智能燃?xì)獗韮?nèi)置切斷閥密封性檢測(cè)技術(shù)

門(mén)靜聰(大慶中石油昆侖燃?xì)庥邢薰君埬戏止?，黑龍?大慶 163000)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展，我國(guó)對(duì)能源的需求日益旺盛。天然氣是新時(shí)期的優(yōu)質(zhì)能源已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。然而，隨著天然氣用量和用戶(hù)數(shù)量的不斷增加，人們?cè)絹?lái)越重視天然氣的安全使用。天然氣在使用過(guò)程中，會(huì)受到多種因素的影響，導(dǎo)致燃?xì)馕廴?、供?yīng)不足或燃?xì)庵袛嗟痊F(xiàn)象，給燃?xì)獾陌踩褂脦?lái)了嚴(yán)重的隱患。智能燃?xì)獗韮?nèi)置切斷閥的密封對(duì)燃?xì)獍踩\(yùn)行具有重要意義。

1 研究綜述

在智能燃?xì)獗淼倪\(yùn)行過(guò)程中，內(nèi)置截止閥是智能燃?xì)獗淼年P(guān)鍵部件，是智能燃?xì)獗淼暮诵目刂茊卧?。?dāng)天然氣發(fā)生泄漏時(shí)，可切斷供氣干擾，無(wú)需電池供電和強(qiáng)磁場(chǎng)，幫助天然氣用戶(hù)管理自己的天然氣使用。目前，天然氣表截止閥上安裝有螺旋傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)三種形式。螺桿帶動(dòng)內(nèi)置截止閥的正反轉(zhuǎn)電機(jī)，轉(zhuǎn)軸借助驅(qū)動(dòng)螺桿使驅(qū)動(dòng)螺母和密封蓋發(fā)生位置改變，從而完成對(duì)閥門(mén)的切換。蝸桿帶動(dòng)內(nèi)置截止閥使電機(jī)前后轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)轉(zhuǎn)軸傳遞動(dòng)能，帶動(dòng)蝸桿帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿和密封蓋，這便是傳送閥的工作原理。經(jīng)過(guò)整個(gè)團(tuán)隊(duì)的不懈努力，研發(fā)了一種燃?xì)獗韺?zhuān)用機(jī)電閥，它具有雙向平滑齒輪傳動(dòng)裝置，這種裝置借助了齒輪的傳動(dòng)，可以使打開(kāi)閥門(mén)的門(mén)檻大大降低。同時(shí)，這種裝置的使用會(huì)有效地處理工作中存在的額定電流問(wèn)題，使閥門(mén)即使在低能量下也可以開(kāi)啟，能夠有效地避免零件的磨損，并在一定程度上解決了閥門(mén)泄漏率大的問(wèn)題[1]。

2 內(nèi)置截止閥性能要求

在GB/T 6968—2019《膜式燃?xì)獗怼分?，附錄c.2.2.5規(guī)定了內(nèi)置截止閥(本標(biāo)準(zhǔn)中簡(jiǎn)稱(chēng)“控制閥”)性能的具體要求：當(dāng)內(nèi)置截止閥關(guān)閉，入口壓力為4.5～5.0 kPa時(shí)，閥有內(nèi)泄漏量不超過(guò)0.55 L/h，內(nèi)置式截止閥在進(jìn)行4000次切換后仍能工作，密封阻力仍應(yīng)滿(mǎn)足上述要求。耐腐蝕性：在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)器難免會(huì)受到甲苯和異辛烷或水蒸氣混合物的侵蝕，這就要求設(shè)備應(yīng)當(dāng)具有耐侵蝕性。結(jié)合以上的要點(diǎn)，我們對(duì)內(nèi)置式截止閥的密封性、耐久性和耐腐蝕性進(jìn)行了檢驗(yàn)，其仍處于關(guān)閉狀態(tài)。因此，對(duì)內(nèi)置式截止閥密封進(jìn)行高質(zhì)量、高效率的檢測(cè)是一項(xiàng)重要的工作。它是保證內(nèi)置式截止閥質(zhì)量的重要手段。截止閥泄漏主要有兩種：一種是外漏；另一種是內(nèi)漏。除內(nèi)置式截止閥外，泄漏是指氣體通過(guò)內(nèi)置式截止閥的連接部位或與內(nèi)外泄漏相結(jié)合。內(nèi)置截止閥的內(nèi)部泄漏意味著氣體在部件狀態(tài)下開(kāi)始通過(guò)關(guān)閉的閥門(mén)[2]。

3 內(nèi)置切斷閥密封性檢測(cè)技術(shù)

傳統(tǒng)流量計(jì)大多采用U型管檢測(cè)內(nèi)置截止閥的嚴(yán)密性。通過(guò)觀察U型管兩側(cè)水平高度的變化來(lái)判斷內(nèi)置截止閥是否泄漏。傳統(tǒng)上，我們會(huì)采用人工的方法進(jìn)行測(cè)量，這種方法在一定程度上確實(shí)可以滿(mǎn)足需求，但是受諸多因素影響也會(huì)帶來(lái)極大的誤差，所以由于工作所需的精度極高，人工測(cè)量往往無(wú)法做到十分精確。此外，長(zhǎng)時(shí)間的高強(qiáng)度的工作會(huì)給測(cè)量者帶來(lái)身體上的不適，還會(huì)大大降低工作效率。為了解決這一問(wèn)題，作者的研發(fā)團(tuán)隊(duì)在內(nèi)置切斷閥密封性檢測(cè)技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了自我創(chuàng)新，將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于煤氣檢測(cè)，在煤氣智能化檢測(cè)上首開(kāi)先河[3]。

3.1 設(shè)備的內(nèi)部配置

智能儀表所配備的截止閥密封檢測(cè)裝置包括單片機(jī)、溫度傳感器、壓力采集裝置、AD轉(zhuǎn)換裝置、第一指示燈、行程電磁閥、充氣電磁閥、定時(shí)器、設(shè)定裝置等。單片機(jī)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置設(shè)置輸入信號(hào)的放大倍數(shù)。在仿真中，將數(shù)字濾波信號(hào)設(shè)置器與單片機(jī)相連，可以控制不同頻率的干擾信號(hào)。設(shè)置停止充氣壓力(這屬于一個(gè)預(yù)設(shè)值，當(dāng)達(dá)到這個(gè)預(yù)設(shè)值時(shí)，設(shè)備會(huì)停止與充氣有關(guān)的工作)、檢眼鏡的持續(xù)時(shí)間等，行程電磁閥用于固定內(nèi)置截止閥的位置，避免位置移動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，便于后續(xù)操作，并檢測(cè)充電電磁閥，控制內(nèi)置截止閥內(nèi)的充電。時(shí)間溫度傳感器用于采集內(nèi)部氣體的溫度數(shù)據(jù)。內(nèi)置截止閥將采集到的溫度數(shù)據(jù)發(fā)送給單片機(jī)，這些數(shù)據(jù)會(huì)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換精度進(jìn)行一定的彌補(bǔ)。其中，兩個(gè)指示燈會(huì)提示我們密封的合格與否，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)燈亮起時(shí)，這表明其密封合格，而第二個(gè)燈的亮起則代表著密封失效[4]

3.2 過(guò)程

在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，我們通常會(huì)需要一定的介質(zhì)，空氣便是我們不二的選擇。進(jìn)入內(nèi)置截止閥檢測(cè)程序前離開(kāi)，在關(guān)閉狀態(tài)下測(cè)試內(nèi)置截止閥。存儲(chǔ)在微控制器中的ΔP0的檢測(cè)過(guò)程大致包括：設(shè)置合適的P和t值。譬如，將15 kPa作為一個(gè)壓力的臨界點(diǎn)，并設(shè)置一個(gè)較長(zhǎng)的檢測(cè)時(shí)間t，兩個(gè)微控制器發(fā)送行駛電磁閥指令，單片機(jī)控制充氣電磁閥、內(nèi)置截止閥1；當(dāng)內(nèi)置開(kāi)關(guān)閥內(nèi)的氣壓大于或等于預(yù)設(shè)值時(shí)，壓力信號(hào)在充氣壓力停止時(shí)，通過(guò)記錄被測(cè)設(shè)備的壓力作為輸入信號(hào)送至模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置先壓P1，保證內(nèi)置電磁閥進(jìn)入開(kāi)關(guān)閥，單片機(jī)在驅(qū)使計(jì)時(shí)器運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)，停止充氣工作的進(jìn)行。隨著時(shí)間的變化，壓力值也不斷地變化著，當(dāng)計(jì)時(shí)器到達(dá)時(shí)間的預(yù)設(shè)值時(shí)，記錄下此時(shí)的壓力，并將它計(jì)為P2。完成上述操作之后，對(duì)P1和P2進(jìn)行求差處理，這個(gè)過(guò)程，需要借助微控制器來(lái)進(jìn)行精確求值，從而得到Δp。隨后，需要對(duì)ΔP和預(yù)設(shè)值Δp0進(jìn)行比較，如果Δp0的值小于ΔP，這表明著測(cè)試失敗，這時(shí)第二個(gè)指示燈會(huì)亮起；當(dāng)Δp0的值大于或者等于微控制器比較測(cè)量的壓差ΔP和存儲(chǔ)的預(yù)設(shè)壓差Δp0：如果壓差小于或等于ΔP時(shí)，這表明測(cè)試通過(guò)，同時(shí)，第一個(gè)指示燈也會(huì)亮起。當(dāng)取得結(jié)果時(shí)，這便標(biāo)志著檢測(cè)環(huán)節(jié)的結(jié)束[5]。

3.3 并聯(lián)檢測(cè)裝置

這需要我們進(jìn)行對(duì)內(nèi)置截止閥密封檢測(cè)裝置進(jìn)行一定的改良，在加入單片機(jī)、壓力采集裝置、模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置、行程電磁閥、充氣電磁閥、第一指示燈和第二指示燈之后，將其改裝成差壓檢測(cè)裝置。由于它可以控制多個(gè)壓差檢測(cè)裝置，通過(guò)控制相關(guān)的壓差檢測(cè)裝置來(lái)對(duì)內(nèi)置截止閥實(shí)現(xiàn)關(guān)閉操作也成為了現(xiàn)實(shí)。就其檢測(cè)而言，柔性溫度傳感器的作用也不可忽視。柔性溫度傳感器依靠主機(jī)這個(gè)樞紐作用與壓差檢測(cè)裝置進(jìn)行了連接，實(shí)現(xiàn)了互通，保證了它作為一個(gè)參數(shù)并正常運(yùn)轉(zhuǎn)其校正功能。此外，定時(shí)器也是通過(guò)主控制器與各差壓檢測(cè)裝置相連。

4 切斷閥的結(jié)構(gòu)與工作原理

截止閥的優(yōu)缺點(diǎn)將直接影響異常氣體條件下截止閥的安全性、可靠性和及時(shí)性。例如，閥電流過(guò)大會(huì)輕易產(chǎn)生電火花。截止閥的上密封或下密封還將確定燃?xì)獗黻P(guān)閉后，截止閥是否完全安全。本文使用的截止閥是一種先進(jìn)的兩通，無(wú)面齒輪傳動(dòng)級(jí)，由燃?xì)獗韺?zhuān)用機(jī)電閥的作者和團(tuán)隊(duì)研究。基本切斷閥的工作原理：在正常使用氣體的情況下，切斷閥是打開(kāi)的，氣體從進(jìn)氣口流經(jīng)切斷閥的出口和切斷閥。當(dāng)切換閥從內(nèi)置于燃?xì)獗淼奈㈦娮涌刂破鹘邮盏疥P(guān)閉閥指令時(shí)，電力通過(guò)其驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)直流電動(dòng)機(jī)的操作被傳遞至齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，并且該動(dòng)力進(jìn)一步被傳輸至變速器系統(tǒng)。相反，當(dāng)需要再次打開(kāi)切換閥時(shí)，微電子控制器將打開(kāi)閥指令發(fā)送到切換閥，直流電動(dòng)機(jī)通過(guò)相對(duì)于截止閥的反向操作將動(dòng)力傳遞到變速箱，直流電電機(jī)將動(dòng)力傳遞給桿。控制桿用于使密封蓋脫離出口，從而恢復(fù)氣流[6]。

5 結(jié)語(yǔ)

燃?xì)獗淼蛪喊踩袛嗫刂萍夹g(shù)與燃?xì)獗淼蛪簜鞲屑夹g(shù)和燃?xì)獗戆踩袛嗫刂萍夹g(shù)相結(jié)合，該技術(shù)的實(shí)施可以確保對(duì)燃?xì)鈮毫M(jìn)行實(shí)時(shí)、有效地監(jiān)控，并且在氣壓極低的情況下可自動(dòng)對(duì)燃?xì)馔瓿煽煽俊踩?、及時(shí)地切斷，防止因低壓引起的燃?xì)庑孤?，避免發(fā)生燃?xì)饣馂?zāi)等安全事故和爆炸事故，保護(hù)燃?xì)馐褂谜叩娜松戆踩?。同時(shí)，有利于促進(jìn)天然氣供應(yīng)企業(yè)對(duì)安全用氣的管理。