)閉點(diǎn)時(shí)，由于介質(zhì)作用面積忽然減小，為保持力的平衡關(guān)系，此時(shí)，外附加力會(huì)出現(xiàn)瞬間回升現(xiàn)象，即第二個(gè)特征峰點(diǎn)Ｂ。上述兩個(gè)特征峰點(diǎn)Ａ和Ｂ是在線條件下檢測安全閥整定壓力、回座壓力的技術(shù)依據(jù)。
為冷態(tài)環(huán)境時(shí)的測試過程曲線，當(dāng)閥門未打開前，外附加力克服閥芯靜態(tài)剛性力，當(dāng)達(dá)到開啟點(diǎn)以后，外附加力改為克服彈簧的彈性力，兩者隨時(shí)間變化的斜率不同，從而出現(xiàn)第一個(gè)拐點(diǎn)C，同樣情況，在閥門關(guān)閉時(shí)也會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)拐點(diǎn)D。這兩個(gè)拐點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)閥門的開啟和回座，正是冷態(tài)時(shí)測試閥門開啟、回座壓力的技術(shù)依據(jù)。從以上分析不難看出，安全閥在線測試技術(shù)的關(guān)鍵在于如何正確迅速地找到對(duì)應(yīng)開啟的特征點(diǎn)。
三、方案確定、系統(tǒng)構(gòu)成
在線檢測系統(tǒng)由機(jī)械夾具、液壓動(dòng)力單元和數(shù)據(jù)采集處理單元三大部分組成，彼此相對(duì)獨(dú)立，由兩條10米長的液壓軟管和兩條10米長的五芯屏蔽電纜互相聯(lián)成一個(gè)完整的安全閥測試系統(tǒng)。它具有體積小、重量輕、組件模塊化、設(shè)備計(jì)算機(jī)化、操作簡單、穩(wěn)定可靠等顯著特點(diǎn)，性能在許多方面都超過國外同類儀器水平。
機(jī)械夾具：保證對(duì)待測安全閥實(shí)施夾持定位，為液壓動(dòng)力單元提供施加外力的環(huán)境，采用組合式結(jié)構(gòu)，拆卸十分方便。其中，力傳感器采用輪輻式結(jié)構(gòu)，靈敏度極高，精度可達(dá)到0.05% ，壓力傳感器采用高溫型傳感器，工作溫度可達(dá)200~250度。兩種傳感器均為高輸出式，內(nèi)藏放大器，其線性度、重復(fù)性和抗干擾能力極強(qiáng)。
測試系統(tǒng)采用了二通道低增益，高精度放大電路，智能化A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)采集電路，可同時(shí)采集力、壓力二個(gè)參數(shù)，核心部分選用目前市場上先進(jìn)的筆記本電腦（CPU PM1.6G），可繪制曲線并打印測試結(jié)果，具有漢字化的人機(jī)對(duì)話功能，各測量通道的數(shù)據(jù)均可在屏幕上顯示，在超量程的情況下，確保系統(tǒng)和安全閥的安全，全部硬件采用模塊化結(jié)構(gòu)，便于維修和調(diào)試。
另外，為保證主機(jī)能在50℃的高溫環(huán)境下正常連續(xù)的工作，特別設(shè)計(jì)了輔助配套設(shè)備——電腦低溫工作臺(tái)。
四、測試步驟簡述
選擇被測試安全閥，根據(jù)系統(tǒng)安裝圖可方便地完成NSH部件的安裝和連接；
在計(jì)算機(jī)主控窗口上單擊“裝入?yún)?shù)”選定被測安全閥及其參數(shù)；
選擇壓力傳感器測量方式，輸入基礎(chǔ)壓力值；
核對(duì)無誤后，單擊“再線定壓”，此時(shí)系統(tǒng)提示：“正在測試！請(qǐng)等待！”打開液壓單元電源開關(guān)至“開啟”位置，調(diào)整“系統(tǒng)壓力調(diào)整”旋鈕至計(jì)算機(jī)指示“所需油壓”值；
將換向控制旋鈕旋至“提升”位置，使油缸活塞帶動(dòng)被測閥的閥桿向上移動(dòng)；
通過觀察閥桿上升或聽到介質(zhì)排泄的聲音，確定閥已開啟后，將換向控制旋鈕旋回“復(fù)位”位置，關(guān)閉電源；
計(jì)算機(jī)將自動(dòng)進(jìn)入結(jié)果顯示窗體，顯示測試曲線、測試時(shí)間、整定壓力、調(diào)整高度等參數(shù)；
根據(jù)計(jì)算機(jī)提示的調(diào)整高度，調(diào)節(jié)定壓螺母；
單擊“退出”鈕，重新起動(dòng)測試程序，得出新的測試曲線和結(jié)果。
反復(fù)執(zhí)行上述步驟，直至整定壓力和整定壓力相差不大于“測量允許誤差” 時(shí)，此時(shí)計(jì)算機(jī)顯示“調(diào)節(jié)完畢”，表示測量結(jié)束。
現(xiàn)場調(diào)試完成后，可根據(jù)要求隨時(shí)調(diào)用、查看以及打印測試曲線和測試報(bào)告。
注：具體操作步驟請(qǐng)參閱使用說明書
五、誤差分析
根據(jù)選用MSC—5101采樣器、傳感器的精度以及放大器設(shè)計(jì)精度，測試系統(tǒng)整定壓力度量誤差分析如下：
其中：f——物理量（力、壓力） V1V2——中間電量 N——數(shù)字量（力、壓力） K1、K2、K3——各級(jí)轉(zhuǎn)換系數(shù)
按誤差傳遞理論，絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差分別為：
因而，可以求得提升力和壓力的相對(duì)誤差分別為：
根據(jù)整定壓力計(jì)算公式：P＝PL＋FW／S 其中：P——整定壓力 PL——系統(tǒng)內(nèi)壓 S——閥門密封面積 FW——附加外力 從而可以得出整定壓力的相對(duì)誤差為： 由此可以看出，整定壓力的相對(duì)誤差不僅和附加力、系統(tǒng)內(nèi)壓有關(guān)，而且與密封面積有關(guān)， 就一般而言，安全閥密封面直徑在20～150mm，通過計(jì)算分析，可以得出：
六、技術(shù)指標(biāo)：
·適用安全閥范圍：整定壓力0～35Mpa；
·電動(dòng)液壓提升力范圍：0～ 5 KN ；0～ 20 KN ；0～ 50 KN
·液壓單元輸出：0～ 8MPa 連續(xù)可調(diào)
·整機(jī)功耗：300W
·拉力測量范圍精度：0～5 KN；0～20 KN；0～ 50KN; 0～ 120KN; 0～ 150KN; ( 0.05%F.S); ·壓力測量范圍精度：0～7MPa；0～24MPa；0～35MPa ( 0.2%F.S)
·環(huán)境濕度：<85% ·環(huán)境溫度：-5℃ ～ 60℃ （專配計(jì)算機(jī)調(diào)溫工作箱）
測量精度滿足：
·中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《安全閥 一般要求》（GB/T12241-2005）
·中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《彈簧直接式安全閥》（GB/T12241-2005）
·中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電站鍋爐安全閥應(yīng)用導(dǎo)則》（DL/T959-2005）
·中華人民共和國電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐壓力容器檢驗(yàn)規(guī)程》（DL647-2004）
·中華人民共和國電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《鍋爐壓力容器監(jiān)察規(guī)程》（DL612-1998）
液壓動(dòng)力單元：提供可調(diào)節(jié)的液壓輸出和流量，******輸出10MPa，******提升力為50KN，用以控制外加的提升力和提升速度。數(shù)據(jù)處理單元：它是測試系統(tǒng)的核心，直接決定系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。
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立特簡介