一种低温球阀阀座内漏间隙测量装置及其方法
阅读说明：本技术 一种低温球阀阀座内漏间隙测量装置及其方法 (Low-temperature ball valve seat inner leakage gap measuring device and method ) 是由 郭永宁 林振浩 陆佳杰 钱锦远 李军业 杨雪华 吴辉 任利杰 金志江 于 2020-12-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种低温球阀阀座内漏间隙测量装置及其方法,该装置包括阀体、出口盲板、进口盲板和若干个阀座,若干个阀座择一安装于阀体内；每个阀座的开口端沿周向同轴设有环状的第一凸台,第一凸台能使阀座能同轴套设于阀体内腔中；第一凸台上开设有若干轴向贯通的第一通气槽；阀座的筒状外壁上沿周向同轴设有环状的密封凸台,密封凸台与阀体的内腔壁之间具有仅允许气体通过的环形间隙腔；阀座封闭端的底部环向设有沿轴向延伸的第二凸台,第二凸台上开设有若干径向贯通的第二通气槽；所有阀座的结构均相同,仅密封凸台的外径呈阶梯式递减,使间隙腔的间隙宽度呈阶梯式递增。本发明利用间接测量法有效实现了低温下球阀阀座内漏间隙的测量。(The invention discloses a device and a method for measuring an inner leakage gap of a valve seat of a low-temperature ball valve, wherein the device comprises a valve body, an outlet blind plate, an inlet blind plate and a plurality of valve seats, wherein one of the plurality of valve seats is installed in the valve body; the opening end of each valve seat is coaxially provided with an annular first boss along the circumferential direction, and the first bosses enable the valve seats to be coaxially sleeved in the inner cavity of the valve body; a plurality of first ventilation grooves which are axially communicated are formed in the first bosses; an annular sealing boss is coaxially arranged on the cylindrical outer wall of the valve seat along the circumferential direction, and an annular clearance cavity which only allows gas to pass is formed between the sealing boss and the inner cavity wall of the valve body; a second boss extending along the axial direction is annularly arranged at the bottom of the closed end of the valve seat, and a plurality of second ventilation grooves penetrating in the radial direction are formed in the second boss; all the valve seats have the same structure, and only the outer diameter of the sealing boss is gradually reduced, so that the gap width of the gap cavity is gradually increased. The invention effectively realizes the measurement of the leakage gap in the ball valve seat at low temperature by using an indirect measurement method.)
技术领域
本发明属于阀门装置领域，特别涉及一种低温球阀阀座内漏间隙测量装置及其方法。
背景技术
随着液化天然气(LNG)的大力发展，LNG接收站及运输设备上的流体控制设备也越来越多，尤其是低温阀门，作为LNG接收站和运输设备流体管路不可或缺的装置，常常处于低温状态下工作。密封装置作为阀门中重要的组成部分，其密封性能的好坏决定着阀门质量的优劣。在低温工况下工作的阀门，阀门密封结构易受到低温介质的影响，阀门各部分极易受到冷收缩的作用，使得阀门密封结构发生变形，加大密封间隙，使其密封性能遭到破坏。
随着技术的发展，工业对密封提出了更为严格的要求，频换拆卸更换密封填料会造成维修成本的上升，为节约维修成本，现阶段阀门密封研究不仅要求密封的高可靠性，而且要求具有长期的工作寿命。因此，为了探究低温球阀在深冷试验下阀座密封间隙的变化显得尤为重要，为提高良好密封效果良、使用寿命长的密封结构具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种低温球阀阀座内漏间隙测量装置及其方法，本发明间接测量了低温下球阀阀座上内泄漏间隙宽度相比于常温下的变化，为球阀密封结构的优化提供了有力参考。
本发明所采用的具体技术方案如下：
本发明的第一目的在于提供一种低温球阀阀座内漏间隙测量装置，其特征在于，包括阀体、出口盲板、进口盲板和若干个阀座，若干个阀座择一安装于阀体内；
每个所述阀座为底部封闭、顶部开口的筒状结构；阀座的开口端沿周向同轴设有环状的第一凸台，第一凸台的外径与所述阀体的内腔直径相同，使阀座能同轴套设于阀体内腔中；第一凸台上开设有若干轴向贯通的第一通气槽；所述阀座的筒状外壁上沿周向同轴设有环状的密封凸台，密封凸台与阀体的内腔壁之间具有仅允许气体通过的环形间隙腔；所述阀座封闭端的底部环向设有沿轴向延伸的第二凸台，第二凸台上开设有若干径向贯通的第二通气槽；所有阀座的结构均相同，仅所述密封凸台的外径呈阶梯式递减，使间隙腔的间隙宽度呈阶梯式递增；
所述阀体两端的法兰盘分别通过进口盲板和出口盲板可拆卸式封闭连接；进口盲板和出口盲板上分别开设有与阀体内腔连通的第一通孔和第二通孔，第一通孔用于外接压气机，第二通孔用于外接集气装置；压气机通过第一通孔将气体通入阀体内腔，气体依次经由第一通气槽、环形间隙腔和第二通气槽后，从第二通孔将气体排入用于测量气体泄漏量的集气装置。
作为优选，所述第一凸台的外缘沿周向均匀开设有若干第一通气槽。
作为优选，所述第二凸台的沿周向均匀开设有若干第二通气槽。
作为优选，所述第二凸台为筒状结构。
作为优选，所述进口盲板和出口盲板均通过密封垫与阀体两端的法兰盘进行密封。
作为优选，所述进口盲板和出口盲板均与阀体两端的法兰盘通过螺栓可拆卸式固定连接。
作为优选，所有阀座的间隙宽度呈0.01mm递增。
作为优选，所述阀座的数量为10个。
作为优选，所述第一通孔和第二通孔分别开设于进口盲板和出口盲板的中心处。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一所述测量装置测量低温阀座内漏间隙的方法，其特征在于，具体如下：
S1：将所述第一通孔通过设有压力表的进气管道与压气机连接，将所述第二通孔通过出气管道与集气装置连接；打开进气管道并关闭出气管道；随后开启压气机，将目标气体通入所述测量装置，目标气体逐渐充满阀体内腔，当所述压力表达到目标压力P值时，依次关闭进气管道和压气机；在常温T、目标压力P下放置一段时间，使目标气体完全经由环形间隙腔泄漏完全；打开出气管道，通过集气装置收集气体并测量其气体流量，得到该间隙宽度下的气体泄漏量；
S2：更换阀体内腔中的阀座，重复S1的操作，得到若干组不同预设间隙宽度di下的气体泄漏量Qi；其中，i＝0,1,2,…，d0为常温下目标球阀的间隙宽度；
S3：将所述第一通孔通过设有压力表的进气管道与压气机连接，将所述第二通孔通过出气管道与集气装置连接；打开进气管道并关闭出气管道；随后开启压气机，将目标气体通入所述测量装置，目标气体逐渐充满阀体内腔，当所述压力表达到目标压力P值时，依次关闭进气管道和压气机，将该测量装置的内外表面温度冷却至TL值，同时目标气体完全经由环形间隙腔泄漏完全；打开出气管道，通过集气装置收集气体并测量其气体流量，得到该间隙宽度下的气体泄漏量QL；
S4：根据得到的QL与Qi值，择一进行下述操作：
若QL与Qi相等，则目标球阀受低温影响下的间隙宽度dL值等于相应的di值；
若QL介于Qi和Qi+1之间，则通过下述公式获得等效的dL，公式具体如下：
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)本发明的测量方法不仅可以基于本发明的测量装置，间接测量低温下球阀阀体与阀座的内泄漏间隙宽度；还可将该方法应用于其他球阀结构中，用于测量低温下该球阀阀体与阀座的内泄漏间隙宽度；本发明的测量方法的通用性强，解决了低温下无法直接测量的低温阀门内泄漏问题。
2)本发明设计的测量装置结构紧凑、制造简单且造价便宜，能够针对性的测量低温下球阀阀体与阀座的内泄漏间隙宽度，排除了球阀结构中其他干扰因素的存在，使气体在低温下仅能通过该间隙腔泄露，最终泄露气体测量精度更加准确可靠，误差更小，更能有效反映低温下内泄漏间隙宽度的变化情况，为球阀密封结构的优化提供了有力参考。
附图说明
图1为本发明装置的结构剖面示意图；
图2为本发明装置的正剖面示意图；
图3为图2中间隙腔的局部放大图；
图4为本发明装置中阀座的结构示意图；
图5为本发明测量方法的流程框图
图中：1、阀体；2、阀座；3、出口盲板；4、密封垫；5、进口盲板；201、密封凸台；202、第一凸台；203、第二凸台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1和2所示，为本发明提供的一种低温球阀阀座内漏间隙测量装置，该测量装置包括阀体1、出口盲板3、进口盲板5和多个阀座2，多个阀座2是择一安装于阀体1内的，即每个阀体1内在测量时仅具有一个阀座2。
如图4所示，每个阀座2均为筒状结构，其底部封闭、顶部开口，并且内部具有一个空腔。在阀座2开口端的一侧上，沿其周向同轴设有环状的第一凸台202，第一凸台202的外径与阀体1的内腔直径相同，使阀座2能同轴套设于阀体1内腔中，起到限位的作用。第一凸台202上开设有多个轴向贯通的第一通气槽，为了使进气更加均匀，第一通气槽可以沿第一凸台202的外缘周向均匀开设，形成齿轮状的结构。
如图3所示，阀座2的筒状外壁上设有环状的密封凸台201，该密封凸台201沿阀座2的筒状外壁周向且同轴设置，密封凸台201与阀体1的内腔壁之间具有仅允许气体通过的环形间隙腔。本发明中设计该环形间隙腔是为了测量该间隙宽度在常温和低温下的变化情况，从而进一步得出其随温度变化的规律，以进一步优化阀门结构。实际上，理想状态下的球阀中，密封凸台201与阀体1的内腔壁之间应形成密封副，从而严格防止气体从阀座处泄漏到下游管道中。但是，在现有的制备工艺、温度的改变等环境因素的影响下，是很难达到理想状态下的球阀密封程度的，因此，通过本发明的测量装置及方法，能够为优化阀门结构提供重要的理论支持。
位于阀座2封闭端的底部环向设有第二凸台203，第二凸台203是沿阀座2的轴向延伸的。在本实施例中，第二凸台203为筒状结构，其外径与阀座2的外径相同。在第二凸台203上开设有多个径向贯通的第二通气槽，为了使出气更加均匀，第二通气槽可以沿第二凸台203的外缘周向均匀开设，形成齿轮状的结构。
本发明测试装置的所有阀座2结构均相同，仅各阀座2上密封凸台201的外径呈阶梯式递减，从而使得密封凸台201与阀体1内腔壁之间形成的间隙腔的间隙宽度呈阶梯式递增。间隙宽度指的是图3中的di，即阀体1内腔壁与密封凸台201外缘之间的距离，该距离的大小会影响阀门气体泄漏的严重程度。
阀体1一端的法兰盘与进口盲板5之间可拆卸式封闭连接，另一端的法兰盘与出口盲板3之间可拆卸式封闭连接。在本实施例中，为了使进口盲板5和出口盲板3与阀体1两端的法兰盘密封效果更好，可以在进口盲板5与法兰盘之间、出口盲板3和法兰盘之间均设置密封垫4，从而使气体无法从法兰盘与进口盲板5和出口盲板3之间的缝隙泄漏，从而能够进一步减少本发明测量装置的误差。进口盲板5与法兰盘之间、出口盲板3和法兰盘之间均可以采用螺栓实现可拆卸式固定连接。
进口盲板5和出口盲板3上分别开设有与阀体1内腔连通的第一通孔和第二通孔，第一通孔用于外接压气机，第二通孔用于外接集气装置。压气机通过第一通孔将气体通入阀体1内腔，气体依次经由第一通气槽、环形间隙腔和第二通气槽后，从第二通孔将气体排入用于测量气体泄漏量的集气装置。
在本实施例中，阀座2数量为10个，各阀座2的间隙宽度分别为d0,…,di,…d9，其中di+1＝(di+0.01)mm，即所有阀座2的间隙宽度呈0.01mm递增。第一通孔可以开设于进口盲板5的中心处，以便于均匀布气。第二通孔开设于出口盲板3的中心处，以便于将泄漏的气体均排入用于测量气体泄漏量的集气装置中。
如图5所示，利用上述测量装置测量低温阀座内漏间隙的方法，该方法具体如下：
1)首先在常温T、目标压力P下，采用本发明的测量装置做10组气体密封泄漏试验，分别测量10组预设间隙宽度时测量装置的泄漏量Q0～Q9，其中预设的10间隙为d0,…,di,…d9，d0为常温下目标球阀的间隙宽度，di+1＝(di+0.01)mm。
每组气体密封泄漏试验的操作步骤相同，具体如下：
S1：选择一个阀座2装配于阀体1中，随后将第一通孔通过设有压力表的进气管道与外部的压气机连接，将第二通孔通过出气管道与外部的集气装置连接。实验前，打开进气管道并关闭出气管道。
实验开始后，开启压气机，将目标气体通入测量装置，目标气体逐渐充满阀体1内腔，当压力表达到目标压力P值时，依次关闭进气管道和压气机。在常温T、目标压力P下放置一段时间，使目标气体完全经由环形间隙腔泄漏完全。由于此时的阀体1内腔中压力一定，因此泄漏的气体量会在一定时间后保持稳定，并不会随着时间的推移泄漏量增大。
打开出气管道，通过集气装置收集气体并测量其气体流量，得到该间隙宽度下的气体泄漏量。
S2：拆卸S1中的测量装置，更换阀体1内腔中的阀座2，重复S1的操作，得到多组不同预设间隙宽度di下对应的气体泄漏量Qi。
2)随后在低温TL、同一目标压力P下，测量目标阀体受低温影响下间隙宽度变化后的泄漏量QL，该具体操作如下：
S3：将目标阀体的第一通孔通过设有压力表的进气管道与压气机连接，将第二通孔通过出气管道与集气装置连接。打开进气管道并关闭出气管道。随后开启压气机，将目标气体通入测量装置，目标气体逐渐充满阀体1内腔，当压力表达到目标压力P值时，依次关闭进气管道和压气机，将该测量装置整体放入低温池中进行冷却，待测量装置的整体温度冷却至TL值，即与低温池的温度一致时，将测量装置从低温池中取出。在实际应用过程中发现，一般需要将测量装置置于低温池中2～3个小时，就能够使测量装置的温度完全冷却，且目标气体能经由环形间隙腔泄漏完全。打开出气管道，通过集气装置收集气体并测量其气体流量，得到该间隙宽度下的气体泄漏量QL。
3)最后需要将获得的QL与Qi值进行对比，进而得出目标球阀受低温影响下的间隙宽度dL值，通过比较dL值与d0值，能够得知在该温度变化情况下，阀门的气体泄漏状况。具体如下：
S4：根据得到的QL与Qi值，择一进行下述操作：
若QL与Qi相等，则目标球阀受低温影响下的间隙宽度dL值等于相应的di值。
若QL介于Qi和Qi+1之间，则通过下述公式的插值法获得等效的dL，公式具体如下：
在实际应用时，可以将本测量装置的结构进行适当改变，以使得本测量装置与待研究的阀门结构相似或者完全相同，以便于通过本发明的方法对该测量装置进行气体泄漏实验，研究该阀门结构在低温下的气体泄漏情况及规律。除此之外，还可以将本测量装置的材质也设置为与待研究的阀门材质相同，以便于减小材质不同所带来的误差，使得到的规律更加准确。同时，利用本发明的方法也可测量不同低温温度下的内泄漏间隙宽度。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。