膜式燃?xì)獗須饬鞣峙溟y密封性動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)

權(quán)亞強(qiáng)， 梁永增

(成都秦川物聯(lián)網(wǎng)科技股份有限公司，四川成都 610100)

1 氣流分配閥結(jié)構(gòu)及工作原理

膜式燃?xì)獗聿捎?室4腔結(jié)構(gòu)，是利用柔性膜片計(jì)量室進(jìn)行測(cè)量的氣體體積流量計(jì)，主要由機(jī)芯、外殼、計(jì)數(shù)器等組成，機(jī)芯由計(jì)量體、氣流分配閥等部件組成。其基本原理是把氣體通入體積恒定的計(jì)量室，充滿后再排出，在此過(guò)程中，通過(guò)一定的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，把充排氣的次數(shù)轉(zhuǎn)換為體積，并傳送到計(jì)數(shù)器上顯示出來(lái)。

氣流分配閥安裝在膜式燃?xì)獗碛?jì)量體上，是控制膜式燃?xì)獗韮?nèi)部燃?xì)庥行蜻M(jìn)入和排出計(jì)量體的一組過(guò)流元件，是膜式燃?xì)獗淼暮诵牟考?，包括閥蓋和閥座。閥座的接觸面在燃?xì)獗磉\(yùn)行過(guò)程中處于水平靜止?fàn)顟B(tài)，在燃?xì)鈿饬髯饔孟拢y蓋在閥座上繞中軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，依靠氣流壓力和閥蓋的自重實(shí)現(xiàn)閥蓋與閥座接觸面的密封，同時(shí)實(shí)現(xiàn)已計(jì)量燃?xì)夂臀从?jì)量燃?xì)獾拿芊飧綦x以及計(jì)量體的自動(dòng)運(yùn)行，保證計(jì)量的準(zhǔn)確性。

閥座、閥蓋結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。閥蓋繞中軸在閥座的支撐下旋轉(zhuǎn)，是氣流分配閥實(shí)現(xiàn)計(jì)量體進(jìn)氣分配、排氣收集與輸送的運(yùn)動(dòng)部件。其接觸面包括集氣腔外環(huán)接觸面、進(jìn)氣口內(nèi)環(huán)接觸面以及排氣腔內(nèi)環(huán)接觸面(見(jiàn)圖1紅色部分)。

圖1 閥蓋、閥座結(jié)構(gòu)

閥座是與計(jì)量體所有計(jì)量腔的通氣口及計(jì)量體排氣口密封連接、實(shí)現(xiàn)氣流分配閥連續(xù)有序向所有計(jì)量腔分配氣體并排出氣體的靜止元件。其接觸面包括計(jì)量腔通氣口外環(huán)和內(nèi)環(huán)接觸面、各計(jì)量腔通氣口之間的隔柵接觸面、計(jì)量腔排氣口內(nèi)環(huán)接觸面(見(jiàn)圖1紅色部分)。

氣流分配閥閥座和閥蓋接觸面密封性良好是保證膜式燃?xì)獗碛?jì)量準(zhǔn)確、貿(mào)易結(jié)算公平的前提，與閥座和閥蓋接觸面的粗糙度[1]以及平面度息息相關(guān)。

2 傳統(tǒng)氣流分配閥密封性檢測(cè)方法

要實(shí)現(xiàn)氣流分配閥閥座和閥蓋接觸面密封性的檢驗(yàn)，傳統(tǒng)上需要采用兩個(gè)步驟：首先分別獨(dú)立對(duì)閥座和閥蓋接觸面的粗糙度及平面度進(jìn)行檢測(cè)，再采用靜壓力法對(duì)氣流分配閥的密封性進(jìn)行檢測(cè)[1-2]。

傳統(tǒng)氣流分配閥密封性檢測(cè)方法存在的不足：檢測(cè)平面度和粗糙度只能估算密封性，不能直接檢測(cè)閥座、閥蓋之間的泄漏流量，檢測(cè)準(zhǔn)確性低；靜壓力法只能檢測(cè)閥座、閥蓋靜止于固定位置時(shí)閥座、閥蓋之間的泄漏流量，無(wú)法真實(shí)反映氣流分配閥實(shí)際工作條件下的動(dòng)態(tài)密封情況。

3 氣流分配閥密封性動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)

針對(duì)上述不足，筆者的研發(fā)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出了一種燃?xì)獗須饬鞣峙溟y檢測(cè)設(shè)備(已獲得國(guó)家專利，專利號(hào)：ZL 201620784207.7[3])，通過(guò)模擬膜式燃?xì)獗硎褂脿顟B(tài)下氣流分配閥閥座和閥蓋的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，檢測(cè)動(dòng)態(tài)下氣流分配閥密封性是否滿足使用要求，得到的參數(shù)更加準(zhǔn)確，結(jié)果更加可靠，提高了計(jì)量的準(zhǔn)確性，能有效解決上述問(wèn)題。

3.1 動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)

氣流分配閥密封性動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備主要部件包括固定裝置、壓緊裝置、排氣裝置、驅(qū)動(dòng)裝置、負(fù)壓裝置、檢測(cè)裝置。固定裝置、壓緊裝置、排氣裝置及驅(qū)動(dòng)裝置見(jiàn)圖2。

圖2 壓緊裝置、固定裝置、壓緊裝置、排氣裝置及驅(qū)動(dòng)裝置

3.1.1 固定裝置

固定裝置由底座、中軸、立板、安裝板等組成，固定裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

固定裝置底座尺寸可根據(jù)燃?xì)獗黹y座形狀大小確定，在底座上設(shè)置凹陷部，用于與閥座配合；底座上焊接有中軸，其作用是為閥蓋繞閥座相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)提供固定點(diǎn)；立板垂直于底座安裝，立板和安裝板垂直連接，安裝板平行于底座。

為模擬氣流分配閥的真實(shí)工作狀態(tài)，需保證閥座與底座之間的密封性，即閥座安裝于底座后，閥座與底座的所有接觸位置均需要密封處理，使閥座與底座之間形成密封區(qū)域，以不影響檢測(cè)結(jié)果。

為了實(shí)現(xiàn)閥座和底座之間的密封，需在底座凹陷部?jī)?nèi)設(shè)置彈性密封層，以實(shí)現(xiàn)閥座與底座所有接觸位置的密封。彈性密封層采用硅膠密封墊制成，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。底座與閥座每個(gè)接觸位置均通過(guò)彈性密封層密封連接，彈性密封層與閥座相接觸位置設(shè)置有凹槽，凹槽的槽寬略小于閥座與彈性密封層的貼合面的寬度。在檢測(cè)前，通過(guò)按壓閥座使閥座朝彈性密封層方向運(yùn)動(dòng)，令彈性密封層發(fā)生形變，排擠出凹槽內(nèi)的氣體，停止按壓后，彈性密封層恢復(fù)形變，將閥座吸附在底座上，實(shí)現(xiàn)閥座和底座的真空密封，保證在檢測(cè)過(guò)程中閥座與底座的連接位置不漏氣，提高氣流分配閥密封性檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

圖3 固定裝置結(jié)構(gòu)

圖4 彈性密封層結(jié)構(gòu)

3.1.2 壓緊裝置

壓緊裝置關(guān)鍵部件主要包括壓緊板和氣缸組件。

① 壓緊板

壓緊板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5，其由第一橫板、第二橫板以及直板組成。第一橫板和第二橫板平行設(shè)置，直板垂直連接于第一橫板和第二橫板；第一橫板滑動(dòng)連接于立板，其上設(shè)有排氣孔。立板和第一橫板形成了導(dǎo)軌、導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)，第一橫板沿著立板的高度方向滑動(dòng)，立板具有導(dǎo)向作用，第一橫板的滑動(dòng)方向平行于中軸的軸線方向，使整個(gè)壓緊板滑動(dòng)更加平穩(wěn)可靠。

圖5 壓緊板結(jié)構(gòu)

② 氣缸組件

氣缸組件安裝在安裝板上，其輸出軸驅(qū)動(dòng)連接壓緊板，驅(qū)使壓緊板沿平行于中軸的軸線方向往復(fù)移動(dòng)，使其在移動(dòng)過(guò)程中壓緊在閥座上，進(jìn)而使閥座壓緊在彈性密封層上，令閥座與底座之間的密封更加牢固可靠。

3.1.3 排氣裝置

排氣裝置是一段小管道，排氣裝置與閥座排氣口之間通過(guò)壓緊板上的排氣孔相連，排氣裝置、排氣孔以及閥座排氣口之間設(shè)置有密封件，用于密封連接。氣缸組件通過(guò)氣缸組件輸出軸帶動(dòng)壓緊板向下壓緊在閥座上，第一橫板與閥座接觸，使第一橫板排氣孔與閥座排氣口緊密接觸，保證排氣孔與閥座排氣口之間的密封性。

3.1.4 驅(qū)動(dòng)裝置

驅(qū)動(dòng)裝置(安裝在壓緊板上)的輸出軸用于驅(qū)動(dòng)閥蓋，驅(qū)使閥蓋相對(duì)于閥座轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)裝置的動(dòng)力由微型電動(dòng)機(jī)提供，閥座和閥蓋都安裝在中軸上，微型電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝有鍵型齒，鍵型齒與閥蓋上的鍵槽配合，通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，帶動(dòng)閥蓋繞著中軸在閥座上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，模擬了膜式燃?xì)獗碚鎸?shí)的工作狀態(tài)。閥座、閥蓋與底座之間形成密封區(qū)域，密封區(qū)域通過(guò)閥座排氣口與排氣裝置連通。驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6。

圖6 驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)

3.1.5 負(fù)壓裝置

負(fù)壓裝置主要部件為負(fù)壓泵。負(fù)壓泵通過(guò)檢測(cè)裝置、排氣裝置與閥座排氣口連通，抽取空氣使得閥座、閥蓋和底座形成的密封區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，若存在顯著泄漏，因壓差的存在，氣體會(huì)從外部進(jìn)入密封區(qū)域內(nèi)，實(shí)現(xiàn)泄漏量的檢測(cè)。

3.1.6 檢測(cè)裝置

檢測(cè)裝置位于負(fù)壓泵與排氣裝置之間，用于檢測(cè)氣體的流量。氣流分配閥密封性動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備關(guān)鍵管路連接見(jiàn)圖7，檢測(cè)裝置包括流量計(jì)、壓力表、調(diào)壓閥以及可編程邏輯控制器(PLC控制器)。排氣裝置、流量計(jì)、調(diào)壓閥依次連通，氣體從排氣裝置流出，依次經(jīng)過(guò)流量計(jì)、調(diào)壓閥以及負(fù)壓泵。流量計(jì)對(duì)氣體的流量進(jìn)行記錄，并得到平均泄漏量和最大泄漏量；壓力表對(duì)管路內(nèi)的氣體壓力進(jìn)行測(cè)量；調(diào)壓閥能夠?qū)苈穬?nèi)的氣體壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)；負(fù)壓泵為管路提供負(fù)壓，使管路內(nèi)的氣壓小于外界氣壓。

負(fù)壓泵、驅(qū)動(dòng)裝置和流量計(jì)分別與PLC控制器通過(guò)控制電路連接。PLC控制器根據(jù)流量計(jì)輸出的流量判斷密封性是否合格； PLC控制器還能夠控制驅(qū)動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)速，進(jìn)而控制閥蓋的旋轉(zhuǎn)速度；PLC控制器還能夠通過(guò)控制電路控制負(fù)壓泵的工作狀態(tài)。在實(shí)際操作時(shí)，通過(guò)調(diào)壓閥對(duì)管道中的氣壓進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而便于測(cè)量不同壓力狀態(tài)下閥蓋和閥座之間的密封性能，以得到更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

圖7 氣流分配閥密封性動(dòng)態(tài)檢測(cè)設(shè)備關(guān)鍵管路連接

3.2 動(dòng)態(tài)檢測(cè)過(guò)程

氣流分配閥密封性檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，通過(guò)模擬燃?xì)獗須饬鞣峙溟y閥座和閥蓋真實(shí)的工作狀態(tài)，使氣流分配閥的密封性檢測(cè)結(jié)果真實(shí)、可靠。

氣流分配閥與彈性密封層形成的密封區(qū)域通過(guò)閥座的排氣口、壓緊裝置上的排氣孔、排氣裝置與檢測(cè)裝置連通，負(fù)壓泵使得密封區(qū)域產(chǎn)生負(fù)壓。在閥蓋繞中軸相對(duì)閥座轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，因密封區(qū)域內(nèi)氣壓小于外部大氣壓，若閥蓋與閥座接觸面之間存在泄漏點(diǎn)，則在壓差的作用下，外部氣體會(huì)通過(guò)泄漏點(diǎn)進(jìn)入密封區(qū)域內(nèi)，通過(guò)與密封區(qū)域連通的排氣裝置進(jìn)入檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)泄漏量的檢測(cè)。檢測(cè)裝置中的流量計(jì)通過(guò)對(duì)氣體體積計(jì)量來(lái)判斷動(dòng)態(tài)下的閥蓋和閥座的密封性是否合格，即在其他條件相同的情況下，采用標(biāo)準(zhǔn)閥座和閥蓋作為參考，通過(guò)將檢測(cè)到的氣體體積與采用標(biāo)準(zhǔn)閥座和閥蓋情況下檢測(cè)到的氣體體積做對(duì)比，從而判斷被檢測(cè)閥座和閥蓋密封性是否合格。壓力表能夠?qū)苈分械臍怏w壓力進(jìn)行檢測(cè)，調(diào)壓閥能夠?qū)苈分械臍怏w壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣流分配閥密封性更加精準(zhǔn)的檢測(cè)。氣體流向見(jiàn)圖8。

圖8 氣體流向

本檢測(cè)設(shè)備能夠分別對(duì)閥座和閥蓋進(jìn)行動(dòng)態(tài)泄漏流量檢測(cè)，即可以采用標(biāo)準(zhǔn)閥座作為參考，判斷閥蓋是否合格；或者采用標(biāo)準(zhǔn)閥蓋作為參考，判斷閥座是否合格。也能對(duì)指定閥座、閥蓋成對(duì)進(jìn)行動(dòng)態(tài)泄漏流量檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果更加可靠、準(zhǔn)確。

4 結(jié)語(yǔ)

本文所述膜式燃?xì)獗須饬鞣峙溟y密封性動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)克服了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)存在的不足，能夠快速、準(zhǔn)確地對(duì)閥座和閥蓋進(jìn)行動(dòng)態(tài)泄漏流量檢測(cè)，結(jié)果可靠、準(zhǔn)確。膜式燃?xì)獗須饬鞣峙溟y密封性檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理，便于制造加工，使用時(shí)操作方便，能有效提高膜式燃?xì)獗淼纳a(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。